20.60 Embora o carbonato de cálcio seja insolúvel em água, bicarbonato de cálcio não o é. Por que o carbonato de cálcio pode ser dissolvido em solução aquosa de \mathrm{CO}_{2} ?

Passo 1

O enunciado pergunta por que o carbonato de cálcio, \mathrm{CaCO}_{3}, que é praticamente insolúvel em água pura, se dissolve quando colocamos a solução aquosa em presença de \mathrm{CO}_{2} dissolvido. O conteúdo envolvido é equilíbrio ácido-base e solubilidade de sais em água, pois \mathrm{CO}_{2} reage com água formando ácidos que deslocam o equilíbrio de dissolução do carbonato.

Passo 2

Quando dissolvemos \mathrm{CO}_{2} em água, ocorre a formação de ácido carbônico, com equilíbrio aproximado
\mathrm{CO}_{2}(g) + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{H}_{2}\mathrm{CO}_{3}
e em seguida dissociação
\mathrm{H}_{2}\mathrm{CO}_{3} \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+} + \mathrm{HCO}_{3}^{-}\,,
o que gera \mathrm{H}^{+} livres na solução e íons bicarbonato, \mathrm{HCO}_{3}^{-}.

Passo 3

Em água pura o equilíbrio de solubilidade de \mathrm{CaCO}_{3} é
\mathrm{CaCO}_{3}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Ca}^{2+} + \mathrm{CO}_{3}^{2-},
com produto de solubilidade K_{sp} muito baixo. Mas, em presença de \mathrm{H}^{+} formados pelo ácido carbônico, o íon carbonato \mathrm{CO}_{3}^{2-} é consumido segundo
\mathrm{CO}_{3}^{2-} + \mathrm{H}^{+} \longrightarrow \mathrm{HCO}_{3}^{-},
deslocando o equilíbrio de dissolução de \mathrm{CaCO}_{3} para a direita (princípio de Le Châtelier).

Passo 4

O processo global que descreve a dissolução do carbonato de cálcio em água rica em \mathrm{CO}_{2} é
\mathrm{CaCO}_{3}(s) + \mathrm{CO}_{2}(aq) + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} \;\longrightarrow\; \mathrm{Ca}^{2+} + 2\,\mathrm{HCO}_{3}^{-}.
Como o íon \mathrm{CO}_{3}^{2-} nunca se acumula (é convertido em \mathrm{HCO}_{3}^{-}), mais sólido \mathrm{CaCO}_{3} pode se dissolver indefinidamente até a saturação em bicarbonato.

Resposta

O \mathrm{CO}_{2} dissolvido forma ácido carbônico, que libera \mathrm{H}^{+} e converte \mathrm{CO}_{3}^{2-} em \mathrm{HCO}_{3}^{-}, deslocando o equilíbrio de solubilidade de \mathrm{CaCO}_{3} para a formação de \mathrm{Ca}^{2+} e \mathrm{HCO}_{3}^{-}, ou seja, forma-se bicarbonato de cálcio solúvel.

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