GEO & GRAFIA para todos

HIDROQUÍMICA

Elementos de Química da Água

A Água como Substância Pura

A molécula de água está formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, sendo portanto sua fórmula H20. Trata-se de uma molécula com enlaces covalentes e devido a ser algo assimétrica e à sua forte polaridade, possui propriedades singulares, tanto pelo ponto de vista físico com pelo ponto de vista químico. Fisicamente se caracteriza porque é um líquido entre 0^oC e 100^oC à pressão atmosférica, com um calor específico muito elevado, calores de vaporização e de congelação também muito elevados. Sua tensão superficial é a mais elevada conhecida e dissolve com facilidade a maioria das substâncias naturais sólidas e gasosas, apresenta uma notável anomalia diatométrica.

A água líquida é um corpo muito debilmente iônico, efetuando-se uma dissociação molecular. Sua condutividade elétrica é muito baixa, da ordem de 0,045 uS/cm a 18^o C, porém cresce enormemente ao conter pequenas quantidades de impurezas, podendo chegar a ser um bom condutor elétrico quando possui substâncias dissolvidas. A água destilada pode Ter entre 0,5 e 5 uS/cm devido a pequenas impurezas e gases dissolvidos. A água é uma substância química muito ativa que tem grande facilidade de dissolver e reagir com outras substâncias. Tanto inorgânicas como orgânicas. Seu poder ionizante e sua constante dielétrica são muito elevadas e é o solvente mais empregado e difundido.

A Água na Natureza Como Agente

A grande capacidade de dissolução da água e sua elevada reatividade fazem com que a água natural contenha grande quantidade de substâncias dissolvidas, que passam a formar parte da composição de muitas substâncias e que atacam a muitas outras diretamente (hidratos, água de formação).

A água pode dissolver gases, líquidos e sólidos. O mecanismo de dissolução pode, às vezes, ser um mecanismo simples (como a dissolução de nitrogênio e açúcar), outras vezes, um mecanismo de simples ionização( como a dissolução de sal comum) e, outras vezes, se trata de mecanismos muito mais complexos em que intervém reações químicas com a própria água (caso da amônia) e outras substâncias dissolvidas na mesma (dissolução de calcáreos em presença de CO2, formação de complexos como a dissolução de metais pesados com a ajuda de ácidos húmicos e certas substâncias orgânicas, etc.), ou através de alterações prévias produzidas pela água em materiais em si insolúveis (ataque de silicatos).

Forma em que se Encontram as Substâncias Dissolvidas

As substâncias dissolvidas podem estar em forma molecular ou iônica, porém nas águas subterrâneas a forma iônica é a mais importante. Normalmente se trata de íons simples como cátions Na^+, Ca⁺⁺, ou ânions simples como Cl^-, SO₄^--. Menos freqüentemente existem íons complexos, por exemplo de Fe e outros metais pesados, formados a partir de substâncias orgânicas inclusive ácido carbônico. Este complexos podem ser tanto aniônicos como catiônicos.

Parte das substâncias dissolvidas está em forma molecular não iônica, com freqüência em equilíbrio com espécies iônicas.

Quanto mais concentrado está um sal em uma solução, maior é a proporção desse sal não ionizado. Para íons de caráter débil o grau de dissociação é função do PH da solução e que por sua vez depende do resto de substâncias dissolvidas, o que sucede com o CO3^--, HCO₃^-, NH₄⁺, etc.

Em águas subterrâneas naturais classificadas como doces, a maioria das substâncias dissolvidas está totalmente ionizada (a principal exceção é a sílica em forma de H₄SiO₄) e por isso são considerados em estado iônico.

Mecanismo de Ataque Químico aos Minerais

As substâncias de um determinado sistema hidrogeológico são postas em solução através de uma série de reações que se podem realizar através de processo simples como sucede com o gesso ou por processos complexos com os que ocorrem com as substâncias muito pouco solúveis que precisam ser transformadas em uma forma mais ou menos irreversível antes de poderem ser dissolvidas total ou parcialmente.

Estas reações iniciam com o processo de hidratação, que representa uma fase inicial de ataque aos minerais e consiste na penetração e incorporação da água no sistema reticular dos cristais, formando compostos químicos de fórmula bem definida (hidratos). Um exemplo clássico é a anidrita (Ca SO₄), pouco solúvel e muito compacta, transformada em gesso (Ca SO₄ . 2H₂0) mais solúvel e menos compacto. Os hidratos podem perderr sua água ao se elevar a temperatura ou ao variar a pressão parcial das água no gás com que está em contato. No processo de hidrólise ocorre uma verdadeira reação entre o mineral e a água, atuando os íons da água, H⁺ e OH^-, como reativos químicos. É especialmente efetiva com sais, ácidos ou bases fracas tais como a calcita (CA CO₃), silicatos (sais do ácido H₄ Si O₄) e provoca mudanças no PH da água.

