Classificacao e Caracterizacao de Aguas, Principais Ioes Inorganicos (2)

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1 26/01/ Classificacao e Caracterizacao de Aguas, Principais Ioes Inorganicos (2) Alice Newton Universidade do Algarve Mestrado: Qualidade em Analises Quimicas FCT-Gambelas

2 26/01/ Programa deste modulo 1: Classificacao de aguas Tipologia de aguas 2: Ioes Principais Sistemas de classificacao de aguas 3: Caracterizacao de aguas Avaliacao da qualidade das aguas

3 26/01/ Ioes Principais Sistemas de classificacao da agua

4 26/01/ Ioes Principais (> 5mg/L) Catioes : Na + Ca Ca 2+ Mg 2+ Anioes : Cl - HCO - 3 SO 2-4

5 26/01/ Ioes menores: : (0,01-10,0 10,0 mg/l) Catioes: : K + Fe 2+ Anioes: : NO - 3 F - CO 2+ Sr 2+ B 3+ CO 2-3 Ioes traco: : (<0,1mg/L) Catioes: : Fe 3+ Al Anioes: : PO 2-4 NO Al 3+ Cu 2+ Zn 2+ NH + 4 NO - 2 Geral. Aguas marinhas tem concentracoes muito mais elevadas. Poluicao (por exemplo ciclo de N) pode alterar definicoes.

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8 26/01/ Na+ Principal catião em águas marinhas Importante também em lagos sódicos (p.ex. lagos no vale do rifte em África) Muito solúvel

9 26/01/ Ca2+ Calcio Ca Agua da chuva é acida Dissolve rochas calcárias Ca CO 3 Temperatura é importante (solubilidade diminui com aumento de temperatura) K= [Ca 2+ ] [CO 2-3 ] = 10-8,3 (1:1) P CO2 no solo > a P CO2 na atm (P CO2 no solo 3 x 10-4 atm.) K= [Ca 2+ (1:2) 2+ ] [HCO - 3 ] 2 = 10-5,8 P CO2

10 Mg2+ 26/01/ Normalmente associado ao cálcio Na determinação da dureza da água, determina-se a soma do Ca + Mg Uma segunda titulação permite determinar a concentração do Ca Por diferença calcula-se a concentração do Mg

11 26/01/ Cl- Iao conservativo Pouca alteracao nos processos biogeoquimico nos solos Principal anião em águas marinhas Proporção do Cl com outros iões mantém-se ~ constante então é muito utilizado em cálculos de tempo de residência e fluxos Vulcanismo é uma importante fonte adicional de Cl-

12 26/01/ Bicarbonato HCO - 3 Equilibrio do H2CO3 Controlado pelo ph Normalmente HCO3- é especie dominante Determinação da alcalinidade da água

13 26/01/ SO 2-4 Especie importante no ciclo do enxofre Equilibrio redox com H2S, composto extramamente tóxico Um dos iões importantes na respiração anaerobia Também produzido na degradação de proteínas Vulcanismo é fonte adicional de S

14 26/01/ Sistemas de classificacao de aguas Formula de Kurlov Szczukariewa-Priklonskiego Altowskiego-Szwieca Alekin Schoeller Monitiona

15 26/01/ Formula de Kurlov (apenas descritiva, nao e formula de calculo) Sp G M anioes T Q catioes Sp: qualquer componente especial, caracteriastico desta agua G: soma dos gases g/l M: mineralizacao,, TDS mg/l T: temperatura C Q: fluxo m3/min. Exemplo: uma agua termal, os gases nao sao incluidos Br 73 M 308 Cl 98 SO4 1 T 30 Na 84 Ca 10 Mg 5

16 26/01/ Classificacao de Szczukariewa - Prikłońskiego Matrix 7x7 Numero de Catioes significantes/ Numero de Anioes significantes Ioes individuais/ / 2 ioes / 3 ioes Hipoteses 3 / 3 / 1 9 classes 49 tipos de agua

17 26/01/ /01/ SO4 SO4 HCO3 HCO Cl Cl SO4 SO4 HCO3 HCO3 Cl Cl HCO3 HCO3 Cl Cl SO4 SO4 HCO3 HCO3 SO4 SO4 Cl Cl Na Na Mg Mg Ca Ca Mg Mg Ca Ca Na Na Ca Ca Na Na Mg Mg Ca Ca Mg Mg Na Na

