Zito António, Notas de estudo de Química

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Zito António Avaliação da qualidade de água com recurso ao diagrama de Piper – Uma proposta metodológica para os ensaios laboratoriais de Química Universidade Pedagógica Nampula 2015

Zito António Avaliação da qualidade de água com recurso ao diagrama de Piper – Uma proposta metodológica para os ensaios laboratoriais de Química Monografia Científica a ser apresentada no Departamento de Ciências Naturais e Matemática, para a obtenção do grau académico de Licenciatura em Ensino de Química. Supervisor: Engo^ Alberto M. Nipuca Universidade Pedagógica Nampula 2015

iv

• CAPITULO I: INTRODUÇÃO Resumo........................................................................................................................................................ viii
• 1. Introdução
• 1.1. Justificativa
• 1.2. Descrição e colocação do problema
• 1.3. Objectivos
• 1.3.1. Objectivo geral
• 1.3.2. Objectivos específicos....................................................................................................................
• 1.4. Questões científicas............................................................................................................................
• 1.5. Hipóteses
• 1.6. Delimitação e enquadramento da pesquisa
• CAPITULO II: FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA........................................................................................
• 2. Água e sua ocorrência
• 2.1. Propriedades particulares da água
• 2.2. Escassez da água doce........................................................................................................................
• 2.3. Poluição e contaminação das águas..................................................................................................
• 2.4. Agente de poluição da água
• 2.5. Correlação os principais poluentes...................................................................................................
• 2.6. Parâmetros de qualidade de água
• 2.6.1. Parâmetros físicos da água
• 2.6.2. Parâmetros químicos da água
• 2.7. Os Diagramas Hidroquímicas
• 2.8. O diagrama de piper
• 2.8.1. Conceptualização
• 2.8.2. Construção do diagrama de Piper.................................................................................................
• 2.8.3. Esquema do Diagrama de piper
• 2.8.4. Classificação das águas segundo Piper
• 2.8.5. Processo de análise das águas com recurso ao diagrama de Piper
• 2.8.6. Interpretação do diagrama de Piper..............................................................................................
• CAPITULO III: METODOLOGIA E PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
• 3. Metodologia
• 3.1. Tipos de pesquisa
• 3.1.1. Quanto a abordagem.....................................................................................................................
• 3.1.2. Quanto aos objectivos
• 3.1.3. Quanto aos procedimentos
• 3.2. Métodos............................................................................................................................................
• 3.2.1. Bibliográfico
• 3.2.2. Experimental
• 3.2.3. Dedutivo.......................................................................................................................................
• 3.3. Técnicas de Recolha de Dados.........................................................................................................
• 3.3.1. Observação directa
• 3.3.2. Levantamento bibliográfico
• 3.3.3. Experimental
• 3.4. Universo e amostra...........................................................................................................................
• 3.5. Procedimentos Metodológicos
• CAPITULO IV: RESULTADOS E DISCUSSÃO
• 4. Resultados e discussão
• 4.1. Dados do Rio Muhala.......................................................................................................................
• 4.1.1. Representação dos dados do rio Muhala no diagrama de Piper
• 4.2. Dados do rio Muatala
• 4.2.1. Representação dos dados do rio Muatala no diagrama de Piper
• CAPITULO V: CONCLUSÕES, SUGESTÕES E LIMITAÇÕES.............................................................
• 5. Conclusões
• 5.1. Limitações
• 5.2. Sugestões..........................................................................................................................................
• Bibliografia
• Anexos..........................................................................................................................................................
• Anexo I.........................................................................................................................................................
• Anexo II
• Anexo III
• Apendice I Apêndices........................................................................................................ Erro! Marcador não definido.
• Apêndice II...................................................................................................................................................
• Apêndice III...…………………………………………………………………………………….
• Tabela 01, Lista de tabelas e gráficos
• Tabela
• Tabela 03.
• Gráfico
• Gráfico
• Figura 01:.......................................................................................................................................
• Figura 02:.......................................................................................................................................
• Tabela
• Tabela 05:
• Gráfico
• Tabela
• Tabela
• Gráfico

v Declaração Declaro por minha honra que esta Monografia Cientifica é resultado da minha investigação pessoal e das orientações do meu supervisor, o seu conteúdo é original e todas as fontes consultadas estão devidamente mencionadas no texto e na bibliografia final. Declaro ainda que este trabalho não foi apresentado, em nenhuma outra instituição para a obtenção de qualquer grau académico. Nampula, aos______/___________________/

