Considere um corpo dágua natural à
e 1 atm de pressão. Supondo esse ambiente um reservatório fechado com uma alcalinidade total de
, determine a contribuição das espécies químicas nesse valor de alcalinidade em um meio com:
Passo 1
Então vamos lá, a questão diz: “Temos um reservatório fechado de água natural a 25 °C e 1 atm, com alcalinidade total TA = 2×10⁻³ mol/L, e pH = 7,0. Determine quanto cada espécie química (HCO₃⁻, CO₃²⁻, OH⁻ e H⁺) contribui para esse valor de alcalinidade.”
Conteúdo: Equilíbrio ácido-base em sistemas de carbono inorgânico e definição de alcalinidade.
O que vamos precisar:
Conteúdo: Equilíbrio ácido-base em sistemas de carbono inorgânico e definição de alcalinidade.
O que vamos precisar:
- Definição de alcalinidade:
TA = [HCO₃⁻] + 2·[CO₃²⁻] + [OH⁻] – [H⁺]. - As constantes de dissociação do ácido carbônico:
Ka₁ = 4,45×10⁻⁷ (pKa₁≈6,35)
Ka₂ = 4,69×10⁻¹¹ (pKa₂≈10,33) - Relação pH ↔ [H⁺] e produto iônico da água Kw = 1,0×10⁻¹⁴.
- As frações molares (α) das espécies de C inorgânico em função de pH.
Passo 2
Calcular [H⁺] e [OH⁻] a partir do pH:
pH = 7,0 ⇒
pH = 7,0 ⇒
E, como Kw = [H⁺][OH⁻] = 1,0×10⁻¹⁴,
Passo 3
Calcular as frações molares (α₀, α₁, α₂) de H₂CO₃*, HCO₃⁻ e CO₃²⁻:
Denominador comum
Denominador comum
onde [H] = [H⁺]. Substituindo:
Logo
As frações são:
Passo 4
Relacionar alcalinidade TA com o carbono inorgânico total
:
Mas
Substituindo em TA e isolando
:
Como [OH⁻] = [H⁺] = 1,0×10⁻⁷, então
.
Fica
Fica
Calculando o fator
Assim
Passo 5
Encontrar as concentrações:
Já temos também
M
e
M.
e
Resposta
Contribuições para TA = 2×10⁻³ mol/L em pH 7,0:
- HCO₃⁻: 1,998×10⁻³ M
- CO₃²⁻: 2·(9,35×10⁻⁷) = 1,87×10⁻⁶ M
- OH⁻: 1,0×10⁻⁷ M
- H⁺: –1,0×10⁻⁷ M