Dureza
Dependendo principalmente da concentração de certos sais dissolvidos na amostra, como por exemplo os carbonatos de sódio, de cálcio e de magnésio, estes de baixa solubilidade portanto instáveis e de outros sais como o sulfato de sódio, de cálcio e magnésio, nitrato e cloro, estes outros, altamente solúveis e bastante estáveis, as águas em geral podem ser classificadas, segundo a variável "dureza total", em águas "moles(brandas), moderadas, duras, ou muito duras".
A dureza total representa a presença de íons metálicos bivalentes, principalmente e em especial íons de cálcio-Ca2+ e magnésio-Mg2+. Água com dureza muito alta apresenta menor diversidade e presença do algas,(fitoplâncton).
A "dureza da água é composta por duas frações, a "fração instável" e a "fração estável" :
A "fração instável" quanto a "dureza da água" esta relacionada com a "baixa solubilidade" dos sais carbonatos (Ca, Mg, Na) na formação e presença dos bicarbonatos solúveis, esses últimos dependentes dos aspectos físicos da água, (volume, calor) ou da ação de substâncias alcalinas para formarem carbonatos insolúveis que se precipitam e decantam. Esta fração apresenta portanto valores temporais, apontando momentaneamente a capacidade de se formar e encontrar teores maiores ou menores dos bicarbonatos e dos possíveis teores presentes e a serem novamente formados de carbonatos e hidróxidos. Tal quadro, indica também o potencial de estabilidade do pH na amostra d'água, relacionado à concentração de bicarbonatos presentes, portanto da capacidade de tamponamento do meio aquático. É chamada também de "dureza temporária, ou de bicarbonatos, ou em carbonatos", assim:
Com os possíveis cloretos ou sulfatos- (CaCl2 / MgCl2 e CaSO4 / MgSO4) presentes em solução, tem-se a chamada "dureza permanente", representando a "fração relativamente estável" desses sais "altamente solúveis" contidos na amostra. Não depende de outras situações físicas do sistema, como o calor, p. ex., mas somente é influenciada pelas substâncias alcalinas possivelmente formados e presentes, como carbonato de sódio-Na2CO3, hidróxido de cálcio-Ca(OH)2, hidróxido de sódio-NaOH, etc.,... assim nas reações abaixo:
Obs.: a presença dos hidróxidos, aponta tendência maior para pHs cáusticos, mais alcalinos, mais corrosivos, mais básicos,
• também que:
a) duas amostras de água com durezas totais iguais podem ter p.ex. durezas temporárias e/ou permanentes diferentes, por terem diferentes composições de sais solúveis e/ou insolúveis.
b) uma mesma amostra com dureza total igual à dureza temporária, aponta maior tendência da relação bicarbonatos formados e carbonatos presentes, portanto do grau de capacidade de tamponamento do meio aquático. ,
c) a variável "dureza total", corresponde à soma dessas duas durezas, a instável (temporária) e a estável (permanente), em uma mesma amostra.
d) em amostra de água natural bruta, as variáveis dureza total, dureza temporária e a dureza permanente, são expressas em unidade de medida de mg CaCO3/l.
Obs.: Duas outras variáveis, ainda, quanto a dureza da água então provocada pelo teor de cálcio, (dureza cálcica) e/ou pelo teor de magnésio,(dureza de magnésio), não são corriqueiramente utilizadas em determinações com amostra de água bruta, (é mais requisitada para amostras de água mineral), mas certamente são muito úteis, principalmente, em regiões de solo calcário-dolomítico, onde se apresenta valor de dureza total bem mais elevado, (águas mais alcalinas).
Atenção: determina-se a "dureza total" , a "dureza cálcica" e a "dureza em magnésio", diferentemente para amostra de água natural bruta e para água mineral, através de metodologias próprias, com cálculos (molaridade), específicos, quando das determinações em laboratório. Obtém-se os valores para cada uma dessas durezas como: "dureza total, dureza temporária, dureza permanente, "teor de cálcio e o teor de magnésio" na amostra, , respeitando-se a "molaridade(*)" dos carbonatos, (para amostra de água bruta natural) e dos bicarbonatos, (na amostra com água mineral).