A hidrólise de um íon de um ácido fraco aumenta o PH e similarmente a hidrólise de uma base fraca produz uma diminuição do PH.

As variações de PH se opõem às hidrólises. As substâncias tampão ajudam o processo, por isso as hidrólises, que podem ser lentas em água pura, podem ser rápidas quando existem certas substâncias dissolvidas. A presença do anidrido carbônico (CO₂) dissolvido favorece as hidrólises de carbono e silicatos, porém desfavorece as hidrólises de sais amoniacais e hidróxidos de ferros.

Os fenômenos de oxidação-redução podem ser especialmente efetiovos na solubilização de certas substâncias ao produzir-se trocas de valência, ou ao contrário podem frear sua solubilização. Assim o hidróxido férrico pode ser solubilizado se o potencial redox em volts é baixo pela transformação do Fe⁺⁺⁺. Por outro lado, se o potencial redox em volts é elevado, impede sua solubilação ao não permitir a existência de íons de Fe⁺⁺. Nos freqüente de oxigênio é essencial para manter um meio oxidante e, na presença de matéria orgânica, manter um meio redutor.

As trocas de PH também cumprem um importante papel ao permitir, acelerar ou impedir os processos de hidrólise. A forma natural mais freqüente é a diminuição do PH pela presença de ácidos inorgânicos e orgânicos naturais tais como o nítrico, procedente dos fenômenos de nitrificação, o carbônico, procedente da dissolução de CO₂, os húmicos, procedentes da lavagem dos solos vegetais, etc.

Certos processos biológicos podem provocar certas rações através de trocas de PH tal como a liberação de ácidos. Outras vezes os microorganismos podem intervir em processos redox, produzindo efeitos tais como a redução de sulfatos.

Intercâmbio Iônico

Certas substâncias sólidas naturais se caracterizam por estar eletronicamente desequilibradas e conseguem a neutralidade rodeando-se de cátions, se as cargas livres são negativas (substâncias catiônicas) ou de ânions, se as cargas livres são positivas (substâncias aniônicas). Os íons estão muito debilmente retidos (íons lábeis) e ao entrar em contato com uma solução aquosa podem ser substituídos, valência a valência, por outros íons do mesmo tipo. Trata-se de um fenômeno de adsorção, existindo um equilíbrio dinâmico entre os íons adsorvidos e os da água.

Na natureza abundam os minerais com capacidade de troca iônica, porém, só a apresentam de forma acentuada algumas espécies de argilas, tais como a sericita, caolinita, etc., que são trocadores catiônicos. A alumina é uma troca aniônica e os materiais orgânicos podem ser aniônicos ou catiônicos. São de divisão desses materiais, maior é a facilidade e rapidez com que se realiza o intercâmbio iônico, sendo máximo quando se encontram em estado coloidal.

Denomina-se capacidade de intercâmbio iônico de um certo material aos mili equivalentes que pode trocar com o meio por cada 100 gramas do mesmo.

Dado que na natureza são muito mais abundantes as substâncias catiônicas, os cátions são os íons mais afetados pelo intercâmbio iônico e com freqüência se considera sinônimo a troca de bases (catiônica) e o intercâmbio iônico.

Se, por exemplo, se tem uma argila formada em ambiente de água marinha em que domina o íon sódio, a argila terá a maioria de suas valências livres e cargas compensadas com Na⁺ que estava retido. Se esta argila é transportada para um meio em que dominam os íons cálcio, cada par de Na⁺ que passa para a solução em virtude de sua instabilidade e equilíbrio dinâmico com a mesma, será substituído por um Ca⁺⁺ que domina a solução e assim sucessivamente, de modo que a solução perde Ca⁺⁺ (que é retido) e ganha Na⁺ (que é liberado) até que a elevação do conteúdo de íons Na+ na solução permite chegar a um equilíbrio.

Os íons são retidos com forças diferentes, sendo estas maiores quando menos hidrato estão e maior é a sua carga elétrica. A série é uma ordenação de cátions de maior e menor poder de fixação. Assim uma argila em equilíbrio com uma solução de Ca⁺⁺ e Mg⁺⁺ em igual concentração Terá mais Ca⁺⁺ que Mg⁺⁺.

Por sua vez, quanto aos ânions, os que tem maior poder de fixação, são os que não possuem oxigênio nas suas moléculas. Assim sendo o Cl terá maior poder de fixação do que HCO₃^- e SO₄^---, por exemplo.

