Um efluente industrial contém:
-
Deseja-se remover
por precipitação com sulfato.
Dados:
Kps
Perguntas:
a) Qual a concentração mínima de
para iniciar a precipitação?
b) Qual concentração de
é necessária para reduzir
para
?
c) Explique limitações práticas desse método em escala industrial.
Dados:
Kps
Perguntas:
a) Qual a concentração mínima de
b) Qual concentração de
c) Explique limitações práticas desse método em escala industrial.
Passo 1
O enunciado (peguei estes dados do enunciado) nos dá:
- Concentração inicial de chumbo:
. - Produto de solubilidade:
.
O que é pedido:
a) A concentração mínima denecessária para iniciar a precipitação de .
b) A concentração denecessária para que o equilíbrio deixe igual a .
c) Explicação das limitações práticas desse método em escala industrial.
Passo 2
Conceito fundamental (aula rápida e simples): para um sal pouco solúvel como
a expressão do produto de solubilidade é
Aqui
e
são as concentrações molares dos íons em solução no equilíbrio. A precipitação começa quando o produto iônico
ultrapassa
. O limite mínimo de
para iniciar precipitação é o valor que faz
dado
.
Passo 3
Resolvendo a pergunta (a). Igualamos o produto iônico ao
e isolamos
:
Substituindo os valores (peguei
e
do enunciado):
Interpretação curta: quando a concentração de sulfato atinge
, o produto iônico iguala o
e a solução fica saturada; qualquer acréscimo adicional de sulfato tende a provocar precipitação (na prática pode ser necessário um pouco mais por razões cinéticas, veremos isso em (c)).
Passo 4
Resolvendo a pergunta (b). Queremos que no equilíbrio
. Usamos a mesma relação de equilíbrio:
Substituindo:
Comentário numérico útil: isto corresponde a massa de
aproximadamente igual a
ou seja cerca de
de íon sulfato (apenas para referência).
Passo 5
Explicação didática sobre o que os números significam e limites do raciocínio teórico:
- O cálculo assume que as concentrações numéricas são diretamente as grandezas que entram em
. Na realidade o usa atividades iônicas, não concentrações. Em soluções de alta força iônica as atividades são menores que as concentrações, o que geralmente exige concentrações de sulfato maiores do que o cálculo simples indica. - Além disso, para que o sólido se forme realmente é necessário nucleação e crescimento: frequentemente é preciso exceder
(ou seja, ficar supersaturado) para que comece a precipitação visível; isso implica adicionar um excesso prático de sulfato ou usar sementes (partículas sólidas) para facilitar a precipitação. - Outros fatores práticos que alteram a eficiência (detalhes para (c)): presença de complexantes na água (por exemplo aminas, carbonatos, cloretos ou EDTA) pode manter o chumbo solubilizado mesmo com sulfato adicionado; pH, temperatura e força iônica influenciam solubilidade e velocidade de precipitação; separação sólido-líquido (decantação, flotação, filtração) precisa ser eficiente para remover o precipitado; geração de lodo contendo chumbo exige disposição/estabilização adequada.
Passo 6
Resposta qualitativa sobre processo: portanto, teoricamente
- para iniciar precipitação:
; - para reduzir
até : .
Na prática, devido a efeitos de atividade, cinética e interferências, normalmente recomenda-se adicionar um excesso de sulfato e empregar condições (mistura, tempo, sementes) que garantam precipitação e remoção sólida antes de descartar ou reutilizar a água.
Resposta
a)
b)
c) Limitações práticas: efeitos de atividade (necessidade de concentrações reais maiores), barreiras cinéticas e de nucleação (precipitação pode não ocorrer imediatamente), interferência de complexantes e outros íons, necessidade de separar e dispor o lodo contendo Pb (custo e logística), variações com pH/temperatura e aumento de carga de sulfato no efluente que pode exigir tratamento adicional.
b)
c) Limitações práticas: efeitos de atividade (necessidade de concentrações reais maiores), barreiras cinéticas e de nucleação (precipitação pode não ocorrer imediatamente), interferência de complexantes e outros íons, necessidade de separar e dispor o lodo contendo Pb (custo e logística), variações com pH/temperatura e aumento de carga de sulfato no efluente que pode exigir tratamento adicional.