Alternativas à Água Desionizada e/ou Destilada, Para Laboratórios Pequenos.

Destilador Alquímico.
Equipamento usado por Alquimistas Europeus, logo após a Idade Média, para Destilar Extratos Vegetais e Essências. Veja Texto. Fonte da Imagem: “The Scientist, Medicinal Alchemy, Circa 1512.

Autoria: Alberto Federman Neto. AFNTECH.

Revisto e ampliado em 18 de Agosto de 2020.

Neste Artigo, descrevo  alguns recursos alternativos para obter água pura e dessalinizada,  para laboratórios pequenos e amadores, que não possuem desionizador e nem destilador grande.

1. PRÓLOGO:

Observação: Uso a nomenclatura em Português Brasileiro “desionizada” e não a palavra mais comum, “deionizada“. Porque esta última seria derivada do Inglês, e na minha opinião, incorreta. Com este exemplo, o Leitor pode perceber: “Composto sem grupo metila, em Inglês: “Demethylated Compound” em Português, “Composto Desmetilado“. Portanto, “Água Desionizada” e não, “Água Deionizada“.

A imagem que ilustra este Artigo é um desenho, modernizado e colorizado, tirado da Obra: “Liber de Arte Distillandi de Compositis.” . Tradução Livre do título: “Livro da Arte da Destilação dos Compostos.” do Médico Cirugião, Botânico e Alquimista Alemão Hieronymus Brunschwig, publicada em 1512, ano da sua morte, em Strasburgo, França. Existem outras edições. 1512, Edição de 1500; 1505; 1512, em livro digital; Edição de 1512, comentada em Alemão por Johannes Gruninger , um editor Alemão; Edição de 1500; 1505; 1512; Tradução em Alemão; Outras traduções, para o AlemãoTradução para o Inglês, de Andrew Lawrence, 1527. Outro Link.  Link 2.

A propósito dessa imagem, esses arcos que vê, eram tubos e eram ocos. Eles funcionavam como se fossem as modernas colunas de fracionamento ou condensadores de refluxo. E substituíram os chamados “pelicanos” usados pelos Alquimistas medievais, mas de origem Indiana. Vasos que tinham alças ocas, onde se dava a condensação e o líquido voltava para o vaso, para continuar reagindo.

O pelicano é citado em um livro, escrito pelo Químico Escocês Matthew Moncrieff Pattison Muir. MUIR, M.M.P. “The History of Alchemy and the Begginings of Chemistry.” Editor: Hodder & Stoughton, Londres, Inglaterra (1902). Reedição revista, de 1913, pela Concordia University, Canadá . 2004, pelo Projeto Gutenberg. Livro em áudio. Edição E-Texto. Outro E-Texto. Outra edição de (1902).

Em seu livro, Brunschwig descreve destilações de essências e águas minerais. MOORHOUSE, S.; GREENWAY, F. (Introdução); MOOR, C.C.; BELLAMY, C.V.; NICOLSON, W.E.; BIEK, L. (Colaboradores), J. Mediev. Arch. 16, 4145 (1972).

Em laboratórios profissionais, usamos destiladores ou desionizadores. Neste Artigo, descrevo o que você pode fazer se seu laboratório é amador, ou pequeno, e você não tem água destilada ou desionizada. Ela é essencial em alguns procedimentos, como em Química Analítica Quantitativa.

Muitos Links mostram a diferença entre água desionizada e destilada. Exemplos: Links: 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. Para uso químico (mas não microbiológico) são quase equivalentes. Ambos são água desmineralizada e pura.

História da destilação:

A destilação, como técnica melhorada, e o alambique foram inventados pelo Alquimista Árabe Abu Musa Jabir Ibn Hayyan, Geber , no século VII. Mas no século II, a Alquimista e Filósofa Grega Maria a Judia, já conheceria a destilação em forma primitiva e empírica (pois a destilação, se estima, já tem 5000 anos)  e teria inventado o Tribikos, o primeiro destilador com coletor de frações para destilação fracionada. 

