Doseamento Espectrofotométrico de Crómio (VI) com Desenvolvimento de Cor pela Difenilcarbazida

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1 Métodos Instrumentais de Análise Doseamento Espectrofotométrico de Crómio (VI) com Desenvolvimento de Cor pela Difenilcarbazida Docente: Fernando Caldeira Engenharia do Ambiente (2º Ano) Métodos Instrumentais de Análise Trabalho elaborado em pelo grupo 5, constituído pelos alunos: André Andrade nº 18990, Pedro Sousa nº e Filipe Pereira nº

2 Índice 1.Resumo Introdução Material e reagentes: quantidades Procedimento experimental Resultados Discussão dos Resultados e Conclusões Bibliografia Apêndice

3 1.Resumo Universidade Fernando Pessoa No trabalho experimental objecto deste relatório, efectuou-se a determinação de crómio (VI), numa amostra de água, por espectrofotometria. Através da determinação da concentração de crómio (VI) da amostra e comparando os valores obtidos com os valores indicados nos decretos-lei nº236/98 de 1 de Agosto e nº306/2007 de 27 de Agosto, verificou-se a qualidade da água da amostra em diferentes parâmetros. Obtiveram-se valores diferentes relativamente à qualidade da amostra para o consumo humano e relativamente aos valores limite de emissão na descarga de águas residuais. 2.Introdução O objectivo do trabalho experimental objecto deste relatório é a determinação da concentração em crómio (VI) de uma amostra de água, por espectrofotometria, com desenvolvimento de cor pela difenilcarbazida. A realização do desenvolvimento de cor com a utilização de uma solução de difenilcarbazida é um método mais vantajoso, pois permite, através do surgimento de um complexo fortemente corado obter uma única espécie absorvente em solução e, simultaneamente, aumentar a sensibilidade, pois o complexo formado é mais absorvente do que as moléculas que o originam (Métodos Instrumentais de Análise, pág. 33) Como o crómio (VI) absorve radiação na zona do visível, para a determinação da concentração de crómio (VI) na amostra de água, prepararam-se 8 soluções-padrão com diferentes volumes de solução de crómio (VI), para posteriormente medir a absorvância de cada padrão, e com estes valores determinar a curva de calibração que permitirá determinar a concentração de crómio (VI) na amostra de água utilizada no trabalho experimental. Através da curva de calibração que compara a absorvância de cada padrão com a concentração desse mesmo padrão, iremos obter uma equação da recta, que juntamente com a absorvância medida para a amostra de água, nos permite calcular a concentração em crómio (VI) da amostra de água analisada. A determinação da concentração de crómio (VI) numa amostra de água é muito importante pois elevadas concentrações de crómio na água podem provocar problemas no organismo humano (Peixoto, ). 3

4 O crómio é um metal de transição, de coloração cinza semelhante ao aço, de símbolo Cr, número atómico 24, massa atómica 52 e sólido à temperatura ambiente (Jefferson Lab, S/d). A sua descoberta deu-se em 1761 por Johann Gottlob Lehmann nos Urais (Rússia) num mineral designado de crocoíta (PbCrO₄). Actualmente o crómio é obtido a partir da cromita (FeCr₂O₄), sendo essencialmente empregado em metalurgia, em processos denominados de electrodeposição (Jefferson Lab, S/d). O crómio é também insolúvel na água e ocorre nos estados de oxidação de -2 a +6, mas apenas as suas formas trivalente (+3) e hexavalente (+6) são relevantes para a saúde humana, sendo estas também as formas mais comuns (Peixoto, ). De uma forma geral o crómio (VI) é muito oxidante e mais tóxico que a sua forma trivalente, podendo causar várias doenças no organismo humano, como por exemplo alergias, cancro, problemas renais, entre outros. É por este facto que é extremamente importante uma análise dos teores de crómio (VI) numa amostra de água (Peixoto, ). O crómio, tal como uma grande parte dos metais existentes, encontra-se espalhado na natureza, apesar de não se encontrar na natureza crómio na sua forma livre, devido aos ciclos quer geológicos quer biológicos. O crómio circula das rochas ou solo para as plantas, animais ou homem, retornando ao solo. Parte do crómio que pertence a este ciclo é arrastada pela água e mais tarde sedimenta nos oceanos. Este é o ciclo natural do crómio (Peixoto, ). Porém existem situações em que se encontram altas concentrações de crómio na água. Essas situações são quase sempre resultado de actividades humanas, derivando da poluição causada pelos resíduos industriais. As indústrias de fabrico de aços inoxidáveis, ligas metálicas, pigmentos, tratamento de couros e preservação de madeiras, entre outras, são indústrias em que a presença de crómio nas suas águas residuais é muito abundante (Peixoto, ). A legislação em vigor que estabelece os valores limite de emissão na descarga de águas residuais, e que foi utilizado neste relatório para efeitos comparativos para com a amostra de água analisada, é o Decreto-Lei nº. 236/98 de 1 de Agosto, que define que os valores de crómio hexavalente não devem ultrapassar as 0,1 mg por litro de Cr(VI). Neste relatório analisou-se também a qualidade da água para consumo humano, relativamente à concentração de crómio (VI) presente na amostra analisada. Para efeitos comparativos recorreu-se à legislação existente relativamente à qualidade da água destinada ao consumo humano, compreendida no Decreto-Lei nº. 306/2007 de 27 de Agosto, que define que a 4

