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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.46.1994.tde-04062009-143404
Documento
Autor
Nome completo
Arnaldo Bona
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 1994
Orientador
Banca examinadora
Neves, Eduardo Fausto de Almeida (Presidente)
Bertotti, Mauro
Massaro, Sérgio
Nóbrega, Joaquim de Araújo
Ortega, Manuel Molina
Título em português
Desenvolvimento de métodos catalíticos para determinação de dióxido de enxofre no meio ambiente
Palavras-chave em português
Azoteto de sódio
Catálise
Cinética
Cobalto
Enxofre
Espectrofotometria
Resumo em português
As formas SO2, HSO3- e SO32- em meio aquoso, são espécies de enxofre (IV) que coexistem; suas concentrações no equilíbrio químico dependem do pH do meio. O estudo das oxidações do S(IV) encontrado na atmosfera, resultante de fontes naturais e antropogênicas, é de fundamental importância, pois os produtos formados têm caráter ácido. Como consequência, ocorre a precipitação ácida, com seus efeitos deletérios ao ecossistema. O presente trabalho procura adicionar novas informações às já acumuladas em estudos anteriores. O estudo praticamente se restringe às condições de laboratório, levando em conta as condições ambientais. Em uma projeção futura, a metodologia poderá ser estendida e adaptada para as determinações do S(IV) na natureza. O método analítico proposto para determinar S(IV) na atmosfera, em fase aquosa, é baseado na reação catalítica onde o S(IV) induz a oxidação do Co(II) a Co(III), em tampão HN3/N3- e na presença do Mn++. O principal composto de coordenação, hexaazidocobaltato (III), é consideravelmente estável e apresenta um máximo de absorção em 365nm, com absortividade molar próxima de 3.104 mol-1cm-1L. Com o uso de uma cubeta de quartzo de 1cm de caminho ótico, a faixa de concentração de uso deste método, é de 280 ppb a 3000 ppb (expressa em HSO3-). A equação que descreve a concentração do S(IV) tem um erro menor que 5%. Para a elaboração do método foram feitos ensaios preliminares, a fim de otimizar as condições experimentais. Os principais parâmetros estabelecidos foram: ordem de adição dos reagentes, tempo de espera para a adição dos outros reagentes, concentração das espécies envolvidas e a solução de referência mais adequada para a leitura espectrofotométrica. As medições foram geralmente feitas a 20°C e 60% de umidade relativa do ar. Também foram realizados estudos em temperatura acima e abaixo de 20°C. A análise das diferentes condições das reações estudadas foi feita pela avaliação da evolução da reação no tempo decorrido. Os compostos de S (IV) são instáveis e por isto foi necessário selecionar uma substância que fosse capaz de coletá-lo no meio ambiente, estabilizá-lo até o momento da reação e que não interferisse na formação do complexo em questão. Com estas finalidades foram estudadas as soluções de MEA, TRIS, NH3 e formaldeído. A reação proposta é catalisada pelo Mn(II), por isto foram feitos estudos visando encontrar o compromisso da concentração deste cátion com o desenvolvimento da reação. O cobalto (II) e o azoteto (N3-) estão em excesso com relação ao S(IV), pela estequiometria da reação. Foi feito um estudo relacionando à concentração de Co(II), N3- e de Mn(II) . Cobalto e manganês são elementos químicos de transição, assim como molibdênio e níquel. Portanto, os dois últimos metais, têm potencialidade de atuar como catalisador ou mesmo formar complexos que absorvam, em substituição ao cobalto. No caso do molibdênio, este, em uma reação competitiva, retira peróxidos da solução que podem oxidar o sulfito. Cobre e ferro interferem no método. Porém, como formam complexos com bandas de absorção máxima, distintas entre si e diferentes de 365nm, foi verificada a possibilidade de determinação das concentrações de S(IV), Cu(II) e Fe(III), em água de chuva, pelo princípio da aditividade. Uma vez que o oxigênio toma parte na reação, foi feito um estudo da possibilidade de utilização do etanol como solvente. Neste solvente, a solubilidade do oxigênio é aproximadamente 20 vezes maior do que na água. O sulfato é um produto da reação e a adição de sulfato de sódio foi estudada, pois o equilíbrio químico é deslocado no sentido de inibir a reação. Finalmente, como a luz pode interferir na reação foi verificada a sua influência no comportamento da mesma.
Título em inglês
Development of catalytic methods for determination of sulphur dioxide in the environment
Palavras-chave em inglês
Catalysis
Cobalt
Kinetic
Sodium azide
Spectrophotometry
Sulphur
Resumo em inglês
The proposed analytical method for determining S(IV) in the atmosphere, in aqueous medium, is based upon the catalytic reaction where S(IV) promotes the oxidation of Co(II) to Co(III) in a HN3/N3- - buffer and Mn(II) ions are the catalyst. The main coordination compound is hexaazidecobaltate (III) ([Co(N3)6]3-). This species is relatively stable, it shows an absorption maximum at 365 nm and ε near to 3 x 104 mol-1cm-1L. The concentration range of use for this method is from 280 to 3000 ppb (expressed in HSO3-). Preliminary assays were done for optimizing the experimental conditions. The main parameters established were: order of the added reagents, elapsed time until the addition of the other reagent, concentration of the involved species and the best reference solution for spectrophotometric reading. The measurements were carried out at 20°C and 60% relative humidity. Measurements were also done above and below 20°C. S (IV) compounds are unstable, so it was necessary to select a substance which was able to collect them in the environment, stabilize them until the determination and was not an interferent in the complex formed. For this purpose, solutions for MEA, TRIS, NH4OH and formaldehyde were studied. Copper and iron interfere but they form complexes with different absorption maxima. It was possible to determine the concentrations of S(IV), Cu(II) and Fe(III) in rain water Oxygen takes part in the reaction and the use of ethanol, which dissolves 20 times more oxygen than water, was studied. Finally, as sulphate is a reaction product, sodium sulphate addition was studied too, since the equilibrium is shifted towards reaction inhibition.
 
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Data de Publicação
2009-06-16
 
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