Conteúdo Iônico das Águas

Dentre os elementos mais comuns na água subterrânea destacam-se os seguintes:

Sílica: Embora seja o segundo elemento mais abundante na crosta da terra não é um dos principais encontrados nas águas subterrâneas normais. Uma grande concentração de sílica pode indicar água proveniente de terrenos vulcânicos ou bacias sedimentares formadas a partir da erosão das rochas vulcânicas (concentração SiO₂ em torno de 90 a 100 ppm).

Ferro: Existem abundantes fontes de ferro na crosta terrestre, sendo que ele participa da composição de vários minerais formadores de rochas (piroxênio, anfibólios, biotita, magnetita, pinta, granadas). O intemperismo desses minerais fornece grandes quantidades de ferro que formam óxidos pouco solúveis na água.

Cálcio: Geralmente é proveniente de sedimentação marinha e pode ser retirado da calcita, aragonita, dolomita, anidrita e gesso. Nas rochas ígneas e metamórficas as fontes de cálcio são os seguintes minerais: apatita, volastonita, fluorita, os feldspatos cálcicos, os anfibólios e os piroxênios. O cálcio é um dos íons mais comuns na água subterrânea geralmente sob a forma de carbonato e bicarbonato. A água pura dissolve cerca de 13 ppm de CaCO₂ a 23^o C, entretanto se houver presença de sódio, potássio e/ou gás carbônico esta solubilidade é muito aumentada podendo atingir então até 300 ppm.

Magnésio: Nas rochas sedimentares os minerais contendo o magnésio são principalmente as dolomitas. Nas rochas ígneas o magnésio pode ser proveniente da olivina, riotita, hornblenda, augita e nas rochas metamórficas pode estar presenrte na serpentita, tremolita e diopsídio. A solubilidade do magnésio também é controlado pela presença do CO₂.

Sódio: Não está como os outros elementos presente na maioria dos minerais formadores de rocha. A fonte primária são os plagioclásios, e como secundária pode-se citar os minerais de argila.

Os sais de sódio são muito solúveis e não se permitam até concentração de 264.000 ppm de NaCl (a 20^o C). Todas as águas naturais contém sódio desde a água da chuva (0,2 ppm) até 100.000 ppm em águas de depósitos salinos.

Potássio: Fonte comum é o intemperismo dos ortoclásios, microclina e biotita e alguns depósitos de evaporitos. Sua concentração na água é menor que o sódio embora tenha a mesma capacidade de manter—se em solução até grandes concentrações. Entretanto os minerais de potássio são mais resistentes ao intemperismo e a vegetação é responsável pela absorção de grande quantidade de potássio no solo.

Bicarbonatos e carbonatos: A maioria dos carbonatos e bicarbonatos é proveniente de CO₂ da atmosfera, ou do solo devido a ação da matéria orgânica. Pode ser proveniente também de rochas carbonatadas. As água subterrâneas geralmente possuem de 10 ppm e menos de 100 ppm.

Ácidos: Geralmente estão presentes quando o PH é menor que 4,5; alguns deles como o HCl são devidos a atividades vulcânicas.

Sulfatos: Embora largamente distribuídos nos minerais da crosta terrestre geralmente apresentam-se pequenas concentrações nas águas subterrâneas. Geralmente são provenientes de folhelhos ricos em pirita e marcasita. As precipitações atmosféricas podem conter sulfatos em torno de 2 ppm sendo proveniente das poeiras e da decomposição das matérias orgânicas pelas bactérias. A concentração de sulfatos na água subterrânea varia geralmente de 0,2 ppm a 100 ppm.

Cloro: É um elemento que aparece em pequena proporção na composição química da crosta terrestre embora apresenta-se em grandes concentrações nas águas subterrâneas. O cloro pode ser proveniente da sodalita e da apatita

Nitratos: Embora algumas rochas ígneas possam conter pequenas quantidades de nitrato solúveis ou amônia, a maior parte dos nitratos contidos na água subterrânea é proveniente da matéria orgânica ou de resíduos agrícolas e industrias.

Elementos traços e elementos secundários: Além dos elementos descritos existem numerosos elementos que entram comumente em menor proporção na água subterrânea mas que podem ser importantes não somente para determinar-se a história geológica da água mas sobretudo devido aos efeitos que podem exercer sobre os organismos vivos quando em pequenas concentrações. Exemplo: grandes concentrações de bromo indicam atividades vulcânicas e grande de alumínio indicam águas ácidas.

Determinação dos Ions Presentes nas Águas Subterrâneas

A análise química da água vai depender sobretudo das finalidades a que ela se destina. Se está interessado em uma pesquisa de minerais certamente se vai pesquisar os elementos traços associados, se a água destinar-se à agricultura deve-se ter em vista os elementos que podem influenciar no desenvolvimento das plantas, se for para fins humanos pode-se fazer uma pesquisa de nitratos/nitritos ou do NMP de coliformes.

