Aula 3

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Química Ambiental
Profa. Dra. Lívia Flório Sgobbi
Química ácido-base da 
água
▪ Fenômenos ácido-base na água envolvem a
doação e a recepção de H+.
▪ Muitas espécies atuam como ácidos, doando H+
e outras como bases recebendo H+.
▪ A água atua como ácido e como base.
Química ácido-base da 
água
Aceita próton 𝐻+
Base
Doa próton 𝐻+
Ácido
Química ácido-base da 
água
▪ Uma espécie importante na química ácido-base
é o íons bicarbonato 𝐻𝐶𝑂3
− que pode atuar como
ácido ou base:
𝐻𝐶𝑂3
− ⇌ 𝐶𝑂3
2− + 𝐻+
𝐻𝐶𝑂3
−+𝐻+⇌ 𝐶𝑂2(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂
Química ácido-base da 
água
▪ No caso de águas naturais ou residuárias:
▪ Acidez é a capacidade de neutralizar íons
𝑶𝑯−
▪ Alcalinidade é a capacidade de neutralizar
íons 𝑯+
Química ácido-base da 
água
▪ Praticamente toda água tem certo grau de
alcalinidade.
▪ Águas ácidas são menos comuns, exceto em
caso de poluição grave.
▪ A acidez é resultado da presença de ácidos
fracos, como CO2, mas as vezes é causada por
H2PO4
-, H2S, proteínas, etc.
Química ácido-base da 
água
▪ Os ácidos fortes são os maiores contribuintes
para a acidez como forma de poluição.
▪ Exemplo: ácido sulfúrico e clorídrico (minas)
▪ Alguns íons metálicos possuem caráter ácido.
▪ Exemplo: 𝐴𝑙(𝐻2𝑂)6
3+ ⇌ 𝐴𝑙(𝐻2𝑂)5𝑂𝐻
2+ + 𝐻+
Dióxido de carbono na água
▪ As águas naturais, mesmo as consideradas puras,
contém quantidades significativas de CO2 dissolvidos e
seus ânions derivados.
▪ Devido à presença de CO2 no ar e sua produção a
partir da decomposição da matéria orgânica, o CO2
está presente em todas as águas naturais e residuais.
Dióxido de carbono
Dióxido de carbono na água
▪ A dissolução em água do mar é um mecanismo
importante para redução de CO2 atmosférico (Efeito
Estufa)
▪ O pH das águas naturais raramente é igual a 7,0; que
seria esperado para água pura.
Dióxido de carbono na água
▪ A chuva mesmo livre de poluentes tem caráter
levemente ácido devido ao CO2 da atmosfera.
▪ O CO2 e os produtos de sua ionização, o
𝑯𝑪𝑶𝟑
− 𝒆 𝑪𝑶𝟑
𝟐− tem influência crucial na química
aquática.
▪ Muitos minerais se depositam como sais do íon
carbonato.
Dióxido de carbono na água
▪ Tais equilíbrios exercem forte efeito tampão no pH
da água.
▪ 𝐶𝑂2(á𝑔𝑢𝑎) ⇌ 𝐶𝑂2(𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎)
▪ 𝑀𝐶𝑂3 ⇌ 𝑀
2+ + 𝐶𝑂3
2−
(𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑎𝑡𝑜
𝑙𝑖𝑔𝑒𝑖𝑟𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑜𝑙ú𝑣𝑒𝑙)
Dióxido de carbono na água
▪ CO2 compõe apenas 0,039% da atmosfera seca.
▪ Como resultado do nível baixo de CO2
atmosférico, a água sem qualquer alcalinidade
contém nível baixo de CO2
Dióxido de carbono na água
▪ A formação de 𝐻𝐶𝑂3
− 𝑒 𝐶𝑂3
2− aumentam a
solubilidade .
▪ Concentrações altas de CO2 afetam a respiração
de animais aquáticos. O valor não pode
ultrapassar 25 mg/L.
Dióxido de carbono na água
▪ A maior parte do CO2 é proveniente da
degradação de matéria orgânica por bactérias.
{𝐶𝐻2𝑂} + 𝑂2 ⇌ 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂
▪ A água dissolve o carbonato de cálcio na
presença de CO2 dissolvido.
𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑠) + 𝐶𝑂2(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂 ⇌ 𝐶𝑎
2+ + 2𝐻𝐶𝑂3
−
Dióxido de carbono na água
▪ A concentração de CO2 varia de acordo com a
localidade e estação do ano.