Mas a destilação moderna, nos moldes de como se faz hoje, foi descrita pelo Alquimista Catalão Arnold de Villeneuve, em 1286. Já falei dele, nestes Artigos, 1 e 2.

2. PRIMEIRA OPÇÃO, COMPRAR:

A solução mais simples para laboratórios pequenos ou amadores. Compre a água destilada ou desionizada. Ela pode ser encontrada, no comércio, em quantidades pequenas ou médias (até 20 litros), a baixo custo. Links: 12, 13, 14, 15, 16, 17 , 18, 19, 20.

3. ÁGUA DESTILADA. OBTER EM LABORATÓRIOS AMADORES:

Também existem vários procedimentos caseiros, para obter água destilada em pequenas quantidades. Links 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70., 71, 72, 73, 74, 75, 76.

4. PREPARAR ÁGUA DESIONIZADA  :

Laboratórios Profissionais:

Para os laboratórios grandes, nós os Químicos, costumamos preparar a água destilada os desionizada que usamos, porque usamos muito. Para isso, utilizamos destiladores ou desionizadores  grandes e profissionais.

Exemplo: Destilador. Usamos destiladores grandes, em geral tipo Pilsen. Existem várias marcas: Quimis, Marte, Link 21, SolidSteel, LaboranaTecnal, Salcas, Marconi, Médica, Solab , Fanem etc… Mas são caros… Também existem destiladores de bancada, feitos totalmente de vidro, como este, mas ainda caros.

Nos últimos anos, foi notado que os destiladores Pilsen gastavam muita energia elétrica e muita água. Por isso, eles estão sendo substituídos pelos sistemas de desionização, por osmose reversa, com colunas de troca iônica, gerando água desionizada, invés de destilada.

No laboratório profissional, usamos equipamentos grandes, de parede, como estes: Links: 22, 23, 24, 25, 26, 37. Também existem menores, de coluna, Links: 27, 28, 32, de bancada, exemplo, marca cristófoli (chamados “destiladores”, mas são desionizadores) Links: 29, 30, 31, ou para aquário.

Laboratórios Pequenos ou Amadores:

Mas todos são aparelhos caros, acessíveis só a laboratórios profissionais. Mas o Químico amador, ou quem tem laboratório pequeno, pode adquirir um desionizador de baixo custo, como estes: Links: 33, 34, 35, 36 , 40.

Assim, um Químico amador também pode ter um desionizador no seu laboratório. E fazer sua própria água desionizada.

5. USAR ÁGUA DE DEGELO DA GELADEIRA.

Fiz uns testes com a água de degelo da geladeira, ao descongelar o congelador.

Se você tem geladeira antiga, cujo congelador precisa descongelar, Lembre, esse gelo não é de água de torneira. É de vapor de água atmosférico condensado, portanto, é gelo de água pura!

Descongele o congelador, recolha o gêlo e deixe-o derreter. Como vimos, é água pura.

Gelo Derretendo.
Gelo do Congelador, Derretendo Para Obter Água Pura.

Filtre essa água (um funil plástico e um filtro de café podem ser usados, como descrevi neste Artigo). Um processo simples, acessível aos laboratórios amadores.

Filtrando a Água.
Filtrando a Água Recolhida do Degelo de um Congelador, Usando um Funil de Plástico e um Filtro de Café.

Ferva para eliminar os gases dissolvidos. Deixe esfriar até chegar à temperatura ambiente.

Fiz testes com essa água, comparada à água padrão (veja Itens 7 e 8).

6. USAR ÁGUA DE CHUVA:

Se não tiver geladeira antiga, você pode tentar recolher água de chuva, que também é água de condensação de vapor de água atmosférico. Links 42, 43, 44.

Recolha, filtre, ferva e deixe atingir a temperatura ambiente. Salvo em regiões muito poluídas, a água de chuva é, em teoria,  pura, na prática, quase pura. Links 45, 46, 47, 48, 49.

E também pode substituir água destilada ou desionizada, em laboratórios pequenos ou amadores.

