Era uma vez, em uma distante aula de ciências, muito distante, na qual o assunto do pH era discutido. Sabíamos muito pouco naquela época do quão importante essas duas simples consoantes, combinadas de uma forma estranha, seriam importantes para os nossos sistemas de água, os quais resfriam os nossos equipamentos de tratamento térmico. Vamos aprender mais.
A Molécula de Água
Todas as substâncias são feitas de milhões de minúsculos átomos. Esses átomos formam pequenos grupos chamados de moléculas. Na água, por exemplo, cada molécula é feita de dois átomos de hidrogênio (H) e um átomo de oxigênio (O), Fig.1. A fórmula para uma molécula de água é H2O (para formar um composto estável, são necessários dois átomos de hidrogênio para cada átomo de oxigênio).
Introdução ao pH
O termo pH é utilizado para descrever uma unidade de medida, a qual indica o grau de acidez ou de alcalinidade de uma solução. Ela é medida em uma escala de 0 a 14. O termo pH é derivado de “p” (símbolo matemático do logaritmo negativo) e do “H” (o símbolo químico do hidrogênio).
A definição formal de pH é o logaritmo negativo da atividade iônica do hidrogênio. E é expressa matematicamente pela fórmula
pH = – log [H+]
Assim, o pH fornece uma forma de expressar o grau de atividade de um ácido ou de uma base em termos da atividade iônica do seu hidrogênio.
O valor do pH de uma substância é diretamente relacionado pela relação das concentrações de íons de hidrogênio [H+] e de íons de hidroxila [OH-]. Se a concentração de íons de hidrogênio for maior do que a concentração de íons de hidroxila, o composto é ácido e o valor do pH é menor do que 7. Se a concentração de íons de hidroxila for maior do que a concentração de íons de hidrogênio, o composto será básico e o pH será maior do que 7. Se houver quantidades iguais de íons de hidrogênio e de íons de hidroxila presentes, o material é neutro e o seu pH é de 7.
Ácidos e bases têm, respectivamente, íons livres de hidrogênio e de hidroxila. Desde que a relação entre os íons de hidrogênio e a de íons de hidroxila seja constante para um dado conjunto de condições, cada um pode ser determinado, conhecendo-se o outro. Assim, a medição do pH pode ser feita em ambos, ácidos ou alcalinos, ainda que por definição seja a medição seletiva da atividade do íon de hidrogênio. Como o pH é uma função logarítmica, a mudança de uma unidade de pH representa uma mudança de dez vez na concentração de íons de hidrogênio (ou seja, de ambos os íons de hidrogênio e os íons de hidroxila em diferentes valores de pH, Tabela 1). Perceba que cada decréscimo no pH de uma unidade de pH significa uma aumento de 10 vezes na concentração de íons de hidrogênio.
A concentração de íons de hidrogênio em uma solução é muito importante para as coisas vivas. Isso se deve ao fato de que os íons de hidrogênio são positivamente carregados e eles alteram a carga do ambiente de outras moléculas em solução. Ao se aplicar diferentes forças nas moléculas, as moléculas podem ter sua forma normal modificada.
Uma substância que aumenta a concentração de íons de hidrogênio (diminui o pH) quando adicionada à água é chamada de ácida. A substância que reduz a concentração de íons de hidrogênio (aumenta o pH) é chamada de base. Finalmente, algumas substâncias permitem que as soluções resistam às mudanças de pH quando adicionados ácidos ou bases. Tais substâncias são chamadas de tampão.
Ácidos e Bases na Água
Quando um ácido é vazado dentro da água, ele faz com que seja cedido H+ (íon de hidrogênio) para a água (Fig.2). Quando uma base é vazada dentro da água, ela fornece OH- (íon de hidroxila) para a água.
Qualidade da Água nos Locais de Tratamento Térmico
A água é utilizada na maioria das nossas empresas de tratamento térmico para uma variedade de finalidades. Os exemplos podem incluir o resfriamento com água de rolamentos em circuladores de ar e rolos, selagem nas tampas de fornos poço, fornos contínuos com jaquetas para resfriamento com água, resfriamento superior ou lateral de câmaras, portas internas ou bobinas de chapa, geradores endotérmicos, selos (por exemplo, selos de óleo em fornos de soleira rotativa) e água de reposição para sistemas de água para nomear alguns.
As exigências de qualidade da água são frequentemente definidas de forma diferente para sistemas abertos (Tabela 2) e fechados (Tabela 3). Os sistemas abertos são tipicamente mais problemáticos porque a questão da qualidade da água varia. A água é frequentemente classificada como “mole” ou “dura” dependendo do seu teor de mineral. A água mole tem uma dureza ideal de aproximadamente 120 ppm. A água dura, em geral, resulta na formação de depósitos minerais, os quais podem levar a bloqueios no sistema de água (Fig.3).
Além disso, devemos nos assegurar de que a água sendo descartada das nossas operações de tratamento térmico esteja limpa e atenda aos padrões da EPA (Environmental Protection Agency, em português, Agência Ambiental Americana). Finalmente, nós devemos estar especialmente atentos para evitar contaminação cruzada de outras fontes na fábrica (por exemplo: polímeros, óleos de têmpera, reagentes químicos, etc.).
Conclusão
Como tratadores térmicos, se dermos por certo os nossos sistemas de água e fornecimento de água, podemos ter como resultado surpresas inesperadas, com tempos de parada indesejados e reparos caros. Isso vem para mostrar a importância daquelas duas pequenas consoantes que vêm juntas.
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[1] Herring, Daniel H.,Science Basics: pH, white paper, 2004;
[2] Re-impresso de staff.jccc.net/PDECELL/chemistry/phscale.html;
[3] Mr. Gary S. Berwick, Manager Air Cooled Systems, Dry Coolers Inc., comunicação particular;
[4] Water Quality in Hydronic Systems, INFO 29, pp. 1-2, Heat Link Group (www.heatlinkgroup.com);
[5] Herring, Daniel H., Atmosphere Heat Treatment, Volume II (em preparação).
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[1] Link do site do projeto: www.bv.fapesp.br/pt/auxilios/35174/desafios-tribologicos-em-motores-flex-fuel/