Em uma análise completa de rotina devem ser determinadas algumas propriedades físicas ligadas aos sentidos (cor, odor, sabor, turbidez) à alcalinidade, à dureza ou grau hidrolimétrico, à resistividade, o PH e o resíduo seco.

Propriedades Físicas Ligadas aos Sentidos

Cor: A cor da água é devida a substâncias em solução e é dada em partes por milhão comparadas com soluções padrões (cobalto-platina).

Turbidez: A turbidez deve-se a substâncias em suspensão ou coloidais. As medidas são feitas baseando-se na intensidade luminosa que atravessa a água.

Odor: Pode ser causado pelas bactérias ou por substâncias químicas como os fenóis. O teste é subjetivo e depende da sensação do operador. Há uma tentativa para determinar quantitativamente mas não foi ainda aceito o método.

O sabor: Também é definida em termos da experiência do operador. Geralmente mede a salinidade da água em relação com o paladar

Temperatura

A temperatura pode ser medida no aqüífero ou em amostras na superfície. Seu estudo sistemático pode fornecer indicações sobre sua origem e fontes de recarga. A medida da temperatura é importante na determinação da condutividade elétrica da água e do PH.

As duas principais fontes de calor são o sol e o gradiente geotérmico (1^o C para 33 m) no subsolo; pode-se distinguir duas zonas:

A zona de heterotermia (calor do sol: 15 a 17 m)

A zona de homotermia (gradiente geotérmico)

Outras fontes de calor são as reações químicas exotérmicas e as desintegrações radioativas. As águas de chuvas ao infiltrar-se tendem a estabelecer um equilíbrio térmico com a temperatura da rocha. Comparando-se a temperatura da água com o ar nota-se uma regularização à medida que aumenta a profundidade do aqüífero.

O PH

O PH é a medida da acidez ou alcalinidade da água. Recomenda-se determinar o PH no campo usando-se o papel indicado universal (Farbakala PH 1-10) medindo-se a temperatura da água e ao ambiente. Posteriormente deve ser determinado no laboratório por meio de análises colorimétricas.

Resíduo Seco

O resíduo seco é a quantidade total de sais dissolvidos na água em mg/l. Pode ser determinado no laboratório ou no campo com um resistivímetro. Em laboratório é obtido mediante evaporação (110^o C) e calcinação a 180^o C. O resíduo seco indicando a mineralização total da água.

Alcalinidade

O conhecimento da alcalinidade permite determinar a quantidade de OH^-, CO₃^--e HCO₃^- alcalinos contidos numa amostra d’água. E geral não existem hidróxidos, os carbonatos aparecem com pouca freqüência e os bicarbonatos sempre existem. A alcalinidade é expressa muitas vezes empregando-se os termos TA e TAC para indicar a alcalinidade e alcalinidade completa.

Dureza ou Grau Hidrolimétrico (o dh)

A dureza mede a presença de compostos de Ca⁺⁺ e Mg⁺⁺. Estes sais são geralmente na forma de bicarbonatos, sulfatos e cloretos. Eles produzem incrustações nos filtros de perfuração, canalizações, entopem as caldeiras, etc. O grau de dureza ou hidrolimétrico o dh é a quantidade de sais alcalino terrosos que a água contém. Existem três espécies:

dureza total

dureza de carbonatos ou temporária

dureza de não carbonatos ou permanente.

A dureza de carbonatos é chamada temporária porque pode ser removida por ebulição, é devida a carbonato e bicarbonatos de cálcio e magnésio.

A dureza dos não carbonatos ou permanente é causada pelos sulfatos e cloretos de cálcio e magnésio.

As obstruções nos filtros dos poços resultam da presença de CO₂ que se desprende devido ao rebaixamento resultante do bombeamento quando os filtros ficam expostos ao ar.

Resistividade

Em princípio o método baseia-se no seguinte: seja uma solução de um eletrólito na qual se mergulham dois eletrodos A e B ligados a uma fonte de eletricidade. Considere-se nesta solução uma coluna líquida de 1cm de altura e seção 5cm². Designa-se por:

V – diferença de potencial entre A e B.

I – intensidade da corrente que atravessa a coluna líquida.

R – resistência da coluna líquida.