18 26/01/ /01/ SO4 SO4 HCO3 HCO3 2 anioes anioes 2 anioes anioes Cl Cl SO4 SO4 HCO3 HCO3 Cl Cl HCO3 HCO3 Cl Cl SO4 SO4 HCO3 HCO3 SO4 SO4 Cl Cl 6 Ioes Ioes 3 Catioes Catioes 3 anioes anioes 3 catioes catioes 5 ioes ioes 1 aniao aniao 3 catioes catioes 4 Ioes Ioes Na Na Mg Mg Ca Ca 3 anioes anioes 2 anioes anioes 1 aniao aniao Mg Mg Ca Ca 2 Catioes Catioes 2 Catioes Catioes 2 catioes catioes Na Na Ca Ca 5 ioes ioes 4 Ioes Ioes 3 ioes ioes Na Na Mg Mg 3 anioes anioes 1 aniao aniao Ca Ca 1 Catiao Catiao 1 catiao catiao 1 catiao catiao Mg Mg 3 Ioes Ioes 3 ioes ioes 2 ioes ioes Na Na

19 26/01/ tipos de agua Por exemplo n o 22 Classe: : 3 ioes,, 2 anioes,, 1 catiao Tipo: : Cl-HCO3 HCO3-Na (ordem anioes e depois catioes)

20 Classificacao de Altowskiego- 26/01/ Szwieca 2 grupos Agua de 2 ate 4 ioes principais Agua com 5 ou mais ioes principais Nome deriva dos 2 ioes predominantes (catiao aniao,, o 1 o e o mais concentrado) Exemplos Cl 90 SO 9 4 HCO 1 3 Na 87 Mg 10 Ca 3 Cloreto-sodio Cl 87 SO 10 4 Na 90 Mg Sodio-Cloreto catiao e 10 HCO 3 3 Mg 9 Ca 1

21 26/01/ Classificacao de Alekin Aniao determina classe Catiao determina grupo 4 tipos,, 3 principais Exemplos C Ca II Cl Na III Aguas Naturais Classe: C=HCO 3 - S=SO 4 2- Cl=Cl - Grupo: Ca Mg Na Ca Mg Na Ca Mg Na Tipo: I II III I II III I II III IV III II IV III II I II III IV III II IV III II I II III

22 Tipos principais de aguas 26/01/ Tipo I: r HCO - 3 >r Ca 2+ + r Mg Tipo II: Mg 2+ segundo Alekin r HCO - 3 <r Ca 2+ + r Mg 2+ < r HCO r SO Tipo III: r Cl - >r Na + r HCO r SO 2-4 < r Ca 2+ + r Mg Tipo IV: HCO 3- = 0 Mg 2+ SO 4 2- r : mva

23 r : mval 26/01/ meq ioes com carga unitaria 1mval = 1mmol exemplo de iao multivalente: Mg 2+ 24=massa atomica 2 = carga 1 val = 24/2 = 12 g g 1mval =12 mg Exemplo de iao composto: SO 2-4 massa molar = 32+(4x16)=96 Carga =2 1 val=96/2=48 g

24 Exemplos dos 4 tipos de aguas 26/01/ segundo Alekin Tipo I: lagos salgados aguas de profundidade com mineralizacao elevada Tipo II: aguas de profundidade de regioes temperadas e polares Tipo III: Agua do mar Agua da chuva Aguas de grande antiguidade Tipo IV: Agua de grande profundidade

25 26/01/ Classificacao de Schoeller 5 aspectos importantes 1. Cl 2. SO HCO Actividade dos catioes 5. Combinacoes de catioes e anioes

26 26/01/ Cl Hiper-cloreto > 700 mval/l p.ex aguas oceanicas Cloreto muito elevado mval/l p.ex mar Baltico Cloreto elevado mval/l Cloreto medio mval/l Oligo-Cloreto mval/l Cloreto normal 15 mval/l

27 26/01/ SO 2-4 Hiper-sulfato > 58 mval/l p.ex aguas oceanicas Sulfato mval/l Mini Sulfato 6-24 mval/l Sulfato normal <6 mval/l Equilibrio ª (r SO 2-4 )(r Ca 2+ ) > 70 Nao saturacao ª(r SO 2-4 )(r Ca 2+ ) < 70 2 situacoes r SO 2-4 <r Ca r SO 2-4 >r Ca Ca 2+ Ca 2+

