Slide sem t

1
CURSO ESPECIAÇÃO IÔNICA DE NUTRIENTES E DE METAIS
PESADOS EM SOLUÇÕES AQUOSAS
ESPECIAÇÃO IÔNICA EM SOLUÇÃO AQUOSA USANDO O
PROGRAMA MINTEQ
ARNALDO ANTONIO RODELLA Escola Superior de
Agricultura Luiz de Queiroz Departamento de
Ciências Exatas - Química-
2
ESPECIAÇÃO
Distribuição dos elementos entre suas várias
formas químicas e físicas e possíveis estados de
oxidação
Íons livres
Pares iônicos
Complexos
Quelatos
Sólidos amorfos e cristalinos
3
PROGRAMA PIONEIRO
REDEQL (Morel Morgan, 1972) em linguagem
Fortran, que calculava especiação e distribuição
de fases pelo método de interação de
Newton-Raphson. Modificações e melhorias do mesmo
deram origem a inúmeros outros programas
4
REDEQL2 (McDuff Morel, 1973)
MINEQL (Westall et al, 1976)
MICROQL (Westall, 1979)
GEOCHEM (Mattigod Sposito, 1979)
REDEQL.EPAK (Ingle et al., 1979)
GEOCHEM (Sposito Matigod, 1980)
MINTEQ (Felmy et al, 1984)
SOILCHEM (Sposito Coves, 1988)
HYDRAQL (Papelis et al., 1988)
MINTEQA2 (Alison et al., 1991)
MINEQL (Schecher McAvoy, 1992)
SOLTEQ (Merritt, 1993).
5
MINTEQ
Programa geoquímico de modelagem de soluções
aquosas e de interações com fases sólidas.
Center for Exposure Assessment Modeling (CEAM)
National Exposure Research
Laboratory Ecosystems Research Division U.S.
Environmental Protection Agency (US EPA)
960 College Station Road Athens, Georgia
30605-2700
Desenvolvido para cálculos de simulação do
contato entre águas residuais com sedimentos
heterogêneos ou a interação entre água do solo
com resíduos sólidos
6
Componentes entidades básicas a partir das quais
todas as espécies em solução podem ser obtidas. O
MINTEQ tem um banco de dados com mais de 100
componentes (COMP.DBS).
Espécies Banco de dados termodinâmicos
(THERMO.DBS) contem todas as espécies que podem
ser formadas a partir dos componentes
especificados.
Exemplo Para os componentes Cd2 , NO3- , K e
Cl-
São previstas as seguintes espécies em solução
Cd2 CdCl Cl- Cd(OH)2 (aq) CdCl2
(aq) H Cd(OH)3- CdCl3- K Cd(OH)4-2 CdNO3
NO3- CdOH Cd(NO3)2 (aq) OH- Cd2OH3
CdOHCl (aq)
7
Exemplo de matriz empregada para estabelecer
sistema de equações de balanço de massa
8
- Constantes de equilíbrio e equações de balanço
de massa formam um sistema de equações
- A resolução desse sistema fornece a atividade
de cada espécie presente no equilibrio
- Parâmetros adicionais pH, pE, temperatura,
pressões parciais de gases e presença de fases
sólidas, tornam a modelagem amis realística
9
- Previsão inicial da atividade de cada
componente
O processo de resolução interativa usado pelo
MINTEQ segue os seguintes passos
- Cálculo da concentração de cada espécie de
acordo com as constantes de equilíbrio expressas
em termos de atividade
- Cálculo da massa total de cada componente a
partir das espécies que contem aquele componente
- Compara-se a massa total de cada componente com
valores introduzidos. Se a diferença for maior
que um valor preestabelecido estima-se a
atividade do componente e repete-se o ciclo
- Quando a tolerância for atingida para todos os
componentes calcula-se a atividade de cada
espécie na fase aquosa
- Cálculo do índice de saturação (IS) para cada
possível fase sólida. Para o sólido com IS mais
positivo calcula-se a quantidade de precipitado e
subtrai-se das concentrações dos componentes
relacionados
- Reequilíbrio da solução após massa ter sido
removida
10
Metal Speciation Equilibrium Model System
MINTEQA4 Version 4.02 / June 2000
http//www.epa.gov/ceampubl/minteq.htm
11
(No Transcript)
12
____________________ EDIT LEVEL I
________________PROB 1___ 1 Title 1 2
Title 2 3 Temperature (Celsius) 25.00 4
Units of concentration MOLAL 5 Ionic
strength TO BE COMPUTED 6 Inorganic carbon
is not specified. 7 Terminate if charge
imbalance exceeds 30 ? NO 8 Oversaturated
solids ARE NOT ALLOWED to precipitate.
EXCEPTIONS Solids listed in this
file as TYPE -III (Infinite), -IV (Finite) or -V
(Possible). 9 The maximum number of iterations
is 200 10 The method used to compute activity
coefficients is Davies equation 11 Level of
output INTERMEDIATE 12 The pH is TO BE
COMPUTED 13 The pe and Eh are UNDEFINED 20
Return to filename and database selection
menu _____________________________________________
______________________ Enter selection to change
any entry. Press ENTER to accept all settings.
