Exercícios: Dureza da água e análise de águas

A «dureza» da água deve-se, essencialmente, aos iões cálcio e magnésio dissolvidos. Distingue-se a dureza temporária, causada pelos hidrogenocarbonatos, da dureza permanente, causada por sulfatos e cloretos. Quando uma água com dureza temporária é aquecida, ocorre a transformação traduzida pela equação

$$\mathrm{Ca(HCO_3)_2(aq) \longrightarrow CaCO_3(s) + CO_2(g) + H_2O(l)}$$

1. a) Indica os dois iões maioritariamente responsáveis pela dureza da água.
2. b) Explica, com base na equação apresentada, por que razão se formam depósitos de calcário (carbonato de cálcio) na resistência das chaleiras e das máquinas de café quando a água é aquecida.
3. c) Explica por que razão a dureza permanente não é eliminada por aquecimento, ao contrário da dureza temporária.
4. d) Os descalcificadores domésticos de permuta iónica trocam os iões cálcio e magnésio da água por iões sódio. Explica por que razão a água assim tratada deixa de formar incrustações.

Em Portugal, a qualidade da água da torneira é monitorizada pela ERSAR e, regra geral, a água é mais dura nas regiões de solos calcários do Centro e do Sul do que nas regiões graníticas do Norte. Um laboratório escolar analisou quatro amostras de água e determinou a concentração de iões cálcio em cada uma:

Amostra	Origem	$[\mathrm{Ca^{2+}}]$ ($\text{mol/dm}^3$)
A	torneira — Braga	$1,2\cdot10^{-4}$
B	torneira — Faro	$2,5\cdot10^{-3}$
C	água mineral engarrafada	$7,0\cdot10^{-4}$
D	poço — Évora	$1,5\cdot10^{-3}$

Admite que a dureza total se deve apenas aos iões cálcio e exprime-se em massa de carbonato de cálcio equivalente por $\text{dm}^3$, com $M(\mathrm{CaCO_3}) = 100,1\ \text{g/mol}$. A classificação usada no laboratório é a da figura.

1. a) Converte a concentração de iões cálcio de cada amostra para dureza total, em $\text{mg/dm}^3$ de $\mathrm{CaCO_3}$ equivalente.
2. b) Classifica cada uma das quatro amostras de acordo com a escala da figura.
3. c) Indica em qual das quatro localidades fará mais sentido instalar um descalcificador doméstico e justifica.

Uma forma de remover a dureza de uma água é adicionar carbonato de sódio, $\mathrm{Na_2CO_3}$ (conhecido por soda ou barrilha), que faz precipitar os iões cálcio como carbonato de cálcio. Numa aula laboratorial, tratou-se uma água dura com $[\mathrm{Ca^{2+}}] = 2,0\cdot10^{-3}\ \text{mol/dm}^3$ adicionando carbonato de sódio até a concentração de iões carbonato livres se manter em $1,0\cdot10^{-3}\ \text{mol/dm}^3$. O produto de solubilidade do carbonato de cálcio a 25 °C é $K_{ps} = 3,4\cdot10^{-9}$ e $M(\mathrm{CaCO_3}) = 100,1\ \text{g/mol}$.

1. a) Escreve a equação química da reação de precipitação do carbonato de cálcio.
2. b) Determina a concentração residual de iões cálcio na água tratada.
3. c) Determina a dureza inicial e a dureza final da água, em $\text{mg/dm}^3$ de $\mathrm{CaCO_3}$ equivalente, e comenta a eficácia do tratamento.