As três grandezas satisfazem a lei de Ohm V = RI. A resistência é medida em Ohm e tem por valor R = p*1/S.

p é a resistividade, isto é, a resistência de uma coluna de líquido de 1 cm² de seção e 1 cm de altura. Os aparelhos utilizados são as pontes eletrolíticas com várias adaptações. Uma das variações é o resistivímetro Chauvin Arnoux de fabricação francesa e portátil que é composto de um vibrador, uma cuba e a fonte compacta WK (Wheastone e Kohlransch). Para calcular-se o resíduo seco por meio deste aparelho torna-se necessário calcular-se o parâmetro da cuba que geralmente é feito em laboratório por meio de uma solução de KCl a 0,5 g/l, cuja resistividade a 18^o C é conhecida e vale 1.210 ohms/cm. Seja R a leitura feita temos o fator de correção utilizando a expressão:

P = A 1210/R (sendo A o fator de correção da temperatura).

Uma vez obtido o fator de correção da cuba pode-se medir a resistividade da amostra r a uma temperatura t empregando-se as seguintes seqüências de operações recomendadas pela "Bureau de Recherches Geologiques et Miniérs".

a) Coeficiente de redução a 25^o C - K = 1+0,2 (t-25);

b) Fator de redução a 25^o C em cm - f = K*p;

c) Resistividade a 25^o C = f*k*r

d) Condutividade expressa em miliohms - C = 1000/C;

e) Resíduo seco equivalente em g/l - Rs = 0,7C.

Existem aparelhos (modelos americanos) que fornecem uma tabela onde pode-se ler diretamente o valor da resistividade a uma dada temperatura.

Coleta de Amostras de Água

Embora seja uma operação simples a amostragem deve ser realizada com muito cuidado uma vez que dela vai depender o resultado da análise. De um modo geral recomenda-se observar os seguintes pontos:

- A quantidade deve variar entre 1 e 5 litros, dependendo da natureza do exame que se quer realizar.

- As garrafas ou recipientes devem ser preferencialmente as plásticas e com uma tampa de segurança. Isso elimina o perigo de quebrar e perder-se a amostra que as vezes não é possível recuperar.

- Caso as garrafas sejam novas devem ser lavadas com água acidulada com HCl e em seguida várias vezes com H₂O destilada e tapadas.

- No local da coleta deve-se lavar o recipiente com a água que se vai amostrar, tomando-a sob a superfície e a boa distância do fundo para evitar a penetração de impurezas.

- Caso a água seja bombeada, deixa-se transcorrer um certo tempo antes de fazer a amostragem (5 a 10 minutos), para não se coletar água que tenha ficado em contato prolongado com a tubulação do poço.

- Deve-se por um rótulo com as seguintes indicações:

</DIR></DIR>

Local da amostra;

Temperatura da água;

Temperatura do ambiente;

Altitude;

Condições e natureza do terreno;

Tipo do aqüífero;

Possibilidade aparente de contaminação;

PH do campo;

Resistividade medida;

Profundidade;

Nome do coletor.

Recomenda-se jamais vasilhas metálicas ou de barro e enviar para o laboratório de análise com a maior breviedade possível.

Apresentação dos Resultados das Análises Químicas

Unidades de Medida

As análises de água geralmente apresentam uma quantidade total de sólidos dissolvidos muito pequena em relação ao peso da amostra. Assim as análises são expressas em ppm ou seja partes por milhão. Uma parte por milha significa uma parte em peso da matéria dissolvida em um milhão de partes em peso da solução. Esta medida é independente da unidade usada. Uma medida similar, que no entanto já depende da unidade de medida, é o miligrama por litro que é usada pela maioria dos laboratórios. Partes por milhão e miligramas por litro são numericamente semelhante uma vez que:

1 parte por milhão = 1 miligrama por litro/Peso específico água(=1)

Para um estudo químico entretanto é mais apropriado trabalhar-se com o equivalente por milhão ou miliequivalente.

Uma vez conhecida a concentração em ppm para encontrar-se o epm divide-se pelo peso equivalente de um íon em consideração. Assim seja calcular o epm ou miliequivalente que corresponde a 63, ppm de Mg₂.

Peso atômico Mg₂= 24.32 Peso equivalente

24.32/2 = 12,16 63 ppm de Mg₂ = 63/12.16 = 5,19 epm.

Pode-se proceder da seguinte maneira prática para encontra-se o miliequivalente que corresponde a uma dada concentração por milhão.

Procura-se o peso atômico do elemento

Divide-se pela valência

Divide-se a concentração em ppm pelo resultado obtido em b. e tem-se a concentração em miliequivalente.

Em caso de um radical calcula-se o peso atômico do radical e a valência e procede-se da mesma maneira.

Exemplo: calcular a concentração em miliequivalente (meq) de 2.5 ppm de PO₄^---..

Peso atômico do fósforo = 30,97

Peso atômico do oxigênio = 16,0

Peso do radical PO₄ = 94,97

Valência radical = 3

Peso equivalente = 94,97/3 = 31,33

2,5 ppm de PO₄^--- = 2,5/31,66 = 0,079 meq.