28 26/01/ HCO - 3 Hiper-carbonada >7(mval HCO mval CO 2-3 )/L Normal 2-7(mval 2 HCO mval CO 2-3 )/L Hipo-carbonada <2 (mval( HCO mval CO 2-3 )/L Saturacao de carbonato ª (r HCO r CO 2-3 ) 2 (r Ca Ca )

29 26/01/ Actividade dos catioes 3 situacoes r Cl > r Na r Cl = r Na r Cl < r Na

30 26/01/ Combinacoes relativas de catioes e anioes 36 possibilidades Anioes r Cl - >r SO 2-4 >r HCO - 3 r Cl - >r HCO - 3 >r SO 2-4 r SO 2-4 >r Cl - > r HCO - 3 r SO 2-4 >r HCO - 3 > r Cl - r HCO - 3 > r Cl - >r SO 2-4 r HCO - 3 >r SO 2-4 > r Cl - Catioes <r Ca 2+ + r Mg Mg 2+

31 26/01/ Classificacao de Monitonia Total de 12 categorias 1 categoria sem catiao dominante 1 categoria sem aniao dominante 3 categorias com um catiao dominante 3 categorias com um aniao dominante 1 categoria com 1 catiao e 1 aniao dominantes 1 categoria com 1 catiao e 1 de 2 anioes dominantes 1 categoria com 1 de 2 catioes e 1 aniao dominantes 1 categoria com 2 ioes dominantes,, 1 de 2 catioes e 1 de 2 anioes

32 26/01/ categorias de Monitonia 1 categoria sem catiao dominante 1 categoria sem aniao dominante 3 categorias com um catiao dominante Na+ Ca2+ Mg2+ 3 categorias com um aniao dominante Cl- HCO3- SO42-1 categoria com 1 catiao e 1 aniao dominantes Na+ e HCO3-1 categoria com 1 catiao e 1 de 2 anioes dominantes Na+ e Cl- ou SO42-1 categoria com 1 de 2 catioes e 1 aniao dominantes Ca2+ ou Mg2+ e HCO3-1 categoria com 2 ioes dominantes,, 1 de 2 catioes e 1 de 2 anioes Cl- ou SO42- e Ca2+ Mg2+

33 26/01/ Monitiona SO4- - & Cl- 100 Ca++ & Mg Na+ & K+ CO3-& HCO3-100 Mg++ SO Ca++ Cl- &NO3- Catioes Anioes

34 26/01/ Monitonia Cl- ou SO42- + Ca2+ ou Mg2+ Sem catiao predominante Mg2+ Cl- ou SO42- +Na+ HCO3- + Ca2+ ou Mg2+ HCO3- + Na+ SO42- Sem aniao predominante Ca2+ Na+ HCO3- Cl-

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36 26/01/ Ioes Principais e Metodologia Iao Na + Ca 2+ Ca Mg 2+ Mg 2+ Cl - HCO - 3 SO 4 2- SO Metodologia Fotometria de chama Volumetria de complexacao Volumetria de precipitacao Volumetria acido-base Cromatografia ionica ou Colorimetria

37 Representacao grafica de analises 26/01/

38 26/01/ Representacao grafica de analises Grafico em coluna: Collins, Rogers, Grunhuta & Hintz Diagrama circular: Udluft Diagrama de eixos multiplos: : Stiff, Tickel, Mauch Diagrama triangular /losango/ losango: Feret,, Piper Diagrama logaritmico: Schoeller, Schoeller Berkaloff

39 26/01/ Grafico em coluna de Collins 2 colunas adjacentes e unidas Base comun Altura proporcional a soma de catioes + anioes em meq/l Esquerda: catioes, sequencia Ca 2+ Mg 2+ Na + K + Direita: anioes, sequencia HCO - 3 SO 2-4 Cl - NO - 3

40 26/01/ K+ Na+ Mg++ NO3- Cl- SO4 Concentracao de Ca2+ e HCO3- sao mostradas lado a lado Origem comun e provavelmente cacite Concentracao de Na+ e Cl- tambem lado a lado Dois constituintes principais de agua do mar Ca++ HCO3-

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42 26/01/ Grafico de colunas de Rogers Ca 2+ Ca 2+ (HCO 3- ) 2 HCO 3 - Mg 2+ Mg 2+ (HCO 3- ) 2 SO 4 2- MgSO 4 Na + Cl - Na 2 SO 4 NaCl

43 26/01/ Grafico de colunas de Grunhuta & Hintz M Na + Mg 2+ Ca 2+ Cl - SO 4 2- HCO mg/l mval/l

