A definição de alcalinidade de uma água é sua capacidade de neutralizar um
ácido forte, até um determinado pH . A alcalinidade de águas naturais se deve principalmente à presença de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos. Já a dureza de uma água é a soma das concentrações de todos os cátions. Sobre a alcalinidade e a dureza das águas naturais e potáveis, assinale a alternativa correta.
A) Quando o pH da água estiver entre 8,3 a 9,4 a água contém apenas bicarbonato.
B) A dureza temporária é causada pela presença de bicarbonato de cálcio e de magnésio.
C) A Portaria GM/MS n { }^{\circ} 888/2017 estabelece VMP para dureza total de 150 \mathrm{mg} / \mathrm{L} para águas potáveis.
D) A dureza carbonato não é sensível ao calor, podendo precipitar a temperatura ambiente.
E) Águas alcalinas podem causar incrustações em caldeiras.

Passo 1

Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede.
  • O enunciado define:
    • Alcalinidade: capacidade de uma água neutralizar um ácido forte até um determinado \mathrm{pH}. Diz que a alcalinidade de águas naturais deve-se principalmente à presença de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos.
    • Dureza: soma das concentrações de todos os cátions relevantes (tipicamente \mathrm{Ca^{2+}} e \mathrm{Mg^{2+}}, entre outros).
  • Pede: assinalar a alternativa correta entre as opções A, B, C, D, E.
Informações úteis dadas no enunciado que vou usar (transcritas):
  • Alcalinidade relacionada a carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos.
  • Dureza é soma de cátions.

Passo 2

Entender o que são carbonato, bicarbonato e sua distribuição em função do \mathrm{pH}.
  • As reações ácido-base principais do sistema dióxido de carbono / carbonatos em água são:
\mathrm{CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^- \rightleftharpoons H^+ + CO_3^{2-}}
  • Essas reações têm dois pontos característicos (constantes de dissociação) chamados pK_a. Valores típicos a 25^\circ\mathrm{C} são:
pK_{a1}\approx 6,3,\qquad pK_{a2}\approx 10,3.
  • Interpretação prática (regra de bolso de química aquática):
    • Para \mathrm{pH} muito abaixo de pK_{a1} predomina \mathrm{CO_2/H_2CO_3}.
    • Entre pK_{a1} e pK_{a2} predomina \mathrm{HCO_3^-} (bicarbonato).
    • Acima de pK_{a2} começa a predominar \mathrm{CO_3^{2-}} (carbonato).
  • Conclusão didática: bicarbonato é a espécie predominante numa ampla faixa (aprox. \mathrm{pH} entre 6,3 e 10,3). Portanto afirmar que “apenas bicarbonato” existe numa faixa restrita como 8,3 a 9,4 é incorreto: nessa faixa o bicarbonato é sim a espécie dominante, mas não é correto dizer “apenas bicarbonato” (há sempre equilíbrio com \mathrm{CO_2} ou \mathrm{CO_3^{2-}} dependendo do \mathrm{pH} e da concentração).

Passo 3

Explicar dureza temporária vs permanente e como o calor age sobre elas (isso é crucial para avaliar a alternativa B e D).
  • Dureza é principalmente causada por \mathrm{Ca^{2+}} e \mathrm{Mg^{2+}}. Há duas categorias clássicas:
    • Dureza temporária (ou dureza carbonato): causada por sais solúveis de bicarbonato, tipicamente \mathrm{Ca(HCO_3)_2} e \mathrm{Mg(HCO_3)_2}.
    • Dureza permanente (ou dureza não-carbonato): causada por sais como sulfatos e cloretos, por exemplo \mathrm{CaSO_4}, \mathrm{MgCl_2}, que não são removidos por aquecimento simples.
  • Por que é chamada “temporária”? Porque, ao aquecer a água ou ferver, os bicarbonatos se decompõem e precipitam como carbonato insolúvel:
\mathrm{Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{heat} CaCO_3\downarrow + CO_2\uparrow + H_2O}
\mathrm{Mg(HCO_3)_2 \xrightarrow{heat} MgCO_3\downarrow + CO_2\uparrow + H_2O}
  • O carbonato ( \mathrm{CaCO_3}) é pouco solúvel e forma precipitado (incrustação).
  • Assim: dureza temporária é sensível ao calor (pode ser removida por fervura), ao contrário da dureza permanente.

Passo 4

Avaliar a alternativa A com base no exposto.
  • A afirma: “Quando o \mathrm{pH} da água estiver entre 8,3 a 9,4 a água contém apenas bicarbonato.”
  • Usando a distribuição ácido-base (Passo 2), na faixa 8,3 9,4 o bicarbonato é a espécie predominante, mas:
    • “Apenas bicarbonato” é uma afirmação muito forte e incorreta, porque sempre há equilíbrio com outras espécies (por exemplo uma fração de \mathrm{CO_2} dissolvido, e à medida que se aproxima de pK_{a2} começa a haver mais \mathrm{CO_3^{2-}}).
  • Conclusão: alternativa A é falsa.