A vantagem do uso dos miliequivalentes no estudo das propriedades químicas da água subterrânea é que ele permite uma representação da composição onde existem somente ions. Assim numa análise completa o número de miliequivalentes positivos deve ser mais ou menos igual ao de miliequivalentes negativos. Caso isto não ocorra ou houve erro de análise ou não foram pesquisados alguns elementos existentes na água.

O erro permitido é dado pela seguinte relação.

E = rp – rn/rp + rn * 100

Onde: rp = soma dos eletro - positivos em meq

rn = soma dos eletro – negativos em meq.

Empregando esta fórmula temos um meio de verificar a exatidão da análise. De um modo geral C 2, em valor absoluto e C 5 indica um erro da análise ou de cálculo.

Algumas vezes tem-se a concentração de um composto químico Na e Bm e necessita saber a concentração de um certo íon na água; para obter o íon A procede-se da seguinte maneira:

Ppm íon A = (ppm composto AnBm * n (Peso atômico A)

Peso molecular AnBm

</DIR></DIR></DIR></DIR></DIR></DIR></DIR></DIR></DIR></DIR></DIR></DIR>

Exemplo : em uma certa água tem-se 32 ppm de CaCl₂ qual a concentração em ppm do íon cloro na água?

Peso atômico do Cl^- = 35,5

Peso atômico do Ca⁺⁺ = 40,0

Peso atômico CaCl₂= 111

Ppm Cl- = 32 2(35,5) = 20,5

Representação das Análises Químicas

Quando se tem as análises químicas de grande número de amostras procura-se representá-las por processos gráficos os quais permitem sumarizar e salientar certos fatos nestas análises. Um dos métodos mais simples e que fornece bons resultados consiste em plotar-se os resultados das amostras em um mapa. Pode-se traçar linhas de igual concentração de um elemento, por exemplo cloro relacionando-se com a profundidade.

Outro método muito empregado para representar análises uma dada amostra são os gráficos de barras que podem ser em ppm ou mais comumente em meq.

Pode-se usar diagramas circulares e coordenadas radiais para representar as análises químicas. Para comparar-se duas análises comumente empregar-se o diagrama de Stiff, que consiste em plotar o resultado das análises em linhas horizontais. Há ainda outros dois métodos de estudos de comparações de águas utilizando-se geralmente o quadrado de Toltskin e o método dos dois triângulos.

4.3. Classificação das Águas Subterrâneas

Comparando-se a composição química de diversas águas pode-se verificar que os ions que dominam, em cada tipo são muito diferentes. Por exemplo nas águas salgadas dominam o sódio e o cloro, nas águas gipsíferas os ions SO₄ e Cálcio etc.

Assim utiliza-se os ions dominantes (aqueles que ultrapassam de 25 % da zona dos miliequivalentes de todos a os ions monovalentes) como índice de classificação.

Partindo desse princípio temos 7 classes de água quando consideram-se os ions eletro-negativos que são:

1) Hidrocarbonadas HCO₃^- 25% meqs.

2) Águas sulfatadas SO₄^-- 25% meqs.

3) Águas cloretadas Cl^- 25% meqs.

4) Águas hidrocarbonatadas sulfatadas HCO₃ + SO₄ 25% meqs.

5) Águas hidrocarbonatadas cloretadas HCO₃ + Cl 25%

6) Águas sulfo-cloretadas SO₄ + Cl 25%

7) Águas sulfo-cloretadas hidrocarbonetadas SO₄ + Cl + HCO₃ 25%

Considerando-se os teores dos eletro-positivos dominantes podemos ter:

Águas de cálcio Ca 25%

Águas de magnésio Mg 25%

Águas de sódio Na 25%

Águas de cálcio magnésio Ca + Mg 25%

Águas de cálcio sódio Ca + Na 25%

Águas de sódio e magnésio Na + Mg 25%

Águas de cálcio magnésio sódio Ca + Mg + Na 25%

Pode-se ter ainda uma classificação resultante da união das duas, assim águas cloretadas de cálcio e sódio etc.

Critérios de Qualidade

Os critérios de qualidade estão relacionados com o uso a que a água se destina. As características químicas e biológicas vão determinar a sua utilização pela indústria, agricultura ou para o consumo humano.

Considerando-se a água para ser utilizada pelo consumo humano geralmente define-se o conceito da potabilidade, que implica na ausência de sais em alta dose e na inexistência de microorganismos patogênicos e substâncias nocivas ao homem.

Embora existem vários critérios de tolerância é impossível precisar com segurança os limites de salinidade a partir do qual a água deve ser evitada para o uso doméstico. Isso é sobretudo devido a dois fatores. O primeiro é a necessidade que faz tornar mais elásticas as normas estabelecidas. A água com elevado teor de cálcio e magnésio é desagradável e pode Ter efeitos laxativos sobretudo devido à existência de sulfatos, entretanto regiões situadas em rochas calcárias abastecem-se de água carregada desses sais em doses muito elevadas que as permissíveis pelos critérios de tolerância.

