Ciências Ambientais Espetaculares Verão em Projeto – BLOCO II Prof. Dr. Joaquim C. G. Esteves da Silva Dr.ª Sónia de Jesus Rocha Faculdade de Ciências da Universidade do Porto Julho, 2018
Ciências Ambientais Espetaculares – BLOCO II
2018
Índice Vermicompostagem ------------------------------------------------------------------------------------------------------
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Reciclagem de alumínio, a partir de cápsulas de café ----------------------------------------------------------
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Tratamento de água com alúmen -------------------------------------------------------------------------------------
7
Determinação de sólidos sedimentáveis, numa água suja -----------------------------------------------------
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Análise da água, com colorímetros -----------------------------------------------------------------------------------
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Dessalinização da água do mar ---------------------------------------------------------------------------------------
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Vermicompostagem … alimentar minhocas com borra de café Notas Introdutórias Reciclar Alumínio
Reutilizar a borra do café
Figura 1 – Minhocas.
Um dos grandes problemas que a sociedade atual tem que resolver é a gestão dos resíduos que produz. Por um lado, os recursos são limitados e temos que adotar estratégias de reciclagem que tornem a sua utilização sustentável. Por outro lado, devemos procurar novas utilizações para os resíduos que permitam a sua reutilização, evitando assim a sua deposição em aterro. Um resíduo que pode ser 100% reciclado/reutilizado são as cápsulas de café usadas, cuja borra do café pode ser usada para produzir composto para a agricultura e o alumínio pode ser reciclado. Os principais objetivos da compostagem são: transformar um material orgânico biodegradável noutro biologicamente estável, reter o máximo de nutrientes possíveis e produzir um produto que possa ser usado como corretivo do solo. Quando o composto é adicionado ao solo ele torna os solos pesados em solos mais leves, melhora a textura de solos arenosos e aumenta a capacidade de retenção da maior parte dos solos. O processo de compostagem pode ser acelerado usando minhocas, a denominada vermicompostagem. Um dos “petiscos” das minhocas são as borras de café provenientes de cápsulas de café utilizadas.
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Material
Cápsulas de café de alumínio
Tesoura
Procedimento experimental 1. Com o auxílio de uma tesoura remova o filme metálico das cápsulas de café. 2. Retire a borra de café para dentro do vermicompostor. 3. Lentamente misture a borra de café com o material do vermicompostor.
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Reciclagem de alumínio … a partir de cápsulas de café
Material
Proveta de 50 mL - 3
Gobelés de 250 mL - 2
Placa de aquecimento e agitação
Barra magnética
Funil
Funil de Büchner
Kitasato
Reagentes
Água
Etanol
Hidróxido de potássio 1,4 mol/L
Ácido sulfúrico 9,0 mol/L
Procedimento experimental 1. Lavar sucessivamente com água uma cápsula de café de alumínio, usando dois recipientes com água. Recolher as águas de lavagem para colocar no vermicompostor. 2. Com uma tesoura, cortar as cápsulas em pedaços pequenos (deve ter uma massa de cerca de 1 g). As próximas operações são realizadas dentro de uma hotte! 3. Medir com proveta 50 mL de hidróxido de potássio 1,4 mol/L para dentro de um gobelé de 250 mL. 4. Transferir os pedaços de alumínio correspondentes à cápsula para dentro do gobelé. 5. Colocar o gobelé em cima de uma placa de aquecimento e aquecer sem entrar em ebulição. 6. Continuar o aquecimento até deixar de fazer espuma (libertação de hidrogénio) 7. Deixar arrefecer a solução. 8. Misturar 25 mL de água e 25 mL de etanol (mistura água/etanol 50%) numa proveta e colocar num banho de gelo. 9. Filtrar por gravidade a solução, usando um filtro de pregas. Colocar o resíduo que fica no filtro no recipiente apropriado. Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
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10. Adicionar rapidamente 20 mL de ácido sulfúrico 9,0 mol/L, com o auxílio de uma proveta, à solução filtrada. 11. Se houver a formação de partículas sólidas, aquecer até essas partículas se dissolverem. 12. Arrefecer a solução num banho de gelo até à formação de um precipitado (alúmen de potássio). 13. Filtrar com um funil de Büchner. Se ficar algum depósito no gobelé, adicionar um pouco da mistura água/etanol 50% arrefecida. 14. Lavar o depósito branco no funil com a mistura água/etanol 50% arrefecida. 15. Deixar a secar o pó banco de alúmen de potássio no funil de Büchner por passagem de ar.
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Tratamento da água com alúmen de potássio Material
Gobelés 1 L - 6
Jar-tester (teste dos jarros)
Conta gotas - 2
Reagentes
Água suja – 250 mL (medidos com gobelé) de terra (ou barro) em 4 L de água (agitar deixar repousar um pouco antes de usar)
Solução de alúmen de potássio – 3 colheres de chá (cerca de 12 g) em 1 L de água
Solução de cal (óxido de cálcio) – 3 colheres de chá (cerca de 14 g) em 1 L de água
Esquema de montagem
Figura 1 – Antes e após o tratamento de água.
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Procedimento experimental 1. Colocar 500 mL de água suja nos 6 gobelés. 2. Deixar como ensaio a branco (referência) o primeiro gobelé (o da esquerda). 3.
