1. Quanto ao sistema carbonato, responda o que se pede:
    a. Comente como ocorre o sistema CO2-carbonato e reforce com a apresentação das equações químicas.
    b. Sabe-se que o CO2 se encontra presente na água natural. Baseado nisso, comente sobre 3 formas em que ele se encontra distribuído/associado nos corpos aquáticos.
    c. O que são águas calcárias e qual a sua contribuição com a alcalinidade das águas naturais?
    d. Escreva 2 reações químicas participantes do sistema CO2 / bicarbonato / carbonato (não pode repetir as equações do item a).
    e. Julgue os itens em V ou F. Nos falsos, informe o erro.
    i.( ) O Diagrama de distribuição das espécies do sistema carbonato serve para correlacionar a concentração das espécies com a temperatura do corpo aquático.
    ii.( ) Em pH ácido (inferior a 5) é possível encontrar quantidade considerável de bicarbonatos associado a íons H^+.
    iii.( ) Em águas naturais tem-se a diminuição do teor de íons carbonatos à medida que o pH aumenta.
    iv.( ) Águas de rios e lagos a 25^circ C são ligeiramente alcalinas (pH em torno de 8,3) devido a saturação de CO2 e H2 CO3.
    v.( ) A decomposição biológica que ocorre em águas subterrâneas saturadas com CO2 promovem diminuição na solubilidade do carbonato de cálcio.

Passo 1

O enunciado trata do sistema carbono na água natural, em particular do equilíbrio entre CO2, ácido carbônico, bicarbonato e carbonato. Vamos:
– em (a) descrever o funcionamento do sistema e escrever as equações de equilíbrio;
– em (b) listar as três formas principais de ocorrência do carbono inorgânico na água;
– em (c) definir o que são águas calcárias e sua relação com a alcalinidade;
– em (d) apresentar duas outras reações do sistema CO2/HCO3^-/CO3^2- diferentes das de (a);
– em (e) julgar cinco afirmações como verdadeiras ou falsas, justificando as falsas.

Passo 2

(a) O dióxido de carbono dissolve-se em água formando ácido carbônico, que sofre duas dissociações ácidas em sequência. As reações de equilíbrio são:
CO2(aq) + H2O <=ftharpoons H2CO3
H2CO3 <=ftharpoons H^+ + HCO3^-
HCO3^- <=ftharpoons H^+ + CO3^2-

Passo 3

(b) O carbono inorgânico dissolvido na água natural encontra-se principalmente em três formas:
  1. CO2(aq) combinado com H2O na forma de H2CO3;
  2. íons HCO3^- (bicarbonato);
  3. íons CO3^2- (carbonato).

Passo 4

(c) “Águas calcárias” são águas duras, ricas em Ca^2+ e Mg^2+ normalmente provenientes da dissolução de rochas carbonáticas ( CaCO3). Esses íons, ao formar HCO3^- e CO3^2-, conferem grande capacidade tampão (alcalinidade), ou seja, resistem a variações de pH ao consumir H^+.

Passo 5

(d) Duas reações do sistema CO2/HCO3^-/CO3^2-, diferentes das de (a), são:
CaCO3(s) <=ftharpoons Ca^2+ + CO3^2-
HCO3^- + OH^- <=ftharpoons CO3^2- + H2O

Passo 6

(e) Julgamento das afirmações:
i. F. O diagrama de distribuição de espécies relaciona frações molares a pH, não à temperatura.
ii. F. Em pH<5 predomina CO2(aq)/H2CO3 e a concentração de HCO3^- é muito baixa.
iii. F. À medida que o pH aumenta, a concentração de CO3^2- cresce, não diminui.
iv. F. Água saturada em CO2 tem pHapprox5,6, não 8,3; o pH levemente alcalino de rios e lagos deve-se ao tampão bicarbonato/carbonato e à dissolução de CaCO3.
v. F. Maior CO2 em águas subterrâneas aumenta a dissolução de CaCO3 (maior solubilidade), não diminui.

Resposta

(a) O sistema CO2–carbonato baseia-se nas reações de formação de H2CO3 e suas dissociações em HCO3^- e CO3^2-, conforme as equações acima.
(b) As três formas são: CO2(aq)/H2CO3, HCO3^- e CO3^2-.
(c) Águas calcárias são duras, ricas em Ca^2+/ Mg^2+ de origem carbonática, e contribuem para a alcalinidade por formarem bicarbonato e carbonato que tamponam o pH.
(d) Exemplos de outras reações:
CaCO3(s)<=ftharpoons Ca^2++CO3^2-
HCO3^-+OH^-<=ftharpoons CO3^2-+H2O
(e) i. F; ii. F; iii. F; iv. F; v. F.

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