O segundo é a adaptação, que até certo ponto o organismo humano sofre, quando vive em regiões cujas fontes de abastecimento estão fora dos padrões existentes. Assim aproveitando o mesmo exemplo das águas carbonatadas que são bastante desagradáveis ao paladar existem casos de habitantes dessas regiões que não se adaptem ao uso de água com concentrações mais baixas e reclamam o paladar.

Os serviços de saúde pública, tanto na Europa como nos Estados Unidos, fixam somente os teores máximos toleráveis de sais, prevendo somente uma divisão em águas potáveis e águas não potáveis, na dependência de determinados ions que possuem importância fisiológica particular.

Teores Máximos de Potabilidade (mg/l)
Elemento	Europa	USA	Organização Mundial da Saúde
			Bom	Admissível	Excesso
Mg	125	-	<50	50-150	>150
Cl	230	250	<20	20-200	>200
SO₄	250	250	200	200-400	>400
NO₃	44	45	-	-	-
Dureza	30	-	-	-	-
Res. Seco	-	500	<500	500-1500	>1500
Ca	-	-	<75	75-200	>200

Classes de potabilidade:

Classes	Qualidade	Sabor	Potabilidade
1^a	Boa	Nenhum particular	Permanente
2^a	Passável	Fracamente perceptível	Permanente
3^a	Medíocre	Pouco pronunciado	Permanente
4^a	Ruim	Um pouco desagradável	Permanente
5^a	Ruim	Desagradável	Momentânea
6^a	Péssima	Extremamente ruim	Nula

Valores limites para cada parâmetro:

CLASSES
Em mg/l	1^a	2^a	3^a	4^a	5^a	6^a
Res. Seco	<500	1000	2000	4000	8000	Maior
Na	<115	230	460	920	1840	Maior
Cl	<177,5	355	710	1420	2840	Maior
SO₄	<144	288	576	1152	2304	Maior
Dureza	<25	50	100	200	400	Maior

Obs.: Deve-se salientar que uma água termo-mineral não é necessariamente de 1as classe. Alguns elementos traços quando presentes na água podem ser tóxicos. Assim:

Arsênico: tóxico se ultrapassa a 0,5 ppm; a tolerância é 0,01ppm.

Bário: É um estimulante muscular mas torna-se nocivo se a concentração ultrapassa a 1ppm.

Cádmio: tóxico em torno de 0,01 ppm.

Cromo: dose limite é 0,05 ppm.

Fluoreto: concentração máxima permitida 1,5 ppm.

Chumbo: dose permitida 0,05 ppm.

Cobre: A água com 5 ppm de cobre tem um gosto desagradável; a dose tolerável é 1ppm.

Considerando-se o uso de água subterrânea para irrigação pode-se dizer que todas as águas potáveis se prestam, para irrigação porém nem todas as não potáveis são impróprias para esse uso.

Os caracteres das águas que interessam sob o ponto de vista agrícola são: temperatura (varia entre 2^o a 30^o C), material em suspensão (águas subterrâneas não apresentam problemas com materiais em suspensão). Dureza (é desaconselhável pois podem provocar incrustações nos solos) e composição química (classificadas pela relação entre íon sódio, cálcio e magnésio- SAR).

SAR = Na/(Ca/2)^1/2 + (Mg/2)^1/2

Quanto ao SAR as águas para irrigação podem ser classificadas:

SAR	Tipo de água
0-10	Excelente
10-18	Boa
18-26	Regular
36	Má: perigo de alcalinização

A classificação química entretanto leva em consideração o tipo de solo. Uma água imprestável à irrigação em um tipo de solo ser razoável em outro tipo de solo.

Relação entre Rochas e Composição Química das Águas Subterrâneas

Rochas Cristalinas

Considera-se apenas o granito, gnaisses, os dioritos e os micaxistos.

Granitos/Gnaisse – Minerais constituintes face a decomposição

Quartzo SiO₂ traços

Ortoclásio SiO₂, K

Plagioclásio SiO₂ Na, Ca

Biotita K, Fe

Muscovita K

</DIR></DIR>

O granito e o gnaisse darão águas com grandes quantidades de SiO₂, carbonatos alcalinos e bicarbonatos de cálcio. Serão águas ricas em alcalis.

Como o ataque do granito é difícil as águas serão muito pouco carregadas de sais e tendem a apresentar um excesso de CO₂ já que este último não será contrabalançado por bases. O resíduo seco é em princípio fraco. Entretanto análises de água do nordeste mostram geralmente o contrário, apresentando um resíduo seco elevado.