7. ÁGUA PADRÃO:

Como fizemos testes, precisamos comparar com uma água pura, que será usada como padrão.

Eu usei água desionizada, tomada diretamente do desionizador do laboratório, Marca Gehaka, Modelo antigo, OS10LX. Link 38. Coletei a água no aparelho, diretamente. Ferví para tirar os gases dissolvidos e deixei esfriar até a temperatura ambiente.

Foi usada como a água pura padrão, para comparar com a água de degelo, neste Artigo.

Condutividade medida no aparelho (o próprio desionizador): 1,001-1,002 μS/cm, (Micro Siemens por centímetro).

  Abaixo de 18 µS/cm, pode ser considerada pura. De 0,5 a 3 μS/cm, ou cerca de 1 μS/cm, a água pode ser considerada muito pura.  Ultrapura, abaixo de  1 μS/cm , ou 0.055 μS/cm  a chamada “Água Milli-Q“, obtida com o uso de equipamentos especiais. Também há classificação internacional em graus. Seria ultrapura a água com condutividade, Graus 3, 2 ou 1, respectivamente igual ou abaixo de 5 , 1 ou 0,1 μS/cm.

Os procedimentos antigos para obter água ultrapura, “Água de Condutividade“, baseados em destilação, são todos obsoletos. Para conhecê-los, livro, exemplar pertencente ao Autor do Blog: MORITA, T.; ASSUMPÇÃO, R.M.V.; DI VITTA, C.; TOMA, H.E.; ARAKI, K.; DI VITTA, P.B.; MASSARO, S. (Revisores), “Manual de Soluções, Reagentes e Solventes.” Editora Blucher, São Paulo, S.P. 2 ed., Pág. 269 (2009).

8. TESTES DA ÁGUA, VERIFICAÇÃO DE PUREZA:

Medidas da água padrão:

pH (calibraçãoprotocolo de medida) antes de ferver: 6,5. Após ferver e esfriar: 6,9-7,0. Ponto de Ebulição (com termômetro espeto não aferido) (pode ser critério de pureza), Medido, 99 oC, pressão atmosférica de Ribeirão Preto. 1012 hP, corresponde a 759,06 mm/Hg. Ponto de ebulição corrigido: 99 oC. Lit. e Calc. 99,61-99,97 a 1 atm (760 mm Hg); 100 oC a 760 mm.99,961 oC, corrigida para 1012   hP

Água comum e de torneira pode conter impurezas. Cloreto é comum, em algumas águas, sulfatos. Água de torneira tem cloro livre. Águas chamadas “duras” vão conter sais de magnésio e cálcio. Águas poluídas podem conter nitrato e nitrito.

Por isso, impurezas, detectar por reações: Cloreto (reagente, nitrato de prata 2%), negativo; Sulfato (reagente, cloreto de bário, 5 %), negativo; cálcio e magnésio (reagente oxalato de amônio, 5 %), negativo; ferro (reagente tiocianato de amônio 5 %), negativo, nitrato e nitrito (reagente de brucina e ácido sulfanílico) negativo.

Teste de cloro livre (reagente de cloridrato de ortotolidina [3,3′-dimetil-4,4′-diamino bifenilo ou 3,3′-dimetilbenzidina], solução a 0,1 %,  Negativo.

Preparo da solução do reagente: Uma modificação minha (FEDERMAN NETO, 2010) de métodos conhecidos: ROAKE, C.E. Ind. Eng. Chem. 17, 257 (1925).  E Link 41

Usando luvas, dissolver 0.2 g de ortolidina (mesmo bruta, sem recristalizar) em 6 a 7 ml de ácido clorídrico concentrado. Diluir a 20 ml com água. Tratar a solução com um pouco  de carvão ativo, por 15 minutos com agitação ocasional. Filtrar por papel de filtro pregueado, lavar o filtro, recolher o filtrado e completar a 200 ml com água desionizada. A solução é límpida e incolor, de cloridrato de ortotolidina.