(Zito António)

vii Agradecimentos Em primeiro lugar agradeço ALLAH (S.W.) por me proteger, pela força moral e espiritual dada por toda minha vida, em particular ao longo da minha carreira estudantil e por ter me concedido esta oportunidade. Posteriormente agradeço aos meus pais António Nacavava e Rosa Melita, que ALLAH os tenha, aos meus irmãos, especialmente ao meu irmão Bindánio António, pela forma incansável e incondicional que me tem ajudado ao longo da minha carreira. A agradeço a minha tia Teresa Maria Vicente, pela motivação intensa e o seu marido José Carlos Rafael pela paciência e compreensão. Agradeço bastante ao meu supervisor Engº Alberto Manuel Nipuca, que é como pai para mim, por ter me encaminhado desde o 1º ano em todos os aspectos, decidiu e apoio do que é melhor e excelente, se empenhou no desenvolvimento deste trabalho. Um forte agradecimento e imenso vai para os meus docentes, em especial Adélio Joaquim Consula e Didácio Álvaro Assane Salema que os admiro tanto, sendo este último, me apoiou para que me dedicasse a este tema de grande interesse sobre os ensaios laboratoriais, normalmente ambos são como irmãos para mim. Estende-se também para o Mestre Calton Camilo, um didáctico meramente aplaudível e admirável. Ainda agradeço aos meus colegas Manuel Amade, Manuel João Sava, Lucinda Lino Uatara, Elisa Celestino, sem se esquecer do Osvaldo Simão Muaquiua, Fátima Manuel Francisco por me darem forças suportando e guiando-me durante a minha carreira estudantil até atingir essa última fase do curso. Aos meus amigos, em especial dr. Délio de Rosário Sueleque, Elsio Saulino, Felizardo Antero, Daúdo Mussa Charamadane e minha irmã, prima, amiga Cornélia Maria Tomás, que me deram o seu afecto. É de frisar que agradeço aos técnicos do laboratório da FIPAG em particular o Engº Portugal, Engª Inês Fidelix e a Engª Eunice Nhavene.

viii Resumo O presente estudo teve como objectivo propor o uso de diagramas hidroquimicos 1 , concretamente o de Piper para a avaliação da qualidade da água. Igualmente pretendeu responder a importância de uso de diagrama de Piper para a avaliação da qualidade de água. Trata-se de um estudo de percepção laboratorial com uma amostra composta de dois rios pertencentes ao CMCN. O estudo parte com hipótese de falta de conhecimento da existência do diagrama de Piper, contribuí para o não uso deste e consequentemente, não classificação das águas. Os dados para a efectivação da pesquisa, na sua vertente epidemiológica foram colectados através de análises laboratoriais pertinentes. Os resultados mostraram que as aguas do rio Muhala em relação aos catiões, se enquadra nas águas magnésicas, enquanto que para os aniões é cloretada, classificando-se as águas na classe sulfatadas e/ou cloretadas, cálcicas e/ou magnésicas, especificamente na categoria de Cloretadas Magnésicas. Para as aguas do rio Muatala, ilustram que para os catiões, se enquadra nas águas cálcicas, enquanto que para os aniões é cloretada, classificando-se as águas na classe sulfatadas e/ou cloretadas, cálcicas e/ou magnésicas, especificamente na categoria de Cloretadas Cálcicas. Concluiu-se assim que, a água do Rio Muhala obteve-se supremacia da classe de águas Cloretadas Magnésicas , mostrando a predominância do cloro e magnésio em relação aos demais iões para os meses do segundo semestre de 2014. E a do rio Muatala obteve-se a supremacia das Cloretadas Cálcicas , notando-se a predominância do cloro e cálcio em relação aos demais iões para o mesmo período. Palavras – chaves: Domínio laboratorial, rio Muhala e Muatala, Águas, Diagrama de Piper, Avaliação e Classificação (^1) Hidroquimica – é o ramo da hidrogeologia que se dedica no estudo das componentes químicas das águas.

