(Fuvest 2016) Águas que apresentam alta concentração de íons Ca2+ ou Mg2+ dissolvidos são chamadas de "águas duras". Se a concentração total desses íons for superior a 100 mg/L, tais águas não podem ser utilizadas em tubulações de máquinas industriais, devido à obstrução dos tubos causada pela formação de sais insolúveis contendo esses íons. Um químico deverá analisar a água de uma fonte, isenta de íons Mg2+, mas contendo íons Ca2+, para verificar se é adequada para uso em uma indústria. Para tal, uma amostra de 200 mL de água dessa fonte foi misturada com uma solução de carbonato de sódio (Na2CO3), em quantidade suficiente para haver reação completa. O sólido formado foi cuidadosamente separado, seco e pesado. A massa obtida foi 0,060 g.
a) Escreva a equação química, na forma iônica, que representa a formação do sólido.
b) A água analisada é adequada para uso industrial? Justifique, mostrando os cálculos.
Note e adote: massas molares (g/mol): C = 12; O = 16; Na = 23; Ca = 40.
Utilize a tabela periódica para calcular as massas molares quando necessário.
Resolução
Item a: equação química
O carbonato de sódio (Na2CO3) é solúvel em água, logo se dissocia em íons Na+ e CO32−. Os íons CO32− formam com os íons Ca2+ um sal insolúvel, o carbonato de cálcio (CaCO3). Os íons Na+ não participam da reação, por isso ficam fora da equação na forma iônica:
Ca2+(aq) + CO32−(aq) → CaCO3(s)
Item b: a concentração de Ca2+ na água
Segundo o enunciado, a água não pode ser usada se a concentração de Ca2+ for maior que 100 mg/L.
Primeiro calculamos a massa molar do sólido formado, o carbonato de cálcio, com as massas molares do enunciado:
Pela equação do item a, 1 mol de Ca2+ forma 1 mol de CaCO3. Com as massas molares (40 g/mol para o Ca2+ e 100 g/mol para o CaCO3), uma regra de três dá a massa de Ca2+ que havia na amostra:
Esses 24 mg estavam em 200 mL (0,2 L) de água. Dividindo a massa pelo volume, obtemos a concentração:
Portanto, a água não é adequada para uso industrial, pois a concentração de Ca2+ (120 mg/L) é maior que o limite de 100 mg/L.