A ortotolidina pura e sólida, não é tão fácil de achar e é tóxica e cancerígena, mas  o reagente pode ser comprado pronto, são as soluções para pesquisa de cloro livre em água. Ou para aquário. E  poder ser manipulado sem contato com a pele.

Reagente para nitrato e nitrito. Eu usei brucina com ácido sulfanílico. Preparação do reagente: Veja seção 6.4. em “EPA, Enviromental Protection Agency, USA, Method 352.1.” (1971). 0,1 g. de ácido sulfanílico e 1 g. de brucina, Link 46,  ou de sulfato de brucina, 3 ml de ácido clorídrico, em 100 ml de água. Use luvas, pois brucina é alcaloide muito venenoso. Link 47.48. O reagente preparado é comercial, mas é caro. O reagente forma uma cor amarela com nitrato e nitrito.

Como alternativa, pode usar somente brucina, sem o ácido sulfanílico; JENKINS, D.; MEDSKER, L.L. An. Chem. 36, 610 (1964). HOLTY, J.G.; POTWOROWSKI, Env. Scienc. Technol. 6, 835 (1972). MELLETTE, S.J.; BRODSKY, W.A.: PALMER Jr. R. J. Lab. Clin. Med. 41, 963 (1953). Também existe um método muito sensível, usando brucina e uma hidrazona heterocíclica, mas o reagente não é fácil de achar.

Reagente alternativos, se preferir, invés de brucina, usar a difenilamina, fácil de encontrar.

Mas se quiser preparar os sulfonatos da difenilamina, difenilaminosulfonatos são obtidos pela sulfonação direta, com ácido sulfúrico fumegante, da difenilamina protegida por N-acetilação [KOLTOFF I.M., loc. cit. (1931-1933)]; [WHITERS, W.A., loc. cit. (1911)] ou difenilamina pura, ou protonada pelo próprio ácido sulfúrico, ou sulfonada com sulfato de etila ou ácido clorosulfônico (vários artigos e patentes antigas, cujo texto detalhado não foi localizado) MERZ, WEITH, Ber. Detsch. Chem. Gessel. 5, 283 (1872).

Solução sulfúrica de difenilamina. Equivale a solução de ácido difenilaminosulfônico, ou de difenilaminosulfonato de bário , Link 49, ou de sódio. Link 50. SARVER, L.A.; KOLTOFF, I.M. J. Am. Chem. Soc. 53, 2902 (1931). KOLTOFF, I.M.; NOPONEN, G.E. J. Am. Chem. Soc. 55, 1448 (1933). STRAKA. L.E.; OESPER, L.E. Ind. Eng. Chem. 6, 465 (1937).

FEDERMAN NETO, A.; “IPT, Instituto de Pesquisas Tecnológicas, Agrupamento de Análise Inorgânica.” (1974). Método usado: Livro, exemplar pertencente ao Autor do Blog. SANTINI, P.; MORO. S.I. “Métodos de Análise Químicas Adotados no IPT.” Publicação 771, Pág 87 (1967).

Difenilamina e derivados, dão uma coloração azul ou roxa, de compostos quinóides, com nitrato, nitrito, dicromato ou outros oxidantes. WITHERS, W.A.; RAY, B.J.  J. Am. Chem. Soc. 35, 708 (1911).

Medidas da amostra, água de degelo do congelador:  

Os mesmos testes que foram feitos com água padrão, foram feitos com a água obtida do degelo do congelador.

Propriedades Organolépticas: A água pura é um líquido, incolor, inodoro e insípido. A que recolhi do degelo do congelador, passa no teste.

Água Pura.
Um Copo com Água Recolhida do Degelo do Congelador de Uma Geladeira. Pura. Incolor Inodora e Insípida.

Envasada em um frasco. O frasco é dos anos 50, e pertenceu ao laboratório do meu avô, Alberto Federman,  que trabalhava no Instituto Biológico. Um pioneiro da Fotomicrografia no Brasil. Link 50. Esse tipo de frasco é um Boston Round, sucessor dos frascos inglêses do final do século XIX, chamados “Quartos de Winchester“.