Diorito: Esta rocha difere da anterior pela redução da ausência das micas e pela presença em maior proporção de anfibólios e plagioclásios cálcicos e pela diminuição sensível do quartzo; a decomposição dos minerais fornecerá:

Quartzo SiO₂

Plagioclásio SiO₂ + Na + Ca

Anfibólio SiO₂ + Ca + Fe

</DIR></DIR>

Assim as águas dos dioritos serão alcalinas e carregadas de ferro.

Basalto: Após análises químicas constata-se que os teores de sílica das águas provenientes do basalto são mais elevados que as dos granitos, possivelmente devido a reações mais ácidas do basalto. A característica mais importante na água deveria ser o teor de ferro, e depois do ferro são os alcalinos terrosos que são eliminados em maiores concentrações, sendo o cálcio predominante. Entretanto o PH, geralmente baixo, não permite a concentração de Fe e Ca e favorece as concentrações de SiO₂ e Al₂O₃, elementos que aparecem em maior proporção entre os presentes na água.

Os micaxistos: dada à abundância de minerais ferro-magnesianos estas águas são normalmente carregadas de alcalis e ferro. Como o contato água rocha é maior elas são mais carregadas em sais. As rochas com grandes concentrações de anfibólios fornecem águas geralmente com teores elevados de alcalinos-terrosos e baixa acidez.

Como características gerais das rochas cristalinas pode-se citar as seguintes:

Resíduo seco: fraco nos granitos e gnaisses elevados nas rochas xistosas alteradas;

Íons eletro-positvos: predominância dos alcalinos em geral (Na e K) Ca geralmente em baixas concentrações (salvo em rochas com anfibólios);

Íons eletro-negativos: HCO₃ – fraco mas dominante sobre cloro e SO₄;

PH: baixo (águas ácidas).

Rochas Sedimentares

Calcáreos: a velocidade de dissolução depende da natureza dos calcáreos (compactos, porosos, fissurados, etc.). De um modo geral a dissolução faz-se por fissuras. Como a dissolução dos carbonatos (limitada pela tensão do CO₂) é mais difícil que a dos sulfatos e cloretos geralmente resulta um resíduo seco baixo devido ao HCO₃ e ao Ca. Os calcáreos granulares e porosos apresentam resíduos secos mais elevados.

Arenitos e areias: são rochas muito porosas e consequentemente com grandes superfícies de contato com as águas. A concentração vai depender do grau de pureza dos arenitos e do grau de pluviometria da região. Geralmente são águas com baixos resíduos secos e o íon dominante é o cálcio.

Aluviões: Os aluviões são rochas de natureza complexa podendo ser formadas de material grosseiros (seixos), com grande permeabilidade, ou de materiais finos com fraca permeabilidade.

A composição química também é bastante variável. Esses terrenos são freqüentemente atravessados por cursos d’água. Em regiões de baixa pluviosidade devido à evaporação o teor de SO₄, Cl, Ca, Mg e Na é elevado. De um modo geral as águas de rochas sedimentares apresentam as seguintes características:

Resíduo seco: maior que nos granitos devido à maior solubilidade da rocha.

Íons eletro-positivos: alcalinos elevados nas argilas e fracos nas areias e arenitos silicosos.

Íons eletro-negativos: CO₃ mais elevado que nas rochas cristalinas.

PH: geralmente mais elevado que nas rochas cristalinas exceção feita aos arenitos puros.

SiO₂: fraca.

Um parâmetro importante ao estudar-se as relações entre a composição química da água e o tipo de rocha é o clima. Devido a ele que se processam os ataques e decomposição das rochas responsáveis pela fonte primária de elementos, pelo transporte ou concentração em maior ou menor quantidade nos solos, etc. Os dados mencionados foram fornecidos por H. Schoenller (Les Eaux Souterraines) e são resultados de diversas análises procedidas pelo autor na Europa e Norte da África. A validade ou não desses dados ao Brasil pode ser discutida uma vez que o pouco se sabe a respeito das relações entre as águas subterrâneas e o tipo de rochas em suas diversas regiões com características climáticas bem diferenciadas.

Raciocínio sobre o diagrama logarítmico de SCHOELLER – BERKALOFF

Analisando-se os parâmetros químicos das amostras de água no exercício exposto em sala de aula, nota-se que duas das amostras (das localidades de Antônio Prado e Santa Gema) tem valores semelhantes em seus parâmetros e, portanto conclui-se que sejam águas coletadas em poços abastecidos pelo mesmo aqüífero ou de aqüíferos muito próximos.

Referência Bibliográfica

Martins, J.. Curso de Hidrologia Subterrânea.