pH_alcalinidade_dureza_CO2

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pH
pH (potencial hidrogeniônico): logaritmo negativo da 
concentração do íon hidrogênio, pelo qual se expressa a acidez 
ou alcalinidade de um líquido.
Teoria de Arrhenius (1887) sobre a ionização da água
H2O + H2O ↔ H3O+ + OH-
H2O ↔ H+ + OH- (hidrólise)
[H+] = [OH-] → Reação de equilíbrio = neutralidade
[H+] ou [OH-] = 10-7 mol/litro ou 0,0000001 mol/litro
Se [H+] = 10-7 ⇒ -log [10-7] = 7 (pH neutro)
[H+] = 10-1 ⇒ -log [10-1] = 1 (pH ácido)
[H+] = 10-14 ⇒ -log [10-14] = 14 (pH básico)
Determinação de pH
Uma das medições mais fáceis, porém difícil de obter medidas acuradas
Métodos
1. Colorimétrico – uso de indicadores
2. Eletrométrico ou potenciométrico – uso de medidores de pH ou 
peagâmetros
1. Colorimétrico – soluções ou papel de tornasol
• Uso de compostos orgânicos que alteram a cor segundo o pH da 
solução à qual são adicionados. 
• Obtenção de séries de padrões coloridos e determinação por 
comparação com a escala de cores. Indicadores com faixas limitadas 
de pH. 
• Menos precisos e inconvenientes que medidas eletrométricas. 
• Mais caros se forem feitas diversas medições. 
• Inadequado para águas com reduzida capacidade de tamponamento 
ou contendo material colorido como compostos orgânicos 
dissolvidos.
2. Potenciométrico - pHmetros
• Potenciômetro ligado a dois eletrodos ou um eletrodo combinado
eletrodo de vidro – selado, parte sensível no fundo
o potencial depende de [H+] na água e na solução eletrolítica –
59,16mV por unidade de pH – necessário tempo para estabelecer o 
equilíbrio da camada da membrana com a água
eletrodo de referência – canal 
poroso próximo ao fundo
O eletrólito flui pelo orifício –
necessidade de reposição 
periódica
eletrodo de vidro identifica 
íons H+ e o de referência libera 
um fluxo constante de KCl –
medição depende da 
temperatura e da pressão.
Eletrodos combinados – eletrodos de vidro e referência num único sensor 
– mais caros, mais convenientes, menos perturbação da amostra.
Manutenção em água - se seco, hidratação em água por 24 horas
Limpeza com imersão em água quente ou enxágüe em HCl 0,1 N por 1 
hora ou imersão em ácido hidrofuorídrico 2% por alguns segundos e 
enxágüe imediato com água , e então, HCl 0,1 N para remover traços 
de fluoretos. 
Antes do uso, padronização com solução pH 7 e em seguida pH 4. 
Enxaguar bem com água destilada. Fazer a medição rapidamente, 
devido às trocas de CO2 com a atmosfera – alteração do pH. 
4 5 6 7 8 9
Al3+, Fe3+, H+ Ca2+, OH-
Fosfato
Concentração
pH
Máxima 
disponibilidade
pH letal
Pouco crescimento
Faixa ótima de 
produção
Diminuição do 
crescimento
Pára a reprodução
pH letalSuco de laranja
Suco gástrico
Ácido muriático
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
BÁSICO (OH-)
ÁCIDO (H+)
Soda cáustica
Amoníaco
Água pura
Cerveja
Refrigerante
CO2
6H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2↑ (fotossíntese)
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O (respiração)
CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3- + H2 + CO3-2
(ácido carbônico) (íon bicarbonato) (íon carbonato)
Proporções (%) de CO2, HCO3- e CO3-2 da água em
função de diferentes valores de pH (Fonte: Wetzel, 1975)
-----------------------------------------------------------------------------------
pH CO2 total HCO3- CO3-2
livre (bicarbonato) (carbonato)
-----------------------------------------------------------------------------------
4 0,996 0,004 1,25 x 10-9
5 0,962 0,038 1,20 x 10-7
6 0,725 0,275 0,91 x 10-5
7 0,208 0,792 2,60 x 10-4
8 0,025 0,972 3,20 x 10-3
9 0,003 0,966 0,031
10 0,0002 0,757 0,243
----------------------------------------------------------------------------------
Solubilidade do CO2 na água pura a diferentes temperaturas 
(Hutchinson, 1957).
oC mg/L@ oC mg/L
0 1,10 20 0,56
5 0,91 25 0,48
10 0,76 30 0,42
15 0,65
@Para uma concentração atmosférica de dióxido de carbono de 0,033%
CO2 + H2O → H2CO3
pH = ácido
Via físico-química
(hidrólise do CO2)
06 12 18 24 06 12 18 24
8.0
8.5
9.0
7.5
9.5
pH
HCO3- + H2O → H2O + CO2 + OH-
pH = básico
Via biológica
(hidrólise do bicarbonato)
CO2
> CO2 ⇒ < pH sanguíneo
(Hipercapnia)
Aumento do fluxo de 
água branquial
Diminuição da freqüência de muda e 
redução da taxa de crescimento
ALCALINIDADE
A alcalinidade de um líquido corresponde ao somatório das 
bases tituláveis presentes, capazes de neutralizar os cátions de 
hidrogênio – CNA – capacidade de neutralização de ácidos, 
como HCl, H2SO4 e HNO3.