▪ A 25ºC, a água em equilíbrio com o ar livre de
poluentes tem qual concentração (mg/L) de CO2
dissolvido? Considerando 𝐾𝐶𝑂2 = 3,38 ×
10−2 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1𝑎𝑡𝑚−1 e 0,039% de CO2 na
atmosfera. MM( CO2) = 44 g/mol
Dióxido de carbono na água
▪ O sistema CO2 − 𝐻𝐶𝑂3
− − 𝐶𝑂3
2− em água pode
ser descrito pelas equações:
▪ CO2 𝑎𝑞 + 𝐻2𝑂 ⇌ 𝐻
+ + 𝐻𝐶𝑂3
−
𝐾𝑎1 =
[𝐻+][𝐻𝐶𝑂3
−]
[𝐶𝑂2]
= 4,45 × 10−7, 𝑝𝐾𝑎1 = 6,35
Dióxido de carbono na água
▪ 𝐻𝐶𝑂3
− ⇌ 𝐻+ + 𝐶𝑂3
2−
𝐾𝑎2 =
[𝐻+][𝐶𝑂3
2−]
[𝐻𝐶𝑂3
−]
= 4,69 × 10−11, 𝑝𝐾𝑎2 = 10,33
Dióxido de carbono na água
▪ A espécie predominante formada depende do pH
𝛼 significa o mesmo que
grau de dissociação
Concentração total
Águas
acidificadas
Maioria das 
águas
doces
Água
residuária, 
lagos 
salinos
CO2
𝐻𝐶𝑂3
−
𝐶𝑂3
2−
Dióxido de carbono na água
▪ Os cálculos obtidos por essas expressões mostram:
▪ Para valores de pH significativamente abaixo de
p𝐾𝑎1, 𝛼𝐶𝑂2fica próximo de 1.
▪ Quando pH = p𝐾𝑎1, 𝛼𝐶𝑂2 = 𝛼𝐻𝐶𝑂3−
▪ Quando pH =
1
2
(p𝐾𝑎1 + p𝐾𝑎2), 𝛼𝐻𝐶𝑂3− atinge seu valor
máximo 0,98.
▪ Quando pH = p𝐾𝑎2, 𝛼𝐻𝐶𝑂3− = 𝛼𝐶𝑂32−
▪ Para valores de pH muito acima de p𝐾𝑎2, 𝛼𝐶𝑂32− fica
próximo de 1.
Dióxido de carbono na água
❖ O diagrama mostra que o bicarbonato é a espécie predominante
na faixa de pH pbservada na maioria das águas.
❖ CO2 predomina em águas mais ácidas.
Dióxido de carbono na água
❖ O valor da [CO2(aq)] em água a 25ºC em equilíbrio com o ar
contendo 390 ppm é 1,276 × 10−5𝑀.
❖ Considerando que o CO2 se dissocia parcialmente na água,
produzindo concentrações iguais de 𝐻+ 𝑒 𝐻𝐶𝑂3
−:
CO2+𝐻2𝑂 ⇌ 𝐻𝐶𝑂3
− + 𝐻+
As concetrações de 𝐻+ 𝑒 𝐻𝐶𝑂3
− são calculadas usando 𝐾𝑎1:
𝐾𝑎1 =
[𝐻+][𝐻𝐶𝑂3
−]
[𝐶𝑂2]
=
[𝐻+]2
1,276 × 10−5
= 4,45 × 10−7
[𝐻+] = 𝐻𝐶𝑂3
− = (1,276 × 10−5 × 4,45 × 10−7)1/2= 2,38 × 10−6
pH = 5,62 
Motivo da água pura que entrou
em equilíbrio com a atmosfera ser ácida
Alcalinidade
▪ A capacidade da água de receber íons 𝐻+
(prótons) é chamada alcalinidade.
▪ Importante no tratamento de água.
▪ Alcalinidade precisa ser analisada no cálculo de
produtos químicos que precisam ser
adicionados no tratamento.
Alcalinidade
▪ A água de alta alcalinidade tem pH alto e
apresenta níveis elevados de sólidos
dissolvidos.
▪ Tais características podem ser prejudiciais na
água utilizada em aquecedores, processamento
de alimentos e sistemas domésticos de
abastecimento.
Alcalinidade
▪ A alcalinidade atua como tampão de pH e fonte
de carbono inorgânico, ajudando a determinar
a capacidade da água de suportar proliferação
de algas e outras formas de vida.
▪ Serve como indicador de fertilidade da água.
Alcalinidade
▪ As espécies básicas responsáveis pela
alcalinidade da água são:
𝐻𝐶𝑂3
− + 𝐻+⇌ 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂
𝐶𝑂3
2− + 𝐻+⇌ 𝐻𝐶𝑂3
−
𝑂𝐻− + 𝐻+⇌ 𝐻2𝑂
Alcalinidade
▪ Outras substâncias que contribuem menos com a
alcalinidade são amônia e bases conjugadas dos
ácidos fosfóricos, silícico, bórico e ácidos
orgânicos.