5 concentração de crómio presente numa amostra de água não deve ultrapassar as 50 µg por litro de Cr. 3.Material e reagentes: quantidades Espectrofotómetro UV/Vis: 1 Células de vidro ou vidro acrílico: 2 Ácido sulfúrico 1 M: 150 ml Balões volumétricos de 100 ml: 11 Pipeta graduada de 10 ml: 1 Pipetas de Pasteur: 1 Bureta de 25 ml: 1 Solução de difenilcarbazida a 1% (70% em etanol): 5 ml Espátula: 1 Gobelé de 50 ml: 1 Cromato de potássio: 1 g Água desionizada Vareta de vidro: 1 Pompete: 1 Balão volumétrico de 1000 ml: 1 Amostra de água Balança. 4.Procedimento experimental Procedimento experimental conforme consta no protocolo do trabalho prático de laboratório nº. 5. 5

6 5.Resultados Universidade Fernando Pessoa Para a preparação da Solução-padrão-mãe (I) foram efectivamente pesadas 0,3785 gramas de cromato de potássio (K₂CrO₄), um valor muito próximo do valor pretendido segundo o procedimento experimental para a preparação da Solução-padrão-mãe (I). A concentração rigorosa de Cromato de potássio da Solução-padrão-mãe (I) é de 0,00195 mol/l (1) e a concentração em Crómio (VI) da Solução-padrão-mãe (I) é de 101,4 mg/l (2). Já a Solução-padrão (II), que foi diluída na razão de 1:10 da Solução-padrão-mãe (I), apresenta uma concentração rigorosa de cromato de potássio de 0, mol/l (3) e uma concentração em Crómio (VI) de 10,14 mg/l (4). Preparação de soluções padrão de Cr (VI) para a curva de calibração: Solução padrão A B C D E F G H Vol. de cada balão (ml) Vol. (ml) de sol. de Cr(VI) [Cr (VI)] em cada padrão (mg/l) (5) Absorvância a 540 nm ,00 2,00 3,00 5,00 6,00 7,00 8,00 10,00 0,1014 0,2028 0,3042 0,507 0,6084 0,7098 0,8112 1,014 0,089 0,163 0,242 0,381 0,488 0,569 0,641 0,797 Tabela 1 Resultados experimentais que incluem a medição da absorvância a 540 nm de cada solução-padrão e que incluem a concentração de crómio (VI) em cada solução-padrão. Para o cálculo da absorvância de cada solução-padrão utilizou-se um espectrofotómetro UV/Vis. Para o cálculo da concentração de crómio (VI) em cada solução-padrão foi utilizada a fórmula: = Vol. ml de sol.de Cr VI Vol.balão ml Solução padrão II 6

7 Curva de Calibração Concentração de Crómio (VI) (mg/l) 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,089 0,163 0,242 0,381 0,488 0,569 0,641 0,797 Absorvância Gráfico 1 Curva de calibração que compara a absorvância de cada solução-padrão com a concentração em crómio (VI) dessa mesma solução-padrão. Através do programa Microsoft Office Excel 2007 e da fórmula estatística CORREL, obtivemos um coeficiente de correlação, entre a absorvância de cada solução-padrão e a concentração em crómio (VI) dessa mesma solução-padrão, de 0, Para o cálculo da concentração de crómio (VI) da amostra utilizou-se a equação da recta de calibração na forma y = mx + b, onde m representa o declive e b representa a ordenada na origem. O declive foi calculado através do programa Microsoft Office Excel 2007 e da fórmula estatística DECLIVE, obtendo-se um declive de 1,275; a ordenada na origem foi calculada através do programa Microsoft Office Excel 2007 e da fórmula estatística INTERCEPTAR, obtendo-se b = 0, Substituindo m e b na forma utilizada para definir a equação da recta de calibração, obtém-se a equação da recta de calibração: y = 1,275x 0, Para calcular o valor da concentração em crómio (VI) da amostra de água analisada, utilizamos a equação da recta de calibração, substituindo o valor de x pelo valor da absorvância da amostra. 7

