Química Geral 2003/2004 Eng. Biomédica

Trabalho 3 – pH de águas naturais

Turma 21101 – 1º Turno

Grupo 1 Data: 18/05/2003

Número Nome 54218 Artur Vilão Santos Ferreira 54222 Bruno Miguel Gil Rosa 54217 João Renato Kavamoto Fayad

Resumo

Inicialmente calibrámos o aparelho para medir o pH usando uns tampões de pH conhecido.

Com este já devidamente calibrado, medimos o pH de 3 águas comerciais de diferentes marcas – Luso, Monchique e Pedras - e verificámos que estes eram diferentes uns dos outros, devido às diferentes mineralizações.

Seguidamente, aquecemos uma das águas (Água das Pedras) e medimos novamente o pH depois desta arrefecer (verificou-se que ocorreu precipitado). Depois, medimos o pH de uma amostra de água do Luso previamente submetida ao contacto com pedras calcárias (para simular a passagem da água por um ambiente calcário, ou seja, para aumentar a concentração do ião CO3

2- na água). Depois destas medições, verificamos que se alterássemos a concentração de CO3

2- (simulação da passagem por ambiente calcário) e CO2 (aquecimento) o pH das águas também se alterava. Objectivo

Os objectivos deste trabalho são estudar a composição das águas com que diariamente contactamos e saber prever qualitativamente, com base no conceito de equilíbrio químico, o pH das mesmas e confirmá-lo experimentalmente e ainda, verificar as alterações nesse mesmo equilíbrio com a alteração das condições de experimentação – temperatura e concentrações de iões. Resultados

Água pH inicial pH final

Luso 5.53 (T=20.8ºC) 6.10 (T=20.7ºC)

Pedras 5.88 (T=20.0ºC) 8.24 (T=28.0ºC)

Monchique 8.66 (T=20,8ºC)

Discussão

(1) CO2 (g) + H2O (l) ↔ H2CO3 (aq) k = 1.0×10-2.8

(2) 2 H2O (l) ↔ OH- (aq) + H3O+ (aq) kw = 1.0×10-14

(3) H2O (l) + H2CO3 ↔ H3O+ (aq) + HCO3- (aq) ka1 = 4.2×10-7

(4) HCO3- (aq) + H2O (l) ↔ CO3

2- (aq) + H3O+ (aq) ka2 = 5.0×10-11

(5) CaCO3 (aq) ↔ Ca2+(aq)

+ CO32-

(aq) Com base nos equilíbrios acima, vai-se procurar explicar os valores de pH obtidos experimentalmente: Água do Luso:

Proveniente de uma região granítica (centro/norte de Portugal), a sua

concentração em minerais pouco solúveis em água e a presença de uma pequena concentração de CO2 da atmosfera, vai fazer com que o equilíbrio (1) evolua no sentido directo e, consequentemente, o equilíbrio (3) também evolui no sentido directo, aumentando a concentração de H3O+ e, assim, diminuindo o pH em relação ao valor neutro, o que lhe confere um carácter ligeiramente ácido (pH ≈ 5.53).

Com o contacto com as pedras calcárias (e consequente aumento da concentração do ião CO3

2- na mistura), vai-se alterar o equilíbrio químico (4) que evolui no sentido inverso, de modo a contrariar a alteração induzida, e a concentração de H3O+ diminui e, consequentemente, o pH aumenta em relação à água “pura” (pH = - log [H3O+ ]) – equilíbrio (2).

Água do Monchique: Proveniente de uma região calcária (sul de Portugal) onde existe uma grande concentração de CaCO3, que se dissocia segundo a equação (5) originando a elevada concentração em iões CO3

2- que vai ser determinante no carácter ligeiramente básico que esta água apresenta, na medida em que ao fazer evoluir o equilíbrio (4) no sentido inverso e diminuir consequentemente a concentração de H3O+ fazendo assim aumentar o pH (pH = 8.66). Água das Pedras:

Sendo esta água gasosa, apresenta uma elevada concentração de CO2 na sua

constituição, fazendo evoluir o equilíbrio (1) e consequentemente (3) no sentido directo, aumentando assim a concentração de H3O+ o que contribui para o carácter ligeiramente ácido desta (o pH diminui).

No entanto, a água das Pedras apresenta uma grande concentração em iões HCO3

-, o que implica que depois do aquecimento e agitação (libertação de CO2) o pH aumente, devido aos mesmos motivos acima explicados para a água do Monchique.

Este facto resulta num abaixamento do pH para a água das Pedras depois do aquecimento, visto que a concentração de CO2 prevalece sobre a de HCO3

-.

Conclusão

Devido ao facto da previsão teórica explicada na Discussão coincidir com a medição experimental do pH de várias águas, pudemos concluir com este trabalho que o valor do pH das águas naturais é influenciado de certa forma pela concentração dos seus constituintes mas também do meio que as rodeiam. Assim, e nomeadamente neste trabalho, vimos que o composto CO2, existente na atmosfera, contribui para o carácter ácido das águas (conclusão baseada no aquecimento da água das Pedras) enquanto que o ião CO3

2-, existente nas zonas calcárias confere um carácter básico (conclusão derivada do facto da subida de pH aquando da passagem da água do Luso por calcário). Também pudemos ver, como já referido em cima, que a concentração de CO2 prevalece sobre a de HCO3

-. Podemos concluir também que o pH da água “pura” não é sempre 7, como se

ouve frequentemente dizer, e que este depende de vários factores, entre os quais a temperatura e a presença de alguns sais dissolvidos na água (alguns provenientes do ambiente). Assim há que ter em conta que o pH=7 só é neutro para 25ºC. As medições experimentais foram realizadas com temperaturas a rondar os 20ºC, excepto na medição do pH final da água das Pedras, pelo que não se registam grandes diferenças (para esta temperatura o pH é neutro a 7,08).