Química Geral 2005/2006 Eng. Biomédica

Trabalho 3 – pH de Águas Naturais

Turma 21101 - 2.º turno

Data: 15/05/2006

Número Nome 57269 João Jorge 57290 Nuno Gonçalves 57300 João Portela

Objectivos Os principais objectivos desta actividade experimental foram a análise da constituição de águas naturais, derivada da capacidade de medição e interpretação dos seus valores de pH, tendo também em conta determinados equilíbrios químicos e sua influência. Resumo

Nesta experiência, mediram-se as concentrações de iões H3O+ em algumas águas nacionais, ou seja, o seu pH, através de um aparelho próprio para o efeito, com um eléctrodo combinado, previamente calibrado com soluções-padrão. Assim, as águas cujo pH foi medido foram:

• Água do Luso, procedente do Norte do país, com origem em terrenos graníticos;

• Água de Carvalhelhos, proveniente de terras calcárias, mais a Sul; • Água das Pedras, com um elevado teor de CO2.

Como é do nosso conhecimento, as três águas em causa têm origens e métodos diferentes, verificando-se por isso em que medida vão esses factores interferir no pH. Além de se analisar o pH das três águas à temperatura ambiente e sem “contaminações”, analisou-se também o pH de:

• Água do Luso, escorrida numa coluna que continha calcário, que aumentou a concentração na água de iões CO3

2-; • Água das Pedras arrefecida após aquecimento, realizado para que

esta libertasse CO2. Isto para provar que ao aumentar a concentração de iões CO3

2-, o pH da água aumenta, e ao diminuir a concentração de CO2, o pH diminui. Estes efeitos devem-se essencialmente à reacção:

CO2 + H2O ¤ CO32- + 2H+

Resultados experimentais

Água pH no rótulo pH experimental Luso 5.8 6.12

Carvalhelhos 7.35 7.21 Pedras 6.1 6.23

Luso passada por CaCO3 ----- 7.50 Pedras aquecida ----- 8.06

Discussão: Determinação do pH da água do Luso sem passagem previa por pedras

calcárias A água do Luso, sendo originária de zonas graníticas, revela determinadas quantidades de minerais insolúveis em água e, ainda, uma pequena porção de CO2. Como tal, devido a esta sua composição, vai-se verificar o seguinte equilíbrio químico:

[a] CO2 (aq) + H2O ↔ H2CO3 (aq) K = 1×10-2.8

Esse equilíbrio desloca-se no sentido directo, uma vez que, tal como já referido, a água do Luso contem CO2 dissolvido, que, ao reagir com a água, origina ácido carbónico. Com a formação deste composto, verificam-se outros dois equilíbrios: [b] H2O + H2CO3 (aq) ↔ H3O+ (aq) + HCO3

- (aq) ka1 = 4.2×10-7

[c] HCO3

- (aq) + H2O ↔ CO32-

(aq) + H3O+ (aq) ka2 = 5.0×10-11

Ambos os equilíbrios se deslocam no sentido directo, uma vez que, ao ser formado ácido carbónico, este reage com a água, originando H3O+ e hidrogenocarbonato (HCO3

-). O hidrogenocarbonato, por sua vez, reage, ainda, com a água, libertando uma maior quantidade de H3O+ e CO3

2-. Como tal, a concentração de H3O+ presente que confere um carácter ligeiramente ácido à água do Luso, deve-se à presença do CO2 na mesma. Determinação do pH da água do Luso com passagem prévia por pedras

calcárias Ao fazer-se passar a água do Luso por pedras calcárias, a concentração de carbonato na água aumenta devido à reacção:

[d] CaCO3 ↔ Ca2+ + CO32-

Como se pode verificar, a concentração de iões CO3

2- vai aumentar e, consequentemente, em [c] promover-se-á a evolução inversa da reacção, de forma a contrariar a o aumento de concentração do CO3

2- , aumentando a concentração de bicarbonato na água e diminuindo a concentração de H3O+. Deve-se ter em conta que este equilíbrio se move facilmente no sentido inverso pois, possuindo uma baixa constante de acidez K, é pouco extensa no sentido directo e muito extensa no sentido inverso. Com o aumento da concentração de bicarbonato, o equilíbrio [b] também se vai deslocar no sentido inverso. Assim sendo, o aumento do pH da água do Luso é, neste caso, justificado pela diminuição da concentração de iões H3O+, uma vez que, quanto menor a concentração deste iões, maior o valor do pH:

pH = - log [H3O+ ]

Determinação do pH da água de Carvalhelhos No que diz respeito à água de Carvalhelhos, rica em iões hidrogenocarbonato, a reacção [b] manifesta-se no sentido inverso, de forma a consumir estes iões, até atingir o equilíbrio. Assim sendo, vai consumir não só iões hidrogenocarbonato, como também iões H3O+, fazendo com que o seu pH seja ligeiramente superior a 7, ou seja, básico. Determinação do pH de água das Pedras sem aquecimento prévio

A água das pedras, gasosa, apresenta uma elevada concentração de dióxido de carbono. Como tal, verifica-se uma evolução da reacção [a] no sentido directo, assim como da reacção [b] e da reacção [c]. A principal

consequência destas evoluções é um aumento da concentração de H3O+, ou seja, uma diminuição do pH, daí que a água das pedras apresente um pH ligeiramente ácido. Deve-se ter em conta que o pH não é muito baixo pois, embora esta água possua uma grande quantidade de dióxido de carbono, também apresenta uma certa quantidade de hidrogenocarbonatos, o que vai impedir uma grande extensão do equilíbrio [b], em sentido directo.

Determinação do pH de água das Pedras com aquecimento prévio Ao aquecer-se a água das pedras, verifica-se a evaporação do dióxido de carbono. Como tal, possuindo uma baixa concentração em dióxido de carbono e uma elevada concentração em hidrogenocarbonato, vai-se verificar a evolução dos equilíbrios [b] e [a], por esta ordem, em sentido inverso, de forma a consumir iões hidrogenocarbonato, e, consequentemente, iões H3O+, e a repor dióxido de carbono, de forma a contrariar as alterações induzidas. Assim sendo o pH da água das Pedras aquecida vai ser superior ao da água não aquecida, revelando um carácter básico, após arrefecimento. Conclusão:

Terminada a actividade experimental, pode concluir-se que os valores de pH estabelecidos para cada uma das águas não correspondem exactamente aos valores teóricos, embora sejam bastante aproximados. Isto porque as águas passam por vários tratamentos antes de serem engarrafadas que alteram ligeiramente a sua composição. Para além disso, estes valores de pH dependem, também, de factores ambientais assim como de várias substâncias existentes no meio ambiente que se acabam por dissolver nas águas, como por exemplo o dióxido de carbono, responsável pelo carácter ácido de determinadas águas e o bicarbonato, responsável pelo carácter básico de outras águas.

Os valores de pH podem ser ainda condicionados pela temperatura, como verificado no caso da Água das Pedras.