▪ Com valores de pH inferiores a 7,0, a [𝐻+] na água
diminui a alcalinidade de modo significaivo, sua
concentração precisa ser subtraída no cálculo de
alcalinidade total.
Alcalinidade
▪ A equação completa para o cálculo da alcalinidade em
meio onde os únicos contribuintes são 𝐻𝐶𝑂3
−, 𝐶𝑂3
2− e
𝑂𝐻−:
𝑎𝑙𝑐 = [𝐻𝐶𝑂3
−] + 2[𝐶𝑂3
2−] + [𝑂𝐻−] – [𝐻+]
Pode receber 2 
prótons
Alcalinidade
Alcalinidade total: equivalente à titulação ácida até o
ponto final do alaranjado de metila (pH 4,3), onde tanto
as espécies bicarbonato e carbonato são convertidas a
𝐶𝑂2.
Alcalinidade
▪ A distribuição das três formas de alcalinidade da 
água depende do pH:
Influência da alcalinidade na 
solubilidade de 𝑪𝑶𝟐
❖ A maior solubilidade do 𝑪𝑶𝟐 na água com alcalinidade elevada
pode ser ilustrada pela comparação de sua solubilidade em
água pura (zero alcalinidade) com sua solubilidade em água
contendo 1,0 × 10−3 NaOH.
❖ O número de mols de 𝑪𝑶𝟐 que se dissolve em 1L água pura da
atmosfera contendo 390 ppm de 𝑪𝑶𝟐 é:
Solubilidade = CO2 aq + HCO3
− = 1,276 × 10−5 + 2,38 × 10−6
Solubilidade = 1,514 × 10−5 𝑀
Equilíbrio
Influência da alcalinidade na 
solubilidade de 𝑪𝑶𝟐
❖ Na presença de NaOH:
𝐶𝑂2(𝑎𝑞) + 𝑂𝐻
− → 𝐻𝐶𝑂3−
Solubilidade = CO2 aq + HCO3
− = 1,276 × 10−5 + 1,00 × 10−3
Solubilidade = 1,01 × 10−3 𝑀
Cálcio na água
❖Entre os cátions mais encontrados em sistemas de água
doce, o cálcio é o de maior concentração.
❖É um elemento chave em diversos processos
geoquímicos, sendo os minerais as maiores fontes deste
íon.
❖Entre os principais minerais estão a gipsita
(𝐶𝑎𝑆𝑂4. 2𝐻2𝑂), a anidrita (𝐶𝑎𝑆𝑂4 ), calcita e aragonita
(𝐶𝑎𝐶𝑂3).
Cálcio na água
❖ Os íons cálcio, magnésio e a vezes o ferro (II) são os
responsáveis pela dureza da água.
❖ A manifestação mais comum da dureza da água é um
precipitado formado pelo sabão na água dura
Cálcio na água
❖ A dureza temporária se deve à presença de íons cálcio e
bicarbonato na água e pode ser eliminada por ebulição:
𝐶𝑎2+ + 2𝐻𝐶𝑂3
− ⇌ 𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑠) + 𝐶𝑂2(𝑔) + 𝐻2𝑂
❖Água contendo níveis elevados de 𝑪𝑶𝟐 dissolve o íon cálcio de 
seus minerais:
𝐶𝑂2(𝑎𝑞) + 𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑠) + 𝐻2𝑂 ⇌ 𝐶𝑎
2+ + 2𝐻𝐶𝑂3
−
❖Se o 𝐶𝑂2(𝑔) se desprende da água, depósitos de carbonato de
cálcio são formados.
Cálcio na água
❖Os níveis de 𝐶𝑂2 na água determinam a extensão da
dissolução do carbonato de cálcio.
❖O 𝐶𝑂2 que a água consegue receber em equilíbrio com a
atmosfera não é suficiente para responder pelos níveis
de cálcio dissolvido em águas naturais.
❖A respiração dos microorganismos que degradam a
matéria orgânica é responsável pelos níveis elevados de
𝐶𝑂2 e 𝐻𝐶𝑂3
−
Cálcio na água
Exercícios
1) Se a alcalinidade total de uma amostra é de 1,00 × 10−3 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1, em
pH 7,0 quais espécies contribuem para a alcalinidade? Qual a
concentração de cada uma delas?
2) Se a alcalinidade total de uma amostra é de 1,00 × 10−3 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1, em
pH 10,0 quais espécies contribuem para a alcalinidade? Qual a
concentração de cada uma delas?
3) Defina o índice de dureza da água.
4) Escreva a semi reação balanceada para 𝑂2 quando a matéria
orgânica é oxidada.
5) Como a temperatura afeta a solubilidade de 𝑂2 na água.