a) A água de chuva normalmente apresenta pH de 5,7 , devido ao equilíbrio com o \mathrm{CO}_{2} da atmosfera. Qual é a \left[\mathrm{H}^{+}\right]correspondente?
b) Apresente os equilíbrios da água com o ácido carbônico, com as respectivas constantes.
c) O pH da água de chuva coletada em uma certa região foi 4,82 . Calcule a \left[\mathrm{H}^{+}\right] correspondente.
d) A presença de NO, de outros óxidos de nitrogênio e de \mathrm{SO}_{2} podem causar a “chuva ácida”. Apresente os equilibrios envolvidos, com as respectivas constantes.
e) Quais os problemas ambientais causados pela “chuva ácida”?

Passo 1

O enunciado trata da chuva “normal” com pH 5,7 e de chuva ácida com pH 4,82, e pede (a) cálculo da concentração de íons \mathrm{H}^+ a partir do pH, (b) os equilíbrios do \mathrm{CO}_2 dissolvido formando ácido carbônico com suas constantes de dissociação, (c) repetição do cálculo de \left[\mathrm{H}^+\right] para pH 4,82, (d) os equilíbrios de dissolução de óxidos de nitrogênio e de \mathrm{SO}_2 em água com as constantes correspondentes e (e) os problemas ambientais causados pela chuva ácida. O conteúdo envolve conceitos de pH, cálculos de concentração de íons e equilíbrios ácido–base.

Passo 2

Para qualquer pH usamos a definição
\left[\mathrm{H}^+\right] = 10^{-\mathrm{pH}}.
No caso da chuva “normal” com \mathrm{pH}=5,7,
\left[\mathrm{H}^+\right] = 10^{-5,7} \approx 2{,}0\times10^{-6}\\ \mathrm{mol/L}.

Passo 3

Os equilíbrios do \mathrm{CO}_2 dissolvido em água ocorrem em três etapas:
\mathrm{CO}_2(g)\;+\;\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l)\;\rightleftharpoons\;\mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3(aq)
\mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3(aq)\;\rightleftharpoons\;\mathrm{H}^+(aq)\;+\;\mathrm{HCO}_3^-(aq) \quad K_{a1}=4{,}3\times10^{-7}
\mathrm{HCO}_3^-(aq)\;\rightleftharpoons\;\mathrm{H}^+(aq)\;+\;\mathrm{CO}_3^{2-}(aq) \quad K_{a2}=4{,}7\times10^{-11}

Passo 4

Para a chuva ácida coletada com \mathrm{pH}=4,82 aplicamos de novo
\left[\mathrm{H}^+\right] = 10^{-4,82} \approx 1{,}5\times10^{-5}\\ \mathrm{mol/L}.

Passo 5

Os principais óxidos que causam chuva ácida são \mathrm{SO}_2 e óxidos de nitrogênio ( \mathrm{NO}_x). Em água temos:
a) Dissolução de \mathrm{SO}_2:
\mathrm{SO}_2(g)\;+\;\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l)\;\rightleftharpoons\;\mathrm{H}_2\mathrm{SO}_3(aq)
\mathrm{H}_2\mathrm{SO}_3(aq)\;\rightleftharpoons\;\mathrm{H}^+(aq)\;+\;\mathrm{HSO}_3^-(aq) \quad K_{a1}=1{,}2\times10^{-2}
\mathrm{HSO}_3^-(aq)\;\rightleftharpoons\;\mathrm{H}^+(aq)\;+\;\mathrm{SO}_3^{2-}(aq) \quad K_{a2}=6{,}3\times10^{-8}
b) Óxidos de nitrogênio, por exemplo \mathrm{NO}_2:
2\,\mathrm{NO}_2(g)\;+\;\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l)\;\rightleftharpoons\;\mathrm{HNO}_3(aq)\;+\;\mathrm{HNO}_2(aq)
\mathrm{HNO}_3(aq)\;\rightleftharpoons\;\mathrm{H}^+(aq)\;+\;\mathrm{NO}_3^-(aq) \quad\text{(ácido forte, dissocia quase completamente)}á
\mathrm{HNO}_2(aq)\;\rightleftharpoons\;\mathrm{H}^+(aq)\;+\;\mathrm{NO}_2^-(aq) \quad K_a=4{,}5\times10^{-4}

Passo 6

Os problemas ambientais da chuva ácida incluem:
  • Acidificação de lagos e rios, matando organismos aquáticos sensíveis.
  • Desgaste de solos e liberação de alumínio tóxico, prejudicando raízes de plantas e florestas.
  • Corrosão de edifícios, pontes e monumentos, especialmente os feitos de calcário e mármore.
  • Deterioração de pinturas e revestimentos em construções.
  • Impactos na saúde humana, agravando problemas respiratórios pela liberação de partículas e metais pesados.

Resposta

a) \left[\mathrm{H}^+\right]=2{,}0\times10^{-6}\\ \mathrm{mol/L}.
b)
\mathrm{CO}_2+ \mathrm{H}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons\mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3
\mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3\rightleftharpoons\mathrm{H}^+ + \mathrm{HCO}_3^-, K_{a1}=4{,}3\times10^{-7}
\mathrm{HCO}_3^-\rightleftharpoons\mathrm{H}^+ + \mathrm{CO}_3^{2-}, K_{a2}=4{,}7\times10^{-11}.
c) \left[\mathrm{H}^+\right]=1{,}5\times10^{-5}\\ \mathrm{mol/L}.
d)
\mathrm{SO}_2+\mathrm{H}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons\mathrm{H}_2\mathrm{SO}_3
\mathrm{H}_2\mathrm{SO}_3\rightleftharpoons\mathrm{H}^+ + \mathrm{HSO}_3^-, K_{a1}=1{,}2\times10^{-2}
\mathrm{HSO}_3^-\rightleftharpoons\mathrm{H}^+ + \mathrm{SO}_3^{2-}, K_{a2}=6{,}3\times10^{-8}
2\mathrm{NO}_2+\mathrm{H}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons\mathrm{HNO}_3+\mathrm{HNO}_2
\mathrm{HNO}_3 (ácido forte)
\mathrm{HNO}_2\rightleftharpoons\mathrm{H}^+ + \mathrm{NO}_2^-, K_a=4{,}5\times10^{-4}.
e) Acidificação de corpos d’água, degradação de solos, corrosão de estruturas, danos a florestas e impactos na saúde.

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