4 1.1. Justificativa A água é um bem que não se produz, é um recurso que a natureza recicla através do seu ciclo hidrológico. Observa-se que a medida que as regiões se desenvolvem, mais intenso é o uso dos recursos hídricos, maior é o potencial de conflitos entre usos e maiores os riscos de degradação da qualidade dos corpos de água. Na actualidade é frequente a contaminação das águas por diversas fontes geradas pelas acções da humanidade, sendo importante a sua análise para determinadas e diversas actividades em nossa Sociedade. A utilidade dos Diagramas de Piper é a possibilidade de representar muitas análises sobre o mesmo gráfico, sem dar origem a confusão. O autor da pesquisa vive uma realidade, que não se deparou, pelo menos uma vez, com uma análise da água com recurso aos digramas Hidroquimicos. O autor escolheu o tema em abordagem, pois, é de mera importância, uma vez que propõe uma sugestão para o melhoramento da qualidade de ensino, ou seja, uma metodologia para práticas e ensaios laboratoriais de Química. O desafio na actualidade é o melhoramento da qualidade de ensino em particular em Moçambique, no entanto, este pode ser útil para careira docente, especialmente a da Química que uma disciplina meramente experimental. O diagrama de Piper representa uma ferramenta bastante consistente na análise de conjuntos de dados hidroquímicos, diferentemente dos outros diagramas e outras análises, que são capazes de classificar apenas uma amostra por vez, possibilitando a distinção de grupos hidroquímicos e a avaliação da evolução hidroquímica ocorrida em determinado local. 1.2. Descrição e colocação do problema Como vem se referindo, a qualidade da água pode ser em função das diversas substâncias que se encontram em seu meio e os parâmetros que mostram as características de uma água, pode ser de ordem física, química ou bacteriológica. No entanto, para o uso da água é necessário fazer-se algumas análises laboratoriais ou em diagramas hidroquímicas que são gráficos que mostram, de forma sintética, as principais características químicas da água, facilitando a classificação e comparação entre mananciais.

5 Porém, tem verificado que a maioria das análises para o controlo de água são feitas apenas em laboratórios, apresentados em concertações, em geral, em aniões e catiões, ou seja, depois destas análises a água não é classificada em nenhuma classe destes iões. Apenas limitando-se em se afirmar que esta água conte uma alta concentração de um determinado anião ou catião, por exemplo, ela possui em maior abundância os iões cloretos (Cl

• ), cálcio (Ca 2+ ) ou carbonatos (CO 32 - ). Constata-se que essas análises de água são usados apenas os métodos laboratoriais, ou seja, são determinados os iões presentes na água, os quais são posteriormente comparados com alguns parâmetros estabelecidos por certas identidades como a OMS (Organização Mundial da Saúde), DNA (Direcção Nacional das Aguas), para o seu uso, não sendo usados os métodos de diagramas hidroquimicos, consequentemente, não classificação das águas nas respectivas classes segundo esses diagramas. Qualquer instituição de análise da água, ou pelo menos, em análises laboratoriais das escolas, os técnicos e responsáveis dos laboratórios, ou ainda, os metodólogos, educadores na área de química, não usam os diagramas hidroquimicos, concretamente o diagrama Piper, como um meio didáctico para fazer chegar os conteúdos sobre a classificação das diferentes águas de acordo com os iões presente em seu meio. Sendo este motivo que levou o autor a levanta-se a seguinte questão: Qual é a importância de uso de diagrama de Piper para a avaliação da qualidade de água? 1.3. Objectivos 1.3.1. Objectivo geral  Propor o uso de diagrama de Piper para a avaliação da qualidade da água 1.3.2. Objectivos específicos  Descrever o diagrama de Piper;  Determinar os parâmetros que são necessários para o uso do diagrama de Piper;  Mencionar a classificação das águas segundo Piper;  Demonstrar com base em resultados experimentais a importância do diagrama de Piper.