8 O valor da absorvância da amostra foi de 0,066 A. Substituindo x pelo valor da absorvância da amostra obtém-se: = 1,275 0,066 0,00459=0,07956 A concentração de crómio (VI) na amostra também pode ser expressa como 79,56 µg/l. 6.Discussão dos Resultados e Conclusões Após a realização do trabalho experimental objecto deste relatório, obteve-se na amostra de água utilizada uma concentração de crómio (VI) de 0,07956 mg/l ou 79,56 µg/l. Com os dados recolhidos, verifica-se que a amostra utilizada não ultrapassa os valores limite de emissão na descarga de águas residuais em vigor na legislação portuguesa, definidos no Decreto-Lei nº. 236/98 de 1 de Agosto (Anexo XVIII), que define que os valores de crómio hexavalente presentes numa amostra de água não devem ultrapassar as 0,1 mg por litro de Cr(VI) (Métodos Instrumentais de Análise, pág ) Portanto, se a água da amostra for descarregada num sistema público de drenagem, como esta se encontra em conformidade com os valores limite de emissão permitidos, não existem quaisquer inconvenientes, embora a concentração de crómio (VI) da amostra se aproxime do valor limite. Contudo, no que diz respeito à qualidade da água da amostra para o consumo humano, esta não se encontra dentro dos valores paramétricos permitidos segundo o Decreto-Lei nº. 306/2007 de 27 de Agosto, Capítulo I, Artigo 1º (Métodos Instrumentais de Análise, pág. 74) O valor máximo de crómio permitido na água para consumo humano é de 50 µg/l, sendo este largamente ultrapassado na amostra de água utilizada, que tem uma concentração de crómio de 79,56 µg/l. A água da amostra utilizada no trabalho experimental não deve ser consumida pelo Homem pois a ingestão prolongada desta água pode provocar efeitos nocivos para a saúde, a nível hepático e também um elevado risco de contrair uma doença cancerígena (Peixoto, ). 8

9 Concluindo, a água da amostra analisada no trabalho experimental objecto deste relatório pode ser descarregada num sistema público de drenagem mas não é apropriada para o consumo humano. 9

10 7.Bibliografia Universidade Fernando Pessoa Jefferson Lab. (S/d). It s Elemental: The Element Chromium. [Em linha]. Disponível em [Consultado em 31/12/2008]. Métodos Instrumentais de Análise: Trabalhos Práticos de Laboratório. [Em linha]. Disponível em [Consultado em 31/12/2008]. Peixoto, A., Monteiro, C. e Parente, J. ( ). Toxicologia do Crómio. [Em linha]. Disponível em [Consultado em 31/12/2008]. 10

11 8.Apêndice Universidade Fernando Pessoa (1) Volume [Solução-padrão-mãe (I)] = 1000 ml = 1 L M (K₂CrO₄) = 2* (39,098 g/mol) + 51,996 g/mol + 4* (15, 99 g/mol) = 194,188 g/mol n (K₂CrO₄) = m (K₂CrO₄) / M (K₂CrO₄) = 0,3785 g / 194,188 g/mol = 0,00195 mol C K₂CrO₄ [Solução-padrão-mãe (I)] = n (K₂CrO₄) / Volume = 0,00195 mol / 1 L = = 0,00195 mol/l (2) C [Cr (VI) Solução-padrão-mãe (I)] = C K₂CrO₄ [Solução-padrão-mãe (I)] * M (Cr) = = 0,00195 mol/l * 51,996 g/mol = 0,1014 g/l C [Cr (VI) Solução-padrão-mãe (I)] = 0,1014 g/l * 10³ = 101,4 mg/l (3) C K₂CrO₄ [Solução-padrão (II)] = C K₂CrO₄ [Solução-padrão-mãe (I)] / 10 = = 0, mol/l (4) C [Cr (VI) Solução-padrão (II)] = C K₂CrO₄ [Solução-padrão (II)] * M (Cr) = = 0, mol/l * 51,996 g/mol = 0,01014 g/l C [Cr (VI) Solução-padrão (II)] = 0,01014 g/l * 10³ = 10,14 mg/l (5) Exemplo: [Cr (VI)] Solução-padrão A = (1 ml/100 ml) * 10,14 mg/l = 0,1014 mg/l 11