(*) deve-se multiplicar o resultado das análises, pelo "fator de ajuste" de cada variável, em questão, segundo o que determina a metodologia para análises em laboratório.
Calcula-se o "teor de magnésio" pela "diferença obtida" entre os valores para dureza total e dureza de cálcio, assim:
(*) - em água natural bruta determina-se a dureza total, a dureza de cálcio e a dureza de magnésio, expressando-se o resultado em carbonato-mg ...CO3/l, (mg CaCO3/l, mg CaCO3/l e mg MgCO3/l, respectivamente), ;
-já com amostra de água mineral, o resultado é expresso em bicarbonato-mg ...(HCO3)2/l, assim, mg Ca(HCO3)2/l, mg Ca(HCO3)2/l e mg Mg(HCO3)2/l.
(**) a utilização de descuidada metodologia, (cálculo) para esses dois tipos de amostra d'água, (natural bruta e mineral) acarreta resultados discrepantes em relação à dureza total, dureza de cálcio e ou de magnésio, devido à diferentes molaridades , (nº de mol), que se apresentam.
(***) no comercio especializado, encontramos kites de análises, com metodologias, especialmente desenvolvidas para determinação das durezas aqui descritas, em amostras d' água natural brut e/ou oriundas de atividades de criação de organismos aquáticos, em geral.
• Alcalinidade
# Outra variável é a "alcalinidade total" da água que representa à concentração total de bases, dependendo da presença de sais de ácidos fracos, carbonatos, em especial dos bicarbonatos em solução e hidróxidos, ocasionalmente dos silicatos e fosfatos, indicando na verdade a presença maior ou menor de sais dissolvidos ou não. Como vamos perceber no decorrer desse artigo, pode-se dizer, simplesmente, que a alcalinidade indica a presença de sais minerais dissolvidos na água, em microgramas por litro, (mg/l).
A "alcalinidade" da água caracteriza a capacidade maior/menor de neutralização dos ácidos, podendo se assemelhar à "dureza temporária" por representar também a "fração instável", ou seja o total de sais insolúveis ou de baixa solubilidade (carbonatos/hidróxidos) presentes, dependentes de certos aspectos físicos da água, como o e o volume . Por isso é que, as vezes, é chamada como "alcalinidade dos carbonatos", mesmo com valores diferentes, ou próximos, encontrados numa mesma amostra, para as duas variáveis, visto a "alcalinidade" apontar a presença de sais, não estáveis, pouco solúveis e insolúveis.
Como se percebe, a alcalinidade da água se deve à presença de sais de ácidos fracos ou de bases fracas ou fortes em solução, sendo os bicarbonatos representando a sua maior parte, já que estes são formados em quantidades consideráveis pela ação do gás carbônico com materiais básicos presentes no solo, assim:
# Três tipos de alcalinidade são encontrados em águas com íons específicos, assim temos: os hidróxidos de ...-OH-, os carbonatos de ...-CO3- e os bicarbonatos de ...-HCO3-, mas, na verdade, apenas dois tipos podem estar simultaneamente presentes numa mesma água, pois a reação dos hidróxidos mais os bicarbonatos forma sempre os carbonatos, ou seja, o íon bicarbonato age como se fosse um ácido fraco na presença de uma base forte, assim:
• A "alcalinidade total-AT" corresponde ao conjunto das duas frações ou tipos das "alcalinidades parciais-AP", possíveis de serem encontradas simultaneamente, em uma mesma amostra
• Quando uma amostra(*) apresentar-se com "pH 4,4 a 8,3", ela contém:
a) tendência a um maior gradiente da alcalinidade de bicarbonatos em relação aos possíveis ácidos presentes, sendo caracterizada como "sem a fração de alcalinidade parcial, (AP = ZERO). Indica "só a presença de bicarbonatos ou melhor ainda, com uma maior presença de bicarbonatos em relação aos ácidos presentes na amostra"; no caso, a amostra apresenta-se "sem as formas de hidróxidos, porém podendo-se ter frações da alcalinidade de carbonatos", (excesso), devido à presença de íons mais estáveis, (Na, P, etc.)". O início da transformação dos bicarbonatos em carbonatos ocorre em pH 7,8.