7 CAPITULO II: FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2. Água e sua ocorrência NALINI (2003) diz que “o mais valioso recurso natural da humanidade é a água, sem ela não há vida”. A água é rara no sistema solar, mas é bastante abundante em nosso planeta. Ela é condição essencial para a existência da vida, pois todos os organismos necessitam de água para sobreviver. No entanto, sua disponibilidade é um dos factores mais importantes a moldar os ecossistemas. Cerca de 70% da sua superfície da Terra está coberta por uma preciosa camada da água na sua maior parte salgada. Embora a água seja, como se disse, abundante no nosso planeta, só 3%é potencialmente utilizável no consumo humano. Segundo MAGNAGO (2008:92) “ Sob o ponto de vista tecnológico e económico, 0,5% de toda a água encontrada no planeta representa água doce que pode ser extraída de lagos, rios e aquíferos. Entretanto, boa parte dessa água encontra-se em locais de difícil acesso ou encontra- se poluída. Assim, estima-se que cerca de 0,003% do volume total de água do planeta seja disponível para o directo consumo humano”. Mas a verdade é que ela ocorre, ou seja, encontra- se em todos seres vivos, sendo o componente básico de todos eles.” 2.1. Propriedades particulares da água No entanto a água apresenta propriedades surpreendedoras. SIMOES, QUEIROS E SIMOES ( 1998 :44) diz que a água: a) É a única substancia que existe na natureza, simultaneamente, nos três estados físicos, sólido, líquido e gasoso; b) Permanece no estro líquido num largo intervalo de temperatura; c) Possui elevado ponto de ebulição ( o C) e baixo ponto de fusão ( o C) que lhe permite permanecer liquida na maior parte dos diferentes climas da terra;

8 d) Tem elevado calor massico 2 que lhe permite armazenar grandes quantidades de energia calorífica sem grande variação de temperatura (lagos e oceanos modelam o clima das terras circundantes porque absorvem energia térmica no verão e libertam-na no inverno sem experimentarem grande alteração de temperatura); Segundo MAGNAGO (2008:96) “O calor específico da água é elevado, de modo que ela possa absorver ou liberar grandes quantidades de calor a custa de pequena variação de temperatura. Assim, uma região que apresenta grande massa de agua pode apresenta uma branda variação de temperatura, enquanto que uma região desértica apresenta uma variação de temperatura ampla. Este raciocínio pode ser conduzido para o planeta; se os oceanos não existissem, a amplitude térmica do planeta seria maior.” e) Tem elevado calor molar de vaporização^3 (∆ (^) vap≅1 x 10^4 J. mol-^ a 100oC) que se traduz na necessidade de absorção de grande quantidade de energia térmica para sofrer vaporização f) A água possui elevada constante dieléctrica ( (^) r = 80 a 18 0 C), g) A água líquida dissolve uma grande variedade de compostos iónicos ou moléculas. Esta propriedade permite á água transportar nutrientes dissolvidos através de organismos vivos e retirar os desperdícios dos mesmos tecidos, servindo como agente de limpeza, ajuda a remover e a diluir os desperdícios da civilização solúveis em água. h) A água líquida tem uma tensão superficial^4 extremamente elevada, o que lhe advém do facto de as suas moléculas situadas a superfície estarem sujeitas a forca exercidas por moléculas do interior não equilibrados pelo exterior. i) A água líquida é a única substância comum que se expande quando congela. (^2) Capacidade Térmica Massica (c) - é a energia que a substância absorve ou cede, por cada unidade de massa, sempre que a sua temperatura se eleva ou diminui de 1^0 C (ou K), sem mudar de estado de agregação. (^3) Calor Molar de Vaporização - é a energia necessária para vaporizar uma mol de água líquida a temperatura constante. (^4) Tensao superficial de um liquido é a quantidade de energia requerida para reduzir ao minimo a sua area superficial