Adicionar 10 gotas de solução de cal em cada um dos restantes 5 gobelés.
4. Adicionar um número de gotas crescentes de alúmen de potássio aos restantes 5 gobelés: 2, 4, 8, 16 e 32 gotas. 5. Colocar os gobelés no Jar Tester e ligar a luz e a agitação (30 rpm). 6. Observar o que acontece à cor/turvação da água dentro dos gobelés (durante 15 minutos). 7. Desligar a agitação e deixar repousar um pouco e observar. 8. Concluir quanto à quantidade correta de solução de alúmen de potássio para “purificar” a água suja.
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Determinação de sólidos sedimentáveis numa água suja Notas introdutórias A maior parte da água que existe na natureza contém sólidos em suspensão. A água usada para consumo humano não tem qualidade, se contiver sólidos detetáveis a olho nu. Estes sólidos em suspensão podem ser o depósito de muitos microrganismos patogénicos. Também, as águas residuais contêm grandes quantidades de sólidos em suspensão que têm que ser quantificados – sob a forma de sólidos sedimentáveis. Estes sólidos sedimentáveis são todas as substâncias que existem num litro de amostra que sedimentam ao fim de uma hora de repouso, por ação da gravidade, num Cone Imhoff.
Material
Cone Imhoff
Gobelé de 2 L
Reagentes
Água suja (1 L) (do trabalho anterior)
Esquema de montagem
Figura 1 - Cone Imhoff, contendo a amostra de água
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Procedimento experimental 1. Colocar 2 L de água suja num gobelé e agitar, de modo a homogeneizar a amostra. 2. Transferir 1 L da amostra para um cone de Imhoff. 3.
Deixar repousar durante 45 minutos. Terminado este tempo, rodar o cone com um movimento de rotação de 360o.
4.
Deixar repousar a solução durante mais 15 minutos, totalizando 1 h.
5.
Medir, na escala graduada do cone de Imhoff, a quantidade sedimentada e expressa em mL/L.
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Análise da água … usando colorímetros
Objetivos
Determinar a concentração dos iões nitrato, nitrito, sulfato, fosfato, ferro, cobre presentes numa amostra de água, usando o método colorimétrico.
Verificar se, no que diz respeito a esses parâmetros, a água apresenta qualidade de acordo com a Lei (decreto-lei n.º 306/2007 de 27 de agosto).
Material
Colorímetros
Saquetas com os reagentes específicos para a análise de cada ião
Cuvetes
Esquema de montagem
Figura 1 - Equipamento
Procedimento experimental 1. Ligar o colorímetro. 2. Selecionar o ião a analisar no menu – pressionar a tecla “método”. 3. Fazer a análise seguindo o procedimento indicado na folha de instruções para cada ião. De uma maneira geral a sequência de análise é a seguinte: introduzir a amostra de água na cuvete até ao traço; carregar no botão de zero; adicionar o conteúdo da saqueta de reagentes à amostra dentro da cuvete; fechar a cuvete com a rolha e agitar um pouco; fazer a medição carregando no botão. Anotar o valor da concentração do ião na amostra e as respetivas unidades (as unidades podem ser alteradas carregando na tecla apropriada). 4. Comparar o valor da concentração obtida com o valor paramétrico da Lei da água. Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
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Dessalinização da água do mar O problema da escassez de água doce no planeta Terra Parte I – Destilação
Material
Balão redondo de fundo redondo
Evaporador rotativo
Proveta
Reagentes
Água do mar
Esquema de montagem
Figura 1 – Evaporador rotativo
Procedimento experimental 1. Colocar no interior do balão redondo de fundo redondo 200 mL de água do mar. 2. Adaptar o balão com a água do mar ao condensador (lado direito) e colocar o balão vazio na parte inferior do condensador (lado esquerdo). 3. Ligar o evaporador rotativo: 2 botões do banho termostático e de circulação de água; bomba de vácuo (verifique se a torneira no topo de condensador está fechada); panela de aquecimento da água; elevador e motor de rotação do balão. 4. Ligar a rotação e baixar (com o elevador) o balão com a água do mar para dentro da água da panela de aquecimento. Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
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5. Ajustar a temperatura de aquecimento da água a 70 ºC. 6. Observar a condensação de água e o seu escorrimento para dentro do balão que se encontra debaixo do condensador. 7. Continuar o aquecimento até que a água do mar se reduza a metade (não levar totalmente à secura o conteúdo do balão). 8. Medir a condutividade da água do mar original, da água destilada e da água que ficou no balão depois de ter evaporado cerca de metade.
Parte II – Medição da condutividade
Material
Elétrodo de condutividade
Sensor de temperatura
Esguicho com água desionizada
Condutímetro
Gobelés de 100 mL
Reagentes
Amostras de água do mar
Procedimento experimental 1. Verificar se o condutímetro está calibrado. 2. Colocar 50 mL de água do mar num gobelé de 100 mL. 3. Introduzir no gobelé o elétrodo de condutividade e sensor de temperatura. 4. Aplicar um movimento circular ao gobelé para homogeneizar e deixar repousar. 5. Premir o botão de leitura de condutividade. 6. Após estabilização, ler o valor da condutividade. 7. Repetir este procedimento para as amostras de água antes e depois de destilada.
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