Complexação de íons de metais por matéria orgânica dissolvida: modelagem e aplicação em sistemas reais Complexation of metal ions by dissolved organic matter: modeling and application to real systems

Os íons de metais pesados são conhecidos tanto pela sua importância fisiológica e industrial, bem como pelo risco ambiental e à saúde humana. Para elucidar o comportamento dessas espécies nos corpos hídricos, os quais recebem grande parte da descarga de metais, seja de origem antrópica ou por fontes naturais, é necessário entender as interações que elas apresentam com o meio, principalmente a especiação química. Um dos mais importantes processos pelos quais passam as espécies metálicas em corpos aquáticos naturais é a interação com a matéria orgânica dissolvida (MOD), que pode ser por adsorção, reações de troca iônica ou por complexação. Neste trabalho foram realizados vários experimentos com o objetivo de descrever o comportamento da complexação de três importantes cátions Cu(II), Cd(II) e Pb(II) com a matéria orgânica (ácido húmico comercial), sob condições diversas de força iônica em meio tamponado. Os resultados foram avaliados de acordo com o modelo de van den Berg e Kramer para a complexação de metais. O modelo foi aplicado na determinação da capacidade de complexação dos íons em amostras reais, oriundas de três rios maranhenses que integram a Amazônia legal: Itapecuru, Bacanga e Pericumã. Nas águas dos rios utilizou-se o parâmetro carbono orgânico dissolvido (COD) para expressar a MOD. Os resultados confirmaram forte interação entre a MOD e íons de metais pesados e que o modelo de van den Berg e Kramer é satisfatório para se estimar a constante de complexação (K) e a concentração de sítios de complexação (Lt). Nas amostras simuladas em laboratório a ordem de complexação dos metais foi Cu(II) > Cd(II) > Pb(II) e a capacidade de complexação mostrou ser linear em função da concentração de ácido húmico comercial. Acredita-se que por ter menor raio iônico, o íon Cu(II) possui maior afinidade com os sítios de complexação. Nas amostras retiradas dos corpos aquáticos, observou-se que o rio com maior concentração de COD (rio Bacanga) apresentou maior capacidade de complexação; entretanto, a ordem foi Pb(II) > Cu(II) > Cd(II) provavelmente devido à presença de íons Cu(II) em maior quantidade nas águas dos rios.<br>Metal ions are known by their physiological and industrial importance as well as by their environmental risk aspects. To elucidate the behavior of these elements in superficial water bodies, it is necessary to understand the various occurring interactions, mainly those related to the chemical speciation. One of the most important processes that metal species undergo in natural aquatic bodies is their interaction with dissolved organic matter (DOM), which can happen through adsorption, ionic exchange and complexation. In this work, laboratory experiments with Cu(II), Pb(II) and Cd(II) ions and commercial humic acid were made under various conditions (ionic strength and buffering) to test the van den Berg and Kramer complexation model. After the simulation, the model was used to determine the Cu(II), Pb(II) and Cd(II) complexation capacity of natural waters from three important rivers in the state of Maranhao, Brazil (Itapecuru, Bacanga and Pericuma rivers). The dissolved organic carbon (DOC) concentration was used to express the DOM concentration. The results confirmed that there is a strong interaction between the DOM and metal ions, and that the van den Berg and Kramer model (with one coordination site) is suitable for estimating the complexation constant (K) and the ligand site concentration (Lt). The simulated water samples used in the laboratory showed the complexation order: Cu(II) > Cd(II) > Pb(II); and the complexation capacity was directly proportional to the humic acid concentration. We believe that the smaller Cu(II) ionic radius yields a stronger affinity with the DOM. In the experiments with natural waters, the river with more DOC (Bacanga river) showed better complexation capacity; however, the order was Pb(II) > Cu(II) > Cd(II) probably because of the presence of appreciable concentrations of Cu(II) in natural waters.