10 quantidade de água tem-se os problemas relacionados a qualidade da água, agravando a sua escassez para consumo, como, por exemplo, a contaminação e poluição dos mananciais. 2.3. Poluição e contaminação das águas A água e um dos recursos naturais mais intensamente utilizados. É fundamental para a existência e manutenção da vida, e para isto, deve estar presente no ambiente em quantidade e qualidade apropriadas e não poluída. De acordo com BACELO & AVERO (2000:457) «poluição é o acto de sujar e contaminar o ambiente com produtos resultantes da actividade humana » . A poluição de água, pode ser feita de várias maneiras com diferentes substâncias, dentre elas, as orgânicas, que são dadas como poluição biológica. Segundo ROQUE & CASTRO (1999:163), «poluição biológica, é provocada pela matéria orgânica capaz de experimentar uma fermentação bacteriana »

. A acumulação da matéria orgânica na água aumenta o número de bactérias que consomem oxigénio, se água possui pouco oxigénio, da actividade vital das bactérias resultam produtos tóxicos que impedem a manutenção da vida na água. A poluição das águas está directamente associada á capacidade que os órgãos receptores (poços, lagos, rios, mares …) têm para diluir efluentes que são despejos de origem diversa. Á medida que estes despejos são lançados nas águas, estás, tem, normalmente, o poder de se auto-depurar^5 , isto é, de associar o poder de diluição a uma actividade microbiológica_._ Segundo MACEDO (2002: 487 ), “ As actividades humanas geram alterações no meio, ocasionando desequilíbrios, ou seja, provocam novos equilíbrios, diferentes do que existiam anteriormente, causando alterações à natureza. O resultado desses desequilíbrios, que é uma consequência das actividades humanas, é a poluição ou contaminação do meio ambiente.” 5 Auto – depurar – se purificar, limpar algo de sujeira, substâncias ou agentes indesejáveis

11 É necessário saber que a poluição decorre de qualquer alteração de natureza física, química, biológica ou mesmo de regime hidrológico que produza desequilíbrios no ciclo biológico normal, alterando a composição da fauna e flora do meio; sendo resultado, principalmente, do lançamento de águas oriundas de actividades industriais, agrícolas ou humanas. Ainda SIMOES, QUEIROS E SIMOES (1998:33) “ diz-se que uma água está poluída – quando existem alterações estéticas que levam a um comprometimento do ecossistema aquático quanto ao fornecimento de água potável e fonte de alimento .” Por outro lado, diz-se que uma água está contaminada – quando o aspecto estético não está alterado, mas existe danos fisiológicos nos seres aquáticos e no homem que a utiliza devido a lançamento de microrganismos patogénicos, substâncias tóxicas, elementos ionizantes ou radioactivos.” Assim, a presença na água de organismos patogénicos prejudiciais ao homem não significa que o meio ambiente aquático esteja ecologicamente desequilibrado. De maneira análoga, a ocorrência de poluição não implica necessariamente riscos a saúde de todos os organismos que fazem uso dos recursos hídricos afectados. 2.4. Agente de poluição da água REBOUÇAS et al (1999) diz que “a qualidade dos corpos da água dependem dos ambientes naturais e antropogénicos de onde se originam, circulam, percolam ou ficam escoados.” Os principais problemas de escassez de água que ameaçam a sobrevivência das populações e da vida na Terra, são causados pelo crescimento desordenado das demandas e pelos processos de degradação da qualidade dos corpos da água. Os efeitos da poluição ou da contaminação da água têm sido intensificados pelo facto que o homem tem usado a água não só para suprir suas actividades metabólicas, mas também para outros fins, como abastecimento humano, abastecimento industrial, irrigação, geração de energia eléctrica, irrigação, navegação, diluição de despejos, preservação da flora e fauna, agricultura e recreação. LIMA (2001) diz que “as variedades de poluentes lançados nos corpos da água podem ser agrupadas em duas classes: pontual e difusa.” Os resíduos domésticos e industriais constituem o