- Preparar 100 mL de água barrenta.
- Dividir este volume
em duas partes iguais e colocar em duas provetas de 50 mL .
- Adicionar, agitando, a apenas uma das provetas, 5 mL de solução saturada de sulfato de alumínio e, em seguida, uma pequena porção de hidróxido de cálcio sólido. Misturar agitando.
- Após agitar simultaneamente as dispersões contidas nas duas provetas, deixar ambas em repouso e comparar o tempo de decantação nos dois recipientes.
Passo 1
O enunciado descreve um procedimento experimental e pede que, após tratar apenas uma das provetas, você compare o tempo de decantação nos dois recipientes. Informações dadas:
- Preparar
de água barrenta. - Dividir em duas partes iguais e colocar em duas provetas de
cada. - Em apenas uma proveta, adicionar (agitando)
de solução saturada de sulfato de alumínio e, em seguida, uma pequena porção de hidróxido de cálcio sólido; misturar. - Agitar ambas as provetas, deixar em repouso e comparar o tempo de decantação.
Pergunta implícita: qual proveta decanta mais rapidamente e por quê? Quais reações e mecanismos justificam a diferença observada?
Passo 2
O que é “água barrenta” e por que ela demora a assentar.
- Água barrenta contém partículas sólidas muito finas dispersas (lama, argila, matéria orgânica). Essas partículas podem formar suspensões ou coloides. Coloides são partículas tão pequenas que permanecem suspensas por muito tempo devido à agitação térmica e a forças elétricas.
- Importante: muitas partículas finas adquirem carga elétrica superficial (normalmente negativa) ao contato com a água. Quando todas as partículas têm carga do mesmo sinal, elas se repelem e não se agregam, o que dificulta a sedimentação. Essa camada de carga e a contra-carga na solução formam a “dupla camada elétrica” que estabiliza a suspensão.
- Conclusão prática: para fazer as partículas se agregarem (formar flocos maiores que assentam rápido) precisamos reduzir essa repulsão elétrica e provocar agregação.
Passo 3
O que faz a solução de sulfato de alumínio adicionada.
- A solução de sulfato de alumínio contém o sal
dissolvido, que se dissocia:
- Íons
são cátions trivalentes; eles têm alta capacidade de neutralizar cargas negativas na superfície das partículas. Isso reduz as forças de repulsão entre partículas e facilita a aproximação e agregação (choque e aderência). - Além disso, íons alumínio hidrolisam na água e podem formar espécies poliméricas e o hidróxido de alumínio gelatinoso que cria “flocos”:
- Esses flocos de
agem de duas maneiras: (1) neutralizam cargas (coagulação por neutralização) e (2) “varrem” partículas em suspensão adsorvendo-as sobre os flocos (sweep flocculation). O resultado prático: partículas pequenas formam agregados maiores que decantam muito mais rápido.
Passo 4
O papel do hidróxido de cálcio sólido (
) que é adicionado depois.
- Hidróxido de cálcio dissocia-se parcialmente na água:
- O efeito mais importante aqui é o fornecimento de
, que aumenta o pH local. Esse aumento de pH favorece a formação do precipitado de hidróxido de alumínio (ver reação do passo anterior). Sem suficiente, parte do alumínio pode permanecer na forma aquosa e ser menos eficaz. - O
também contribui de forma semelhante ao , embora menos eficaz por ser divalente; porém, seu papel principal aqui é ajustar o pH para otimizar a formação de flocos de alumínio. - Aviso importante (conceito para prova): se o pH subir demais,
pode reagir com excesso de hidróxido e formar aluminato solúvel:
ou seja, um excesso de base pode reestabilizar o alumínio em solução e reduzir a eficiência. Então existe uma faixa de pH ótima para coagulação com alumínio (em geral próximo de neutro a ligeiramente alcalino, dependendo das condições).
Passo 5
Mecanismo global que explica a diferença entre as provetas (em linguagem de prova).
- Na proveta tratada com
e , formam-se espécies de que neutralizam a carga superficial das partículas e precipitam como , formando flocos grandes. Esse processo chama-se coagulação seguida de floculação. - Na proveta não tratada, as partículas mantêm sua carga, permanecem dispersas e só assentam muito lentamente por gravidade ou por colisões eventuais.
- Resultado: a proveta tratada apresenta flocos visíveis e um sobrenadante mais claro em muito menos tempo que a não tratada.
Passo 6
Quantificar por que flocos maiores assentam mais rápido (fórmula útil para a prova).
- A velocidade terminal de sedimentação de uma partícula esférica em regime laminar é dada pela Lei de Stokes:
onde:
-
é a velocidade de sedimentação, -
é a densidade da partícula (ou floco), -
é a densidade do fluido (água), -
é a aceleração da gravidade, -
é o raio efetivo da partícula (ou floco), -
é a viscosidade do fluido. - Observação didática:
cresce com o quadrado de . Portanto, se a coagulação transforma muitas partículas finas em flocos cujos raios são, por exemplo, vezes maiores, a velocidade de assentamento aumenta por um fator . É por isso que pequenas agregações fazem uma diferença enorme no tempo de decantação.
Passo 7
O que você deve observar na prática (passo a passo experimental visual).
- Logo após agitar:
- Proveta tratada: formação de flocos (agregados visíveis), turbidez começa a diminuir no topo; água clara aparecendo como sobrenadante.
- Proveta não tratada: turbidez permanece homogênea; nenhuma ou poucas partículas grandes.
- Após alguns minutos em repouso:
- Proveta tratada: camadas claras em cima e sedimento mais compacto embaixo — decantação rápida.
- Proveta não tratada: decantação muito lenta; a água pode permanecer turva por muito mais tempo.
- Conclusão visual: a proveta que recebeu
+ decanta mais rápido e fica mais clara.
Passo 8
Como escrever uma resposta curta e correta na prova (modelo pronto para copiar).
- Frase modelo:
- “A proveta que recebeu a solução de sulfato de alumínio e o hidróxido de cálcio decanta mais rapidamente. O
proveniente do neutraliza cargas das partículas e, em presença de (fornecido por ), precipita como que forma flocos que aumentam o tamanho efetivo das partículas; pela Lei de Stokes, flocos maiores assentam muito mais rápido, gerando um sobrenadante claro. Na amostra sem tratamento não ocorre coagulação eficiente e a decantação é lenta.”
- “A proveta que recebeu a solução de sulfato de alumínio e o hidróxido de cálcio decanta mais rapidamente. O
- Dica: inclua, se pedir justificativa química, as equações
Passo 9
Erros comuns, observações práticas e incentivo
- Não adicionar base em excesso: muito
pode solubilizar o formando e reduzir eficiência. - Agite inicialmente com cuidado: agitação forte demais pode fragmentar flocos; agitação leve favorece floculação.
- Análogo prático: sais de ferro (por ex.
) atuam de modo parecido, formando como floco. - Você está indo bem — descrevendo o mecanismo (reações + efeito sobre cargas + Lei de Stokes) você resolve a questão numa prova com segurança.
Resposta
A proveta que recebeu
e
decanta mais rapidamente e apresenta sobrenadante mais claro, pois formam-se flocos de
que neutralizam cargas e aumentam o tamanho efetivo das partículas, acelerando a sedimentação.