Passo 5

Avaliar a alternativa B com explicação didática.
  • B afirma: “A dureza temporária é causada pela presença de bicarbonato de cálcio e de magnésio.”
  • Do Passo 3 sabemos que dureza temporária = dureza carbonato = presença de \mathrm{Ca(HCO_3)_2} e \mathrm{Mg(HCO_3)_2}, que precipitam ao aquecer.
  • Isso corresponde exatamente à definição clássica. A frase está correta e bem formulada.
  • Conclusão: alternativa B é verdadeira.

Passo 6

Avaliar a alternativa C sobre a Portaria GM/MS n.º 888/2017.
  • A alternativa C declara que a Portaria estabelece VMP (valor máximo permitido) para dureza total de 150\\ \mathrm{mg/L}.
  • Observação importante: nas portarias de potabilidade brasileiras usuais a dureza total não é tipicamente listada como parâmetro de obrigatória potabilidade com VMP estrito (os parâmetros obrigatórios são outros, como coliformes, pH, chumbo, etc.). A dureza costuma ser tratada como parâmetro indicativo, sem um limite de VMP de 150\\ \mathrm{mg/L} na Portaria citada.
  • Portanto a afirmação específica de que a Portaria GM/MS n.º 888/2017 estabelece VMP para dureza total de 150\\ \mathrm{mg/L} está incorreta.
  • Conclusão: alternativa C é falsa.

Passo 7

Avaliar a alternativa D sobre dureza carbonato e sensibilidade ao calor.
  • D afirma: “A dureza carbonato não é sensível ao calor, podendo precipitar a temperatura ambiente.”
  • Do Passo 3 aprendemos o contrário: a dureza carbonato (temporária) é sensível ao calor — é justamente removida pela fervura, porque os bicarbonatos se decompõem e precipitam quando aquecidos.
  • Além disso, a precipitação por decomposição térmica tende a ocorrer com aumento de temperatura (ou perda de \mathrm{CO_2}), não “precipitar à temperatura ambiente” por si só (salvo mudanças de química da solução).
  • Conclusão: D é falsa.

Passo 8

Avaliar a alternativa E sobre águas alcalinas e incrustações em caldeiras.
  • E afirma: “Águas alcalinas podem causar incrustações em caldeiras.”
  • É preciso separar termos: “águas alcalinas” (alto \mathrm{pH}) ≠ “águas com alta alcalinidade” (capacidade de tamponamento por bicarbonatos/carbonatos). Incrustações (scale) em caldeiras são causadas principalmente pela precipitação de sais como \mathrm{CaCO_3}, que depende de dureza (presença de \mathrm{Ca^{2+}} e \mathrm{Mg^{2+}}) e alcalinidade (bicarbonato/carbonato) e também de aquecimento/degaseificação de \mathrm{CO_2}.
  • Afirmações aceitáveis: “águas com alta dureza/alcalinidade tendem a causar incrustações quando aquecidas.”
  • A frase dada é genérica (“águas alcalinas podem causar…”) — por si só, um \mathrm{pH} elevado não é garantia de incrustação; o que provoca incrustação é a presença de sais de cálcio/magnésio que precipitam quando a água é aquecida (dureza temporária e certos equilíbrios de carbonato). Logo a opção, tal como escrita, é imprecisa e pode ser considerada falsa no contexto de prova (ela confunde pH alto com causa direta).
  • Conclusão: E é imprecisa e, para os critérios da questão (uma única alternativa correta), deve ser considerada falsa.

Passo 9

Resumo final dos julgamentos sobre cada alternativa (síntese didática):
  • A: falsa — bicarbonato é predominante numa faixa ampla, mas “apenas bicarbonato” entre \mathrm{pH}\\\ 8,3 e 9,4 é incorreto.
  • B: verdadeira — dureza temporária = causada por \mathrm{Ca(HCO_3)_2} e \mathrm{Mg(HCO_3)_2}.
  • C: falsa — a Portaria mencionada não estabelece esse VMP específico para dureza total (dureza não é parâmetro com VMP de 150\\ \mathrm{mg/L} na portaria citada).
  • D: falsa — dureza carbonato é sensível ao calor (é precisamente o que define “temporária”).
  • E: falsa (ou imprecisa) — incrustações estão ligadas à dureza e alcalinidade efetiva (bicarbonatos/carbonatos) e ao aquecimento; afirmar que “águas alcalinas podem causar incrustações” sem qualificar leva a erro conceitual.

Resposta

B) A dureza temporária é causada pela presença de bicarbonato de cálcio e de magnésio.

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