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
Beleza, vamos recapitular: temos um reservatório de água a 25 °C e 1 atm, com alcalinidade total
mol L⁻¹. Queremos descobrir como cada espécie química contribui para essa alcalinidade quando o pH está em 8,0. O conteúdo aqui é equilíbrio de ácido-base do sistema carbonato (H₂CO₃, HCO₃⁻, CO₃²⁻) e a definição de alcalinidade:
Alcalinidade = [HCO₃⁻] + 2·[CO₃²⁻] + [OH⁻] – [H⁺]
Para resolver vamos precisar de:
- As constantes de dissociação do ácido carbônico a 25 °C:
e . - A expressão das frações (α) de cada espécie em função do pH.
- A relação entre a soma de todas as espécies de carbono inorgânico (C_T) e a alcalinidade.
Passo 2
Primeiro, calculamos as frações molares das três espécies carbonatadas no pH 8,0. As definições são:
Substituindo
,
e
:
Então o denominador vale
.
Logo
Logo
Passo 3
A alcalinidade é dada por:
Sabendo que a água a 25 °C tem
, temos em pH 8,0:
Substituindo
e isolando
:
Passo 4
Agora que temos
, as concentrações de cada espécie são:
E já sabemos
M e
M.
Resposta
Contribuições para a alcalinidade de
mol L⁻¹ a pH 8,0:
- HCO₃⁻:
M (contribui com +1,98×10⁻³) - CO₃²⁻:
M (contribui com +2·9,9×10⁻⁶=+1,98×10⁻⁵) - OH⁻:
M (contribui com +1,0×10⁻⁶) - H⁺:
M (contribui com −1,0×10⁻⁸, desprezível)
Se você somar tudo, dá certinho os
mol L⁻¹ de alcalinidade.