Água de Degelo.
A Água de Degelo de Congelador, que Recolhí, em Uma Garrafa “Boston Round”, Antiga de 1 Lt, que pertenceu a Meu Avô.

pH (calibraçãoprotocolo de medida) antes de ferver: 6,6. Após ferver e esfriar: 7,0. Ponto de Ebulição (com termômetro espeto não aferido) (pode ser critério de pureza), Medido, 98 oC, pressão atmosférica de Ribeirão Preto. 1012 hP, corresponde a 759,06 mm/Hg. Ponto de ebulição corrigido: 98 oC. Lit. 99,61-99,97 a 1 atm (760 mm Hg); 100 oC a 760 mm. 99,961 oC, corrigida para 1012   hP.

Impurezas, detectar por reações: Cloreto (reagente, nitrato de prata 2%), negativo; Sulfato (reagente, cloreto de bário, 5 %), negativo; cálcio e magnésio (reagente oxalato de amônio, 5 %), negativo; ferro (reagente tiocianato de amônio 5 %), negativo.

Teste de cloro livre (reagente de cloridrato de ortotolidina [3,3′-dimetil-4,4′-diamino bifenilo ou 3,3′-dimetilbenzidina], solução a 0,1 %, preparo da solução: ROAKE, C.E. Ind. Eng. Chem. 17, 257 (1925). Link 41. Negativo.

Esses testes em tubos de ensaio mostram que a água de degelo não tem sais minerais dissolvidos, podendo ser considerada relativamente pura.

Controles Positivos:

Como controles positivos, água de torneira, solução de sais minerais, e uma solução a 0,1 % de água de lavadeira (hipoclorito de sódio, NaClO), foram usados para a pesquisa de cloro livre.

Solução de Sais Minerais: Uma solução em água padrão, Item 7, 100 ml, na qual foram adicionados 0,5 g dos seguintes sais: cloreto de sódio, sulfato de sódio, cloreto de cálcio e cloreto de magnésio.

Naturalmente, sendo controle positivo, testou positivo para todas as impurezas. Da esquerda para a direita, na foto: teste com nitrato de prata, positivo para cloreto; teste com cloreto de bário, positivo para sulfato; teste com oxalato de amônio, positivo para cálcio e magnésio; água de torneira, positivo para cloro livre; solução de água de lavadeira positivo inequívoco para cloro livre.

Testes Para Controle Positivo.
Testes de Tubo de Ensaio, Para Controle Positivo de Impurezas em Água. Da Esquerda para a Direita, Positivo Para Cloreto, Sulfato, Cálcio e Magnésio, Cloro em Água de Torneira e Cloro em Solução Diluída de Água de Lavadeira.

Solução controle positivo, para nitrato e nitrito. Dissolver 0.5 g. de nitrato de sódio e 0,5 g. de nitrito de sódio, em 100 ml da água padrão. FEDERMAN NETO, A. (2020).

Teste de Nitrato e Nitrito.
Testes de Presença de Nitrato e Nitrito, com Reagente de Brucina e Àcido Sulfanílico. Da Esquerda para a Direita. Água Padrão, Negativo, Água de Degelo, Negativo e Controle, Positivo.

A água padrão, Item 7 e a água de degelo, Item 5, naturalmente, como esperado, deram testes negativos para impurezas salinas e inorgânicas, cloretos, sulfatos, nitratos, nitritos e cloro livre. podendo ser consideradas puras para uso em Química.

9. SUMÁRIO, RESULTADOS E CONCLUSÃO:

Foram sugeridos procedimentos alternativos para substituir a água destilada ou desionizada, nos laboratórios químicos pequenos ou amadores, que não possuem destiladores ou desionizadores grandes.

Essas alternativas são: Comprar a água destilada ou desionizada; Usar um desionizador pequeno de baixo custo; Usar a água proveniente do degelo de um congelador de geladeira, ou mesmo, água de chuva.

Observação das propriedades organolépticas, testes químicos e físico-químicos simples, mostram que a água de degelo, é suficientemente pura para uso em laboratório químico.