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:
Explique o que é alcalinidade, quais espécies químicas contribuem e como é feita a sua determinação analítica.
Explique o que é alcalinidade, quais espécies químicas contribuem e como é feita a sua determinação analítica.
Passo 1
Beleza, resumo rápido do que temos: um corpo d’água “fechado” a 25 °C e 1 atm, com alcalinidade total (TA) igual a 2×10⁻³ mol L⁻¹. A gente vai ver quais espécies de base (bicarbonato, carbonato, hidróxido…) estão “carregando” esse valor de alcalinidade, quanto cada uma contribui e como normalmente se determina isso analiticamente. O conteúdo é equilíbrio ácido‐base (sistema H₂CO₃/HCO₃⁻/CO₃²⁻ + água) e noções de titulação.
Passo 2
Antes de partir pro cálculo, vale definir direitinho o que é alcalinidade.
Alcalinidade (TA) é a capacidade de uma amostra de água de neutralizar ácidos fortes. Em termos de espéciometria, a gente expressa assim:
Alcalinidade (TA) é a capacidade de uma amostra de água de neutralizar ácidos fortes. Em termos de espéciometria, a gente expressa assim:
Ou seja, conta cada mol de HCO₃⁻ como 1 “unidade” de base, CO₃²⁻ como 2, soma o OH⁻ e subtrai o H⁺. Na prática, essa TA se mede por titulação com ácido forte (HCl), usando indicadores para definir os pontos de viragem (pH ≈ 8,3 e depois pH ≈ 4,5).
Passo 3
Quais espécies entram na dança?
- O sistema carbono inorgânico:
H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃⁻ (K₁)
HCO₃⁻ ↔ H⁺ + CO₃²⁻ (K₂) - Água: H₂O ↔ H⁺ + OH⁻ (K_w)
Na alcalinidade, só entram HCO₃⁻, CO₃²⁻, OH⁻ e H⁺.
Passo 4
Como se determina analiticamente?
Você pega a amostra e titula com HCl 0,05 mol L⁻¹ monitorando o pH.
• Primeiro ponto (fenolftaleína) lá por pH ≈ 8,3 indica quando todo OH⁻ e parte de CO₃²⁻ virou HCO₃⁻.
• Segundo ponto (alaranjado de metila) lá por pH ≈ 4,5 indica quando todo HCO₃⁻ virou H₂CO₃.
Da diferença de volume de ácido gasto você calcula a alcalinidade (em mmol L⁻¹) que, traduzida pra mol L⁻¹, é exatamente nosso TA.
Você pega a amostra e titula com HCl 0,05 mol L⁻¹ monitorando o pH.
• Primeiro ponto (fenolftaleína) lá por pH ≈ 8,3 indica quando todo OH⁻ e parte de CO₃²⁻ virou HCO₃⁻.
• Segundo ponto (alaranjado de metila) lá por pH ≈ 4,5 indica quando todo HCO₃⁻ virou H₂CO₃.
Da diferença de volume de ácido gasto você calcula a alcalinidade (em mmol L⁻¹) que, traduzida pra mol L⁻¹, é exatamente nosso TA.
Passo 5
Pra repartir numericamente dentro desse TA, a gente usa as frações molares do sistema H₂CO₃/HCO₃⁻/CO₃²⁻ em função de um pH conhecido:
Aqui
• ,
(a 25 °C),
• ,
• ,
.
•
•
•
Também definimos carbono total
e vale
Daí a gente isola
:
Depois
Passo 6
Para fechar numericamente, precisamos de um valor de pH. Em muitos cursos se assume pH ≈ 8,3 para água natural. Usando pH = 8,3:
• M
• M
• Denominador das α’s ≃
•
Logo
•
•
• Denominador das α’s ≃
•
Logo
Daí
Resposta
Considerando pH ≈ 8,3, TA = 2×10⁻³ M:
- Bicarbonato (HCO₃⁻): 1,96×10⁻³ M (≈ 98% da alcalinidade)
- Carbonato (CO₃²⁻): 1,84×10⁻⁵ M, mas conta como 2×[CO₃²⁻] ≃ 3,7×10⁻⁵ M (≈ 1,8%)
- Hidróxido (OH⁻): 2,0×10⁻⁶ M (≈ 0,1%)
Tudo isso somado dá os 2,0×10⁻³ mol L⁻¹ de alcalinidade medida.