A Dureza e a Agressividade das Águas 27 de Março de 2007

Generalidades sobre a Dureza e a Agressividade das Águas A dureza e a agressividade das águas são parâmetros importantes para o utilizador: A dureza da água resulta da presença de catiões divalentes na água sendo os mais importantes: o Ca2+ e o Mg2+. A dureza está relacionada com a formação de incrustações (na maior parte CaCO3) ou com a precipitação de sabão. No entanto, uma eliminação completa de Ca2+ e Mg2+ também não seria vantajosa. A agressividade das águas pode ser relacionada com tendências para a corrosão dos materiais com que são postas em contacto.

A Importância do pH das Águas Relativamente ao pH da água em contacto com o corpo humano por ingestão ou contacto com a pele deve observar-se que embora fossem discutíveis alguns aspectos sensoriais o perigo para a saúde não é tão crítico. Alguns exemplos de valores pH: estômago até ~1; CocaCola 2,2; sumo de laranja 4. Relativamente à corrosão, os materiais metálicos continuam a ter importância em indústria bem como em uso doméstico embora esteja cada vez mais generalizado o uso de polímeros orgânicos.

Corrosão do Ferro (1de2) O ferro, na forma de aços, é um material muito importante. Na maior parte dos casos, a corrosão não pode ser evitada embora possa ser contrariada ou minimizada. Como exemplo, vai considerar-se a oxidação do ferro: O controlo do pH vai ser importante uma vez que as reacções de corrosão envolvem H+ (ou OH–) e facilmente se verifica que o pH baixo favorece a corrosão.

Corrosão do Ferro (2de2) Para o ferro, o pH=4,5 marca uma linha de divisão entre a corrosão rápida a pH baixo e lenta a pH neutro ou levemente alcalino. Para protecção (passivação) do metal ou outro material de tubagens há vários agentes químicos que têm sido utilizados: A formação de uma fina camada de carbonato de cálcio no interior das tubagens é muito conveniente para protecção e consegue-se controlando dureza e pH. Em indústrias (alimentação de água de caldeiras), são utilizados fosfatos para protecção anticorrosão.

Processamentos com “Cal” e “Soda” (1de2) O ião HCO3- (designado por hidrogenocarbonato ou bicarbonato) é geralmente o anião mais abundante nas águas naturais. No esquema apresentado para exemplificar o tratamento de águas, era feita adição de: Ca(OH)2 - hidróxido de cálcio (“cal apagada” era o nome tradicional). A propósito, pode referir-se que “cal viva” era a designação tradicional do óxido de cálcio (CaO) que, por reacção com água, forma o hidróxido de cálcio. Na2CO3 - carbonato de sódio cujo nome tradicional era “soda” (não confundir com a “soda cáustica”: NaOH).

Processamentos com “Cal” e “Soda” (2de2) Numa abordagem geral, podem indicar-se as vantagens deste tratamento: Permite fazer acerto de pH, estabelecendo um sistema tampão com pH próximo da neutralidade. Como as solubilidades de CaCO3 e de Mg(OH)2 em água são baixas, também vai permitir o controlo da dureza das água tratadas. É possível calcular as quantidades de cal e soda a usar nos tratamentos a partir do conhecimento das concentrações de Ca2+, Mg2+ e carbonato nas águas a tratar.

Equilíbrio Calco-carbónico (1de2) O dióxido de carbono existe na atmosfera em pequena percentagem, o cálcio é abundante na Terra e o calcário (carbonato de cálcio) é uma rocha abundante. No equilíbrio calco-carbónico há reacções que podem ocorrer entre (até) 3 fases: gasosa: CO2 líquida (solução aquosa): CO2 , H2CO3, HCO3–, CO32– sólida: CaCO3. A possibilidade de ocorrer deposição de CaCO3 pode ser discutida em termos de produto de solubilidade: (Ca2+)×(CO32–) > Ks0

Equilíbrio Calco-carbónico (2de2) O equilíbrio calco-carbónico pode ser descrito pelo conjunto das reacções representadas pelas equações químicas (valores das constantes a 10°C): CO2 + H2O H2CO3 -logK= pK = 1,5 H2CO3 H++ HCO3- pK = 6,3 CO2 + H2O H++ HCO3- pK = 6,5 HCO3- H++ CO32- pK = 10,3 Ca2+ + CO32- CaCO3(sólido) pK = 8,15

Dureza da Água: Unidades de Medida e Classificação A dureza da água corresponde ao conteúdo em cálcio e magnésio. A soma das concentrações de cálcio e magnésio é a dureza total e que pode ser expressa em: mg de CaCO3/L no mundo anglo-saxónico Graus franceses (1°F= 10mg CaCO3/L) 1mg Ca/L  2,5mg CaCO3/L = 0,25°F 1mg Mg/L  4,2mg CaCO3/L = 0,42°F. Classificação de águas atendendo à dureza: Águas macias para dureza total<100 mg de CaCO3/L Águas duras para dureza total >400 mg de CaCO3/L.

Águas Incrustantes ou Agressivas As águas Incrustantes são as que mostram tendência para depositar carbonato de cálcio. As águas Agressivas são as que mostram tendência para dissolver CaCO3. Será interessante conseguir uma situação de “equilíbrio” em que não há tendência para depositar ou dissolver CaCO3. Só um diagrama tridimensional permite visualizar estas situações que são condicionadas pelos valores pH, Ca2+ (dureza) e concentração de carbonato (alcalinidade).

Índices de Saturação de CaCO3 (1de2) Há índices que podem ser utilizados para se avaliar estas tendências para depositar/dissolver CaCO3 e estes índices podem ser úteis para programar o tratamento de águas. O índice de saturação (de Langelier) SI é definido como a diferença entre o pH da água e o pH correspondente à saturação de CaCO3 para essa água: águas incrustantes correspondem a SI>0 e águas agressivas têm SI<0. Hallopeau prosseguiu o trabalho de Langelier calculando o valor de CO2 livre.

Índices de Saturação de CaCO3 (2de2) Para cada tipo de água, existe uma concentração de CO2 abaixo da qual começa a precipitar CaCO3 (concentração de “equilíbrio”) o que permite classificar as águas em: Incrustantes para concentrações de CO2 inferiores. Agressivas para concentrações de CO2 superiores. A desgaseificação da água ou um aumento de temperatura que liberte parte do CO2 dissolvido pode provocar precipitação de carbonato de cálcio. As regras de protecção pelo CaCO3 podem ter excepções devidas a numerosos factores.