ENTER CHOICE gt
13
_____ M A I N M E N U S E L E C T O P T I O
N _____PROB 1__ 1 EDIT LEVEL I (Change
ionic strength, pH, Eh, temperature, adsorption
parameters, number of iterations,
precipitation options, etc.) 2 EDIT LEVEL II
(Specify components, gas, redox, aqueous, and
mineral species, adsorption sites and
reactions, add new species of all types) 3
EDIT LEVEL III (Check, individually edit all
entries) 4 EDIT LEVEL IV (Sweep a range of
pH, pE, or dissolved concentration
Designate an auxilary MINTEQA2 output file to
receive equilibrated output for
spreadsheet import.) M MULTI-PROBLEM
GENERATOR X EXIT (Write the current problem
to the new MINTEQA2 input file and EXIT
PROGRAM) ENTER CHOICE gt
14
________________ EDIT LEVEL II __________________P
ROB 1_ _______ S E L E C T O P T I O N
________ 1 Specify AQUEOUS COMPONENTS
TOTAL CONCENTRATIONS or FIXED
ACTIVITIES 2 Specify AQUEOUS SPECIES not in
the database, search the database, or
alter a database AQUEOUS SPECIES equilibrium
constant 3 Specify an ADSORPTION MODEL and
REACTIONS 4 Specify GASES at FIXED partial
pressures 5 Specify REDOX COUPLES with
FIXED activity ratios 6 Specify INFINITE
SOLID phases 7 Specify FINITE SOLID phases
8 Specify POSSIBLE SOLID phases 9
Specify EXCLUDED SPECIES of any type R
RETURN to MAIN MENU All choices allow
you to browse and return without changing
anything Most allow you to search or
view a directory of the relevant database.
ENTER CHOICE (D R) gt
15
__________________ DEFINE COMPONENT SPECIES
__________________ Specify components for
which you know the 1 TOTAL DISSOLVED
CONCENTRATION 2 FIXED EQUILIBRIUM ACTIVITY
R Return to previous options menu (EDIT LEVEL
II) ENTER CHOICE (D R) gt 1 -
Enter the FIRST LETTER for the COMPONENT To
identify the component you want, enter the first
letter in itschemical symbol (inorganic) or
name (organic), OR enter a minus one (-1) to
switch to component entry by id number, OR
press ENTER to terminate component entry.
ENTER your choice gt
16
Visual MINTEQ ver 2.0 versão Windows do programa
MINTEQA2 ver 4.0 (USEPA,1999)
Jon Petter Gustafsson
Department of Land and Water Resources
Engineering Royal Institute of TechnologyEstocolm
o-Suécia
http//www.lwr.kth.se/english/OurSoftware/Vminteq/
index.htm
17
Página inicial do VisualMinteq
18
(No Transcript)
19
(No Transcript)
20
(No Transcript)
21
(No Transcript)
22
(No Transcript)
23
(No Transcript)
24
(No Transcript)
25
(No Transcript)
26
EXEMPLO Solução 0,02 mol L-1 CaCl2
0,006 mol L-1 KF 0,0005 mol L-1
Na2CO3 Sistema aberto Não permitir formação de
compostos sólidos
27
(No Transcript)
28
EXEMPLO Solução 0,02 mol L-1 CaCl2
0,006 mol L-1 KF 0,0005 mol L-1
Na2CO3 Sistema aberto Permitir formação de
compostos sólidos
29
(No Transcript)
30
(No Transcript)
31
(No Transcript)
32
Especiação em soluções saturadas de calcita, em
sistema fechado e aberto para a atmosfera
33
Condições para precipitação de formas de CaCO3 em
solução contendo íons cálcio e carbonato, aberta
para a atmosfera
Minteq 1 rodando programa sem permitir
formação de fase sólida Minteq 2 rodando
programa permitindo formação de fase sólida
34
Especiação em soluções de hidrogenofosfatos de
amônio solução 0,05 mol L-1 NH4H2PO4 e solução
0,05 mol L-1 (NH4)2H2PO4
35
Especiação na solução saturada de CaCO3 e de
CaCO3CaSO4 em sistema fechado e aberto para a
atmosfera
36
Especiação de sistema formado pelo contato de
Pb(OH)2 sólido com água e solução NaH2NTA 0,001
mol L-1
37
Especiação de Ca, Cu e Zn na presença de matéria
orgânica dissolvida Dados pH 7 220
mg/L COD 1,5 10-6 mol L-1 Zn(NO3)2 1,5 10-6
mol L-1 Cu(NO3)2
0,00031 mol L-1 Ca2
Condição default do programa Minteq COD carbono
orgânico dissolvido
38
Especiação em solução 2 10-4 mol L-1 Cd(NO3)2
contendo diferentes concentrações de KCl
39
Especiação em solução de alumínio contendo
concentrações variáveis de fluoreto de sódio
40
Especiação de Pb e Cu na presença de matéria
orgânica, usando o programa Minteq com
distribuição bimodal
41
Parâmetros para aplicação da distribuição
bimodal, usada no programa Minteq para
especiação de Pb e Cu , na presença de carbono
orgânico
42
cálculo do volume de equiva- lência dos grupos
ácidos fracos pelo gráfico da segunda derivada
Curva de titulação de substâncias húmicas
extraídas do Rio Suwannee
gráfico de Gran
Linhas verticais indicam os pontos de
equivalência dos grupos funcionais.
43
Gráfico da equação de Handerson-Hasselbach para
os grupos acídicos fracos e muito fracos das
substâncias húmicas extraídas do Rio Suwannee. Na
equação log A/(1-A), A é o grau de dissociação.
44
(No Transcript)