4.1.1 – P ARÂMETROS F ÍSICO Q UÍMICOS

A - Temperatura

O conceito de temperatura, como uma medida de calor, surge da sensação subjectiva de calor e frio. Em relação à água, a temperatura que se produz como consequência de absorção das radiações caloríficas pelas camadas mais superficiais da água, depende da energia cinética média das suas moléculas (Lafuente, 1981).

A temperatura é uma das constantes físicas de maior importância no desenvolvimento dos diversos fenómenos que se realizam no seio da água. Assim, e segundo o mesmo autor, a temperatura da água determina a evolução das suas propriedades, sejam elas físicas, químicas ou biológicas:

- Propriedades físicas – a temperatura influencia a solubilidade dos gases na água, a densidade, a viscosidade, a tensão superficial, a pressão do vapor, etc.;

- Propriedades químicas – a temperatura intervém na velocidade de numerosas reacções químicas, pelo que, fenómenos como a sedimentação, o deslocamento de equilíbrios dinâmicos como o dos carbonatos, sulfatos e a alcalinidade são afectados pelas variações da temperatura;

- Fenómenos biológicos – A temperatura influencia extraordinariamente o desenvolvimento dos organismos que se encontram na água, pois cada espécie tem uma temperatura óptima de desenvolvimento, por cima da qual só consegue sobreviver por um pequeno período de tempo.

Por todos os motivos acima referidos, a temperatura da água subterrânea é um dado de grande valor, não só para a determinação do uso que podemos dar a essas águas, mas também como característica hidrogeológica e hidrogeoquímica, uma vez que esta é função do tipo de terrenos que a água subterrânea drena, da natureza das rochas locais, da profundidade, entre outros factores (Lafuente, 1981).

Segundo Custódio e Llamas (1983), a temperatura das águas subterrâneas corresponde à média anual das temperaturas atmosféricas do local adicionada ao produto da profundidade pelo gradiente geotérmico.

Geralmente, as águas subterrâneas apresentam uma temperatura pouco variável, sendo esta tanto mais constante quanto maior for a profundidade do aquífero, excepto alguns casos mais raros como o das águas termais. As variações anuais manifestam-se sensivelmente até aos trinta metros e são normalmente de muito pequena amplitude. A partir de uma certa profundidade há aumento da temperatura da água em função do gradiente geotérmico, cujo valor médio é de cerca de 0,03 ºC m-1. A estabilidade da temperatura é um factor de grande importância com vista ao uso da água nos meios industriais, especialmente para refrigeração, e ocasionalmente na agricultura, pois a rega com águas subterrâneas pode constituir uma defesa contra as geadas (Custódio e Llamas, 1983).

Os limites extremos da temperatura da água subterrânea podem variar de vários graus abaixo de zero nas regiões geladas, até a temperaturas superiores ao ponto de ebulição da água nos géiseres (Tood, 1973).

Segundo os critérios estabelecidos por Schöller, as águas subterrâneas, de acordo com a sua temperatura, podem ser classificadas como (Lafuente, 1981):

- águas hipertermais (t>tm+4ºC ou t>ts+2ºC); - águas ortotermais (t=tm a tm+4ºC ou t>ts+2ºC); - águas hipotermais (t<tm ou t<ts-2ºC).

sendo,

t, a temperatura da água;

tm, a temperatura média anual do ar; ts, a temperatura solar.

B - Condutividade

Segundo Custódio e Llamas (1983), a condutividade eléctrica é a capacidade de uma água conduzir a electricidade; corresponde à quantidade de electricidade transportada pela água entre dois eléctrodos paralelos de 1 cm2 de secção e separados de 1 cm sob uma diferença de potencial de 1 volt. As unidades utilizadas para definir a condutividade eléctrica, no S.I., são Siemens/metro, sendo mais usual µS/cm.

A molécula da água, só por si, apresenta uma condutividade muito baixa. No entanto, a temperatura exerce grande influência neste parâmetro. Segundo Lafuente (1981), a condutividade aumenta 2%/ºC à medida que a temperatura sobe. Deste modo, torna-se conveniente estabelecer uma temperatura de referência que, normalmente, é 18ºC ou 25ºC (Custódio e Llamas, 1983). Neste estudo, a temperatura de referência utilizada foi de 25ºC.

A carga e o tipo de iões presentes na água, bem como a sua concentração, também exercem influência sobre a condutividade, pelo que os valores deste parâmetro indicam com alguma exactidão a concentração dos sólidos dissolvidos (Lafuente, 1981). No entanto, segundo Freeze e Cherry (1979), esta relação não deve ser utilizada quando se pretende obter estimativas mais precisas.

