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Teste de GH MBreda


Determinação da dureza total de águas


                A determinação da dureza total de águas está associada às principais fontes de enriquecimento, que são as rochas calcárias, estas podem ser provenientes de calcários calcíticos (CaCO3), magnesianos (MgCO3) ou dolomíticos (mistura dos dois anteriores).

                Estes, quando adicionados à água, são solubilizados, liberando para a solução íons cálcio (Ca2+) e/ou magnésio (Mg2+) e íons carbonatos, que, dependendo do pH da água, podem se apresentar como carbonatos (CO32-), bicarbonatos (HCO3-) ou ácido carbônico (H2CO3)

                O pH da água é fortemente influenciado pela solubilização destes calcários, uma vez que o íon carbonato, quando dissolvido, sofre uma reação de hidrólise, obtendo como produtos íons bicarbonatos (HCO3-) e hidroxilas (OH-), sendo esse último o responsável pela elevação do pH.

                Calcários calcíticos, quando adicionados em água pura, podem elevar o pH da água a 9,91; os magnesianos podem chegar a 10,20 e os dolomíticos a 10,06. Por esse motivo o monitoramento do pH da água de aquários deve ser efetuado quando rochas são adicionadas, principalmente se forem calcárias.

                Entretanto, o parâmetro dureza da água, apesar de comumente vinculado à alteração do pH,  não necessariamente estão correlacionados, uma vez que o parâmetro dureza da água monitora a concentração de íons cálcio e magnésio dissolvidos, e não o pH, que se altera pela concentração de íons bicarbonatos/carbonatos.

                A concentração de Ca2+ e Mg2+ pode ser elevada sem necessariamente alterar o pH. Recomendamos a utilização do GH+ MBreda para elevar esses parâmetros de forma correta e segura para os aquários.

                Por esse motivo, para o monitoramento da qualidade da água é importante a determinação de dois parâmetros, a dureza total (Ca2+ e Mg2+), também chamado de “GH” e a capacidade tamponante (espécies que influenciam o pH), também chamado de “Kh”.

                A determinação da dureza total é realizada através de uma reação química com o agente complexante, denominado Ligante (Solução 3) em meio alcalino. O ligante reage com o cálcio e o magnésio produzindo um composto estável.

                Essa estabilidade química é explorada em uma técnica analítica chamada volumetria, na qual, com a adição  de volumes controlados de ligante e o uso de um indicador de complexação, é possível determinar a concentração total de Ca e Mg da solução.

              

Fundamentos químicos do Kit MBreda de análise para dureza total


                Considerando que o parâmetro Dureza total considera a concentração de Ca e Mg presente na água, utilizaremos a estável reação do ligante (solução 3) com esses metais.

                A reação química 1 e 2, apresenta as reações.

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                Podemos verificar nas equações 1 e 2, que a constante de formação do complexo de cálcio é maior que a de magnésio, consequentemente, mais estável também. Essa maior estabilidade prioriza essa reação em detrimento à do magnésio, ou seja, toda Solução 1 inicialmente adicionada reage preferencialmente com cálcio e somente após todo cálcio ter reagido é que se iniciará a reação com o magnésio.

                Essa reação gera como produto os complexos que são incolores, por esse motivo não é possível determinar quando atingimos o ponto estequiométrico, ou seja, a concentração em que a adição da Solução 3 se iguala à concentração de Ca e Mg. Para resolver isso, utilizamos um indicador de complexação que atua como agente complexante também, diferenciando-se que o produto desta reação possui uma cor característica. Neste caso, como queremos monitorar a dureza total, ou seja, a soma de Ca e Mg, precisamos monitorar a complexação da última espécie a ser complexada, no caso, o magnésio. Para isso fazemos uso de um indicador específico para magnésio presente na solução 2.

                O indicador da Solução 2 é um agente complexante fraco, que quando em presença de magnésio forma um complexo de cor vermelha e na ausência possui a cor azul.

                O procedimento para determinar o teor de Ca e Mg da água se inicia com o ajuste do pH para 10 (Solução 1), no qual a reação de complexação apresenta o melhor desempenho, e na sequência com a adição do indicador de complexação. Neste momento, o indicador adicionado se complexa ao magnésio presente, tornando a solução vermelha, conforme equação 3.

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                Com a adição gota a gota da Solução 3 ocorre uma segunda reação, que é a complexação do ligante com cálcio, inicialmente, e depois com magnésio. Preferencialmente o ligante reagirá com os metais livres na forma iônica e, após o seu esgotamento, iniciará uma competição por metais ligados.

                Quando adicionamos o indicador à água, uma pequena parte do magnésio livre é complexado, e é esse composto formado que será o último a competir com o ligante. Como a estabilidade química do ligante da solução 3 é superior à do complexo [Mg-indicador], o ligante consegue retirar o magnésio ligado ao indicador, causando a mudança de cor e indicando o ponto de equivalência na titulação, equação 4.

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Quando ocorre a mudança de cor, todo o Ca e Mg foram complexados pelo ligante. Sabendo o volume adicionado, podemos determinar a dureza total.


Cálculos empregados no desenvolvimento do kit de análise


                A escala de dureza, apresentada na Tabela 1, e que é amplamente utilizada por aquaristas, indica a concentração de dureza baseada em CaCO3 em uma escala de concentração de ppm ou mg L-1.

                Sabendo que a massa molecular do carbonato de cálcio (CaCO3) é 100 g mol-1 podemos calcular que uma solução de CaCO3 17,80 mg L-1 (que equivale a 1°dH = 10 mg L-1 de CaO) tem concentração de 0,178 mmol L-1 de CaCO3.

                Se consideramos que utilizaremos para o teste 5 mL da amostra de água, contendo 1°dH, estamos transferindo para o tubo 8,9 x 10-4 mmol de CaCO3, essa quantidade de matéria reagirá com quantidade igual de ligante (proporção de 1:1) e projetamos que cada gota utilizada da solução 3 equivale a uma unidade °dH ou GH.


Procedimento de operação do Kit MBreda de análise para dureza total:


1) Transferir 5 ml da água do aquário com a seringa para o frasco de vidro do kit

2) Adicionar 5 gotas da solução 1

3) Adicionar 1 gota da solução 2

4) Agitar o tubo, homogeneizando a solução (cor vermelha)

5) Adicione uma gota da solução 3 e agite, observe se ocorre a mudança da cor vermelha para a azul, caso não ocorra, adicione mais uma gota e agite novamente, observando a cor. Repita esse procedimento até a mudança da cor. Observação: é muito importante a agitação após a adição de cada gota e o posicionamento do conta-gotas na posição vertical.

6) Sabendo o número de gotas da solução 3 utilizadas, veja a classificação na Tabela 1

Obs: Caso após a adição da solução 1 a amostra já ficar azul, é porque a dureza é muito baixa (água pura)


Tabela 1. Escala de concentração para dureza total e número de gotas necessárias da Solução 3

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Composição:

Cloreto de amônio, hidróxido de amônia, negro de eriocromo, cloridrato de hidroxilamina, álcool metílico, EDTA, água destilada.

Orientações:

Manter esta embalagem sempre fechada, ao abrigo da luz e fora do alcance de crianças.

Em contato com a pele, lavar com água e sabão neutro.

Em contato com os olhos, lave imediatamente com água e procure orientação médica. Em caso de ingestão, procure um médico levando esta embalagem consigo.


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