A alcalinidade total de um determinado líquido depende da 
presença de substâncias dissolvidas que podem aceitar e 
neutalizar prótons, como bicarbonatos (HCO3-), carbonatos (CO3 
-2), hidróxidos (OH-) – desprezíveis, exceto sob pH extremamente 
elevados -; silicatos, fosfatos e sulfetos – normalmente em 
quantidades-traço – e carbono orgânico dissolvido – presença 
de ânions orgânicos. Porém, na maioria dos casos, os 
carbonatos e bicarbonatos são os responsáveis pela 
alcalinidade da água.
Os níveis de alcalinidade variam de 5 a 500 mg/l de CaCO3.
A alcalinidade de um líquido determina seu poder “buffer”.
6,3 10,38,3
Alcalinidade total, alcalinidade de carbonatos, alcalinidade de 
reserva, bases tituláveis e capacidade de neutralização de 
ácidos têm sido empregados para expressar a quantidade total 
de bases que podem ser tituladas com uma solução padrão de 
ácido forte, e.g. H2SO4 0,1N. 
Atualmente, diversos métodos são empregados, dependendo 
das condições e do grau de precisão desejado.
Métodos de determinação
1. Método de titulação de Gran – mais preciso
Baseia-se no incremento de uma solução padrão de ácido 
usada para titular uma amostra, em conformidade com sua 
variação de pH.
2. Uso de indicadores coloridos
Mais comumente empregado por químicos aquáticos
Métodos típico – coloração rosa claro do indicador de metil
orange [pH aproximadamente igual a 4,25].
Substituição pelo uso de indicador misto de verde bromocresol e 
vermelho metila - ponto final mais preciso e menos duvidoso. O 
termo alcalinidade total é empregado para expressar aquela 
alcalinidade medida com indicadores de cor, expressa 
frequentemente em termos de mg CaCO3/L – composto 
usualmente empregado no tratamento de água e águas residuais.
Outras unidades: μeq/L = 20 μeq/mgCaCO3 X mg CaCO3/L
Alcalinidade da fenoftaleína é usada para expressar a porção da 
alcalinidade resultante de íons hidróxido e carbonato. O 
indicador fenoftaleína muda de rosa para claro, com o 
rebaixamento do pH a 8,3, quando todo carbonato é convertido a 
bicarbonato.
FORMAS DE ALCALINIDADE
Carbonatos – CO32- - presente quando a alcalinidade de fenoftaleína for 
diferente de zero, porém menor que a alcalinidade total.
Hidróxidos – OH- - presente se a alcalinidade de fenoftaleína for maior que 
a metade da alcalinidade total.
Bicarbonatos – HCO3- - presente se a alcalinidade da fenoftaleína for 
menor que a metade da alcalinidade total.
Para calcular cada fração adotar P para a alcalinidade da fenoftaleína e T 
para a alcalinidade total, sendo:
A alcalinidade de carbonato = 2 vezes o menor valor de P ou (T – P)
Se o menor valor for P, a alcalinidade de bicarbonato = (2P – T)
Quando o menor valor for (T – P), a alcalinidade de hidróxidos é = (2P – T)
Todos os resultados são expressos como CaCO3.
Relações da alcalinidade*.
Resultado 
da titulação
Alcalinidade de 
hidróxido como 
CaCO3
Alcalinidade de 
carbonatos 
como CaCO3
Alcalinidade de 
bicarbonatos como 
CaCO3
P = 0 0 0 T
P < ½ T 0 2 P T – 2 P
P = ½ T 0 2 P 0
P > ½ T 2 P - T 2 (T – P) 0
P = T T 0 0
*P = alcalinidade da fenoftaleína; T = alcalinidade total
CARBONO INORGÂNICO DISSOLVIDO
Carbono inorgânico dissolvido (CID) na água é a soma de todo o carbono 
presente como CO2, H2CO3, HCO3- e CO32-. Importante na avaliação do total 
de carbono disponível para a fotossíntese.