• Quando a amostra(*) apresentar "pH partindo de 8,3 até 9,4", indica conter:
a) fração da "alcalinidade de bicarbonatos" completada com a fração "de carbonatos", ( bicarbonatos + carbonatos);- cada uma dessas frações é caracterizada como de " alcalinidade parcial-AP" .
• Quando a amostra(*) apresentar-se com "pH maior que 9,4", ela indica poder conter:a) uma fração da "alcalinidade de carbonatos" mais a fração de "hidróxidos"; - cada uma dessas frações são caracterizadas como de " alcalinidade parcial-AP".
Vejamos: a chamada " alcalinidade parcial-AP" corresponde à presença conjunta da "fração bicarbonato", mais a "fração carbonato", em pH de 8,4 até 9,4 ou, em outro caso, quando de pH maior que 9,4 , na presença possível de duas outras frações, a de "carbonatos" mais a de "hidroxidas".
• Quando a "amostra"(*) só contém a forma de "alcalinidade de hidroxida", com um "pH bem alto ou muito alcalino, o valor de "alcalinidade parcial-AP" será "igual ao de alcalinidade total-AT", (AP = AT).
• (*) Quanto maior o pH, maior será a forma de hidróxido presente, até que somente se tenha tal forma. Águas alcalinas saturadas são de alcalinidade de hidroxida.
(*) amostra = porção de um todo; representativa de um local ou ponto amostrado em um dado instante.
Como se pode ver, são em faixas específicas de pH da amostra(*) dessas águas é que podem ser encontrados até os dois tipos ou frações de alcalinidade, assim:
Ou, pode-se ter uma idéia das frações presentes na alcalinidade total dessas águas, com tais espécies iônicas, assim:
Formas de alcalinidade (frações)
Alcalinidade de...
Hidróxidas
Carbonatos
Bicarbonatos
-
(*) alcalinidade total = AT - alcalinidade parcial = AP # Como vimos anteriormente, os carbonatos e os hidróxidos são insolúveis ou pouco solúveis na água, formando precipitados (hidróxidos) e sedimentados (carbonatos); já os bicarbonatos são solúveis. Então a alcalinidade da água se relaciona com a presença desses compostos. A unidade de medida é expressa em mgCaCO3/l, como a variável dureza total.
(*) em águas naturais brutas, normalmente a alcalinidade é identificada sob a forma de alcalinidade de bicarbonatos (pH de 4,4 a 8,3) e/ou de carbonatos, (pH até 9,4). Pode-se obter, separadamente, as alcalinidades, (total, em carbonatos e em bicarbonatos).
O encontro da forma de alcalinidade de hidróxidos ou hidroxida, (pH maior que 9,4), não é desejável por ser vinculada à alcalinidade cáustica;
(**) águas tamponadas apresentam estabilidade e formação proporcionalmente maior para bicarbonatos;
(***) a presença dos bicarbonatos começa a ocorrer com pH acima de 4,4 , e a sua transformação para carbonatos inicia-se em pH acima de 7,8; lembrar que são formados primeiro os carbonatos ácidos/bicarbonatos e depois os carbonatos neutros e...
(****) pH = ou <> indica a presença de ácidos fracos, lembrando que:(****) amostra de água mineral, o valor de alcalinidade é expresso em termos de bicarbonato de sódio-NaHCO3, respeitando-se o cálculo de molaridade, (fator de correção).
(***) no comercio especializado, encontramos kites de análises, com metodologias, especialmente desenvolvidas para determinação das alcalinidades aqui descritas, em amostras d' água natural brut e/ou oriundas de atividades de criação de organismos aquáticos, em geral.
• Relações entre a alcalinidade total e a dureza total
alcalinidade total menor que dureza total, significa conter dureza com os bicarbonatos (solúveis) e com os carbonatos (insolúveis)
alcalinidade total igual a dureza total, significa conter somente dureza com os carbonatos (insolúveis)
alcalinidade total maior que a dureza total, significa conter além da dureza com carbonatos de Ca/Mg, também um excesso de alcalinidade com a presença de bicarbonatos e carbonato de sódio e potássio.
Obs.: alguns metais como o ferro, o manganês, (em excesso) e o cobre, (raro em águas naturais), podem interferir nas determinações quanto a dureza total; nesses casos, cuidados próprios na aplicação das metodologias de análises devem ser observados.