Nestes casos, em que se pretende valores mais precisos, deve-se recorrer à seguinte fórmula de conversão (Hem, 1970):

TSD = AC (4.1.1)

onde,

C, é a condutividade eléctrica em µS/cm;

TSD, é o valor do total de sólidos dissolvidos em mg/m3 ou mg/l; A, factor de conversão.

Para a maior parte das águas subterrâneas, o factor de conversão A encontra-se compreendido entre 0,55 e 0,75, consoante a composição iónica das águas (Freeze e Cherry, 1979).

A condutividade eléctrica das águas é um parâmetro bastante útil, pois permite- nos determinar mudanças que ocorrem na qualidade das águas a curto prazo (Lafuente, 1981).

C - pH

A medição do pH é uma das medidas mais frequentes e importantes na química da água, indicando os seus valores a actividade dos iões hidrogénio numa solução. Matematicamente, a actividade desse ião é expressa segundo a equação:

pH = - log (H+) (4.1.2)

onde (H+) é a actividade do ião hidrogénio.

A origem dos iões H+ nas águas pode ser natural ou artificial. Como causa

natural, as substâncias dissolvidas têm um papel preponderante, uma vez que estas

podem alterar o pH da água. Dentro das substâncias dissolvidas com influência sobre o pH citamos, a título de exemplo, o bicarbonato, o ácido sulfúrico e os silicatos. De referir ainda é a influência dos ácidos orgânicos, entre os quais temos o ácido húmico com origem na lavagem dos mantos dos bosques e florestas (Lafuente, 1981).

A influência destas substâncias e de outras no quimismo das águas será abordado mais em pormenor nos capítulos que se seguem.

Relativamente às causas artificiais que levam ao aparecimento de determinado pH nas águas destacam-se as actividades levadas a cabo pelo Homem: descargas provenientes das indústrias, minas, pecuária, lixiviação de solos agrícolas, locais de deposição inadequada de resíduos sólidos, etc.

Os valores de pH são influenciados pela temperatura, aumentando cerca de 8%/ºC, pelo que estes devem ser sempre registados a uma temperatura de referência. Normalmente os seus valores nas águas subterrâneas rondam os 6,5 e 8 e nas águas superficiais entre 5,5 e 8,5 (Custódio e Llamas, 1983).

O pH é um regulador importante dos processos químicos e biológicos das águas, uma vez que este afecta o grau de dissociação dos ácidos e bases fracos podendo, deste

modo, influenciar o poder de toxicidade de certos compostos (Rail, 1989). Do mesmo modo, pode actuar sobre a precipitação de determinadas espécies químicas ou sobre os efeitos de complexação e adsorsão e inclusive sobre a velocidade das reacções redox (Lafuente, 1981).

A concentração do ião hidrogénio merece especial atenção nos casos em que a fonte de água se destina aos sistemas de abastecimento domésticos e industriais, pois esta pode conferir um paladar desagradável à água e também pode influenciar o seu poder de corrosividade (Lafuente, 1981).

D – Potencial redox (Eh)

Sob o ponto de vista electrónico, nas reacções de oxidação redução, ocorre transferência de electrões entre os iões presentes. Assim, nas reacções de oxidação há perda de electrões e nas reacções de redução um ganho. Esta transferência de electrões não é mais do que uma corrente eléctrica, logo as reacções redox possuem um potencial eléctrico. Este potencial é medido pelo potencial redox, Eh (Fetter, 1994).

Hood e Rohlich, definiram o potencial redox, Eh, como “a pressão electrónica existente num líquido, como resultado das respectivas concentrações de oxidantes e redutores presentes” (Lafuente, 1981).

O potencial redox de uma reacção é dado pela equação de Nernst (Fetter, 1994):

(4.1.3)

onde,

E0, é o potencial redox standard, a 25ºC e pressão de 1 atmosfera; R, é a constante dos gases (0,00199 Kcal);

T, é a temperatura (Kelvins);

F, é a constante de Faraday (23,1 Kcal/V) n, é o número de electrões. sp K nF RT E Eh= 0+ ln

De acordo com Lafuente (1981), um potencial redox elevado significa que há abundância de oxigénio e escassez de hidrogénio. Pelo contrário, um potencial redox baixo indica escassez de oxigénio e abundância de hidrogénio.

O potencial redox das águas subterrâneas está sob a influência, por um lado, da entrada do oxigénio proveniente da atmosfera e, por outro, pelo consumo deste oxigénio por parte das substâncias redutoras presentes na água.