CID em água doce pode ser estimado a partir da medição da alcalinidade e 
do pH, como:
CID = [[Alc.] – [OH-] + [H+]]/[α1 + 2α2]
Abaixo de pH = 8,3, a equação pode ser simplificada para:CID = [[Alc.] – [OH-] + [H+]] [(H+/10-6,3)+1]
Estimativa de CID
C disponível = (alcalinidade total) X (fator de pH da Tabela)
= (alcalinidade total – alcalinidade da fenoftaleína, se 
presente) X (0,240)
= mg C/L
Fatores para a 
conversão de 
alcalinidade total 
para mg C/L em 
função do pH e da 
temperatura da água.
Fonte: Wetzel & Likens, 2000
9,0
8,0
7,0
06:00 12:00 18:00 24:00 06:00
pH
Hora
Oscilações do pH em viveiros de cultivo em função 
da alcalinidade da água (Boyd, 1995).
Baixa alcalinidade (<20 mg/L)
Alcalinidade moderada 
(50 - 120 mg/l)
H2CO3 ↔ H+ + CO3H-
doador de H+ receptor de OH- e H+
DUREZA
A dureza da água é causada por sua concentração de cátions 
polivalentes, principalmente cálcio e magnésio, que tendem a 
precipitar sabão. Deve-se, principalmente, à quantidade de 
carbonato de cálcio (CaCO3) e de magnésio (MgCO3) presentes.
Variável de pouco interesse limnológico, frequentemente medida 
por engenheiros sanitaristas. Comumente medida e ajustada em 
sistemas de tratamento de água, sendo usualmente expressa em 
termos de mg CaCO3/L.
Pode ser computada a partir de concentrações conhecidas de 
cálcio e magnésio. Se outros cátions produtores de dureza 
estiverem presentes em quantidades significativas, suas 
concentrações devem ser medidas e incluídas no cálculo.
A concentração (mg/L) de cada cátion produtor de dureza deve 
ser multiplicado por um fator apropriado para obter-se a 
concentração equivalente de carbonato de cálcio.
Dureza equivalente de CaCO3 (mg/L) = [cátion, mg/L] X fator
Cátion Fator
Ca 2,497
Mg 4,116
Fe 1,792
Mn 1,822
Al 5,564
Sr 1,142
Zn 1,531
Fatores para estimar a dureza da 
água a partir da concentração de 
cátions.
É comumente considerado que a água contém dureza de carbonatos e 
bicarbonatos.
A parte da dureza total quimicamente equivalente à alcalinidade total é
chamada de dureza de carbonatos.
Se a alcalinidade total < dureza total - a dureza de carbonatos = 
alcalinidade total
Se a alcalinidade total ≥ dureza total – a dureza de carbonatos = dureza 
total
Se a alcalinidade total > dureza total – parte do carbonato e bicarbonato 
estão associados a sódio e potássio, ao invés de cálcio e magnésio.
Assim, se a dureza total > alcalinidade total – parte do cálcio e 
magnésio estão associados a outros ânions, além de bicarbonato e 
carbonato.
Uma água dura não necessariamente possui uma elevada alcalinidade, já
que seus elementos constituintes não se encontram ionizados para
neutralizar ácidos ou bases.
Classificação da água segundo a dureza, 
conforme engenheiros sanitaristas. 
0 - 75 mg/litro branda
75 - 150 mg/litro moderadamente dura
150 - 300 mg/litro dura
300 o mais mg/litro extremamente dura
Água para cultivo de peixes necessita conter quantidades de cálcio e 
magnésio, mas tais quantidades são usualmente satisfatórias quando a 
dureza total é superior a 20 mg/L. 
Águas com elevada alcalinidade total e baixa dureza total podem 
apresentar problemas de pH elevado durante períodos de rápido 
crescimento algal.
Alcalinidade total e dureza total da água de diferentes tipos de solos.
Tipo de água Alcalinidade total 
(mg/L)
Dureza total
(mg/L)
Viveiro em solo 
arenoso
13,2 12,9
Viveiro em solo 
ácido, argiloso
11,6 12,3
Viveiro em solo 
calcáreo
51,1 55,5
Viveiro preenchido 
com água de poço, 
mole e alcalina
93,0 15,1
Viveiro em região 
árida
346 708
Efeitos do pH e da alcalinidade
pH < 5 – baixa sobrevivência para peixes
5 < pH < 6 – sobrevivência com baixo crescimento e restrição na 
reprodução
Viveiros com pH satisfatório, mas alcalinidade baixa e sedimento ácido
Fertilização inorgânica insatisfatória
Alcalinidade com insuficiente concentração de carbono para a fotossíntese 
+ fosfato do fertilizante aprisionado ao sedimento
Se o fitoplâncton desenvolve-se, elevação de pH a níveis elevados –
remoção de CO2 pelas algas.
NECESSIDADE DE ELEVAÇÃO DAS RESERVAS ALCALINAS
CALAGEM