44 26/01/ Diagrama circular Circulo Raio proporcional a soma dos ioes em meq/l Dividido em dois metades Superior: catioes Inferior: anioes A area de cada segmento e proporcional a sua concentracao relativa em % de meq/l Mesma sequencia que diagrama de colunas

45 26/01/ Ca++ Mg++ Na+ K+ HCO3- NO3- SO4 - - Cl-

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47 26/01/ Diagrama Circular de Udluft Ca++ Mg++ Na+ Catioes Anioes Gases K+ HCO3- NO3- SO4 - - Cl-

48 26/01/ Diagrama Circular de Udluft Ca++ Mg++ Na+ Catioes Anioes CO2 H2S O2 K+ HCO3- NO3- SO4 - - Cl-

49 Diagrama Stiff 26/01/ K+ Na+ Mg++ 1cm = 1,000 meq/l 3 ou 4 rectas paralelas Ca++ Comprimento e proporcional a concentracao dos ioes em meq/l Igualmente espacadas Cortadas por uma normal Esquerda: catioes, Direita: anioes A escala do diagrama esta indicada Cl- HCO3- - SO4- - NO3-

50 Diagrama Stiff 26/01/ Versao de poligono K+ Na+ Mg++ Ca++ Cl- HCO3- - SO4- - NO3- Os pontos finais das semi-rectas sao unidos Cria-se um poligono que contorna as semirectas Geralmente as semi-rectas sao apagadas

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55 26/01/ Diagrama radial de Tickel 6 eixos Na + + K + Ca 2+ Ca Mg 2+ Mg 2+ HCO - 3 SO 4 2- SO Cl - Variante com 5 (Ca2+ e Mg2+ ) 3 escalas mg/l 0-4 mval 0-100% mval

56 26/01/ Diagrama radial de Tickel Mg Ca HC03 Na + K SO4 Cl

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59 Mauch Na+ K+ 6 eixos 3 escalas possiveis Mg2+ Ca2+ HCO3 Cl- SO mval/l 26/01/

60 26/01/ Diagrama de Feret 2 triangulos Anioes Catioes HCO3 100% Ca 100% Anioes Catioes 100% Cl 100% SO4 100% Na 100% Mg

61 Diagrama de Feret Util para representar alteracoes na composicao da agua Ca CO3 0 % 100% Catioes + Anioes * 100% 0 % 0 % 100% SO4 Mg Na Cl + + * * 26/01/

62 26/01/ Diagrama Piper Muito utilizado entao muito importante 2 triangulos + um losango Triangulo esquerdo: Concentracoes relativas de Na + + K +, assim como Ca 2+ e Mg 2+ Triangulo direito: Concentracoes relativas de HCO - 3 SO 2-4 Cl -

63 26/01/ Indica-se as concentracoes relativas (% de meq/l) nos 2 triangulos. Traca-se linhas paralelas aos lados dos triangulos para projectar os pontos no losango Mg Na+K HCO3 SO b Ca 0 Cl d 100 0

64 26/01/ Traca-se linhas paralelas aos lados dos triangulos para projectar os pontos no losango 0 SO4- - & Cl- Na+ & K+ 100 Ca++ & Mg++ HCO3-0 A interseccao no losango e o ponto final 100

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69 26/01/ Diagramas logaritmicos Muito util para aguas naturais p.ex agua do mar Pode representar ioes muito concentrados (Na e Cl) ) e ioes em concentracoes muito baixas

70 26/01/ Diagrama logaritmico de Schoeller 10 mval/l Cl SO4 Ca Mg Na K 0.01 Iao

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72 Diagrama logaritmico de Schoeller 26/01/ Berkaloff As concentracoes dos ioes representam-se individualmente O eixo vertical e uma escala logaritmica Varias versoes possiveis, por exemplo com VMA e VMR indicados VMA Valor Maximo Admissivel VMR Valor Maximo Recomendado

73 Diagrama logaritmico de Schoeller 26/01/ Berkaloff Conc. mg/l Ca Mg Na K SO4 Cl NO3 Iao

74 26/01/ Diagramas logaritmicos com eixos multiplos Os eixos sao paralelos Cada iao tem o seu eixo Os eixos podem nao ser alignados no zero Permita alignar com VMA ou VMR Permita mostrar quais ioes sao acima do limite (VMA ou VMR) Util para cenarios de antes/depois (contaminacao ou tratamento)

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