Uma dos principais equilíbrios que acontece em águas naturais envolve os íons CO32-, HCO3- e o H2CO3.
a) Explique como ocorre esse sistema de equilíbrios em uma água natural.
b) Qual a importância desse equilíbrio para águas naturais?

Passo 1

O enunciado pede para descrever o sistema de equilíbrios ácido-base envolvendo CO3^2-, HCO3^- e H2CO3 em águas naturais e explicar a importância desse sistema. Vamos usar os conceitos de dissolução de CO2, reações de dissociação e efeito tampão.

Passo 2

Quando CO2 da atmosfera entra em contato com a água, ocorre primeiro a dissolução e formação de ácido carbônico:
CO2(g) ;<=ftharpoons; CO2(aq)
CO2(aq) + H2O ;<=ftharpoons; H2CO3
Esse H2CO3 é um ácido fraco que sofre duas dissociações consecutivas:

Passo 3

As reações de dissociação são:
H2CO3 ;<=ftharpoons; H^+ + HCO3^- com Ka1approx10^-6,3
HCO3^- ;<=ftharpoons; H^+ + CO3^2- com Ka2approx10^-10,3
A partir dos valores de pKa1 e pKa2 e do pH da água (normalmente entre 6,5 e 8,5), determina-se a fração de cada espécie pelo Henderson–Hasselbalch:
pH = pKa1 + log[HCO3^-][H2CO3] e pH = pKa2 + log[CO3^2-][HCO3^-]

Passo 4

Como cada reação é reversível, o sistema reage a adições de H^+ ou OH^-:
  • Se entra H^+, o bicarbonato e o carbonato consomem parte do excesso, formando mais H2CO3.
  • Se entra OH^-, o H2CO3 ou o HCO3^- cedem H^+, formando HCO3^- ou CO3^2-.
    Isso caracteriza a ação tampão, pois pequenas adições de ácido ou base resultam em variações de pH reduzidas.

Passo 5

A importância desse equilíbrio para águas naturais é:
a) Regulação de pH – mantém o pH da água estável, essencial para organismos aquáticos.
b) Disponibilidade de carbono – controla a quantidade de CO2 e HCO3^- para fotossíntese de algas e plantas aquáticas.
c) Dureza e precipitação – a concentração de Ca^2+ e CO3^2- define a dureza e o potencial de formação de incrustações (carbonato de cálcio).

Resposta

a) Em águas naturais, o CO2 dissolvido forma H2CO3, que se dissocia em HCO3^- e CO3^2- segundo constantes Ka1 e Ka2. Essas reações reversíveis ajustam-se conforme o pH, estabelecendo um sistema tampão.
b) Esse sistema é crucial para estabilizar o pH, fornecer carbono para a fotossíntese e controlar a dureza e precipitação de sais de carbonato em ambientes aquáticos.

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