Cálcio ocorre naturalmente na água. A água do mar contém aproximadamente 400 ppm de cálcio. Uma das principais razões para a abundância de cálcio na água é a sua ocorrência natural na crosta terrestre. O cálcio é também um constituinte do coral. Os rios geralmente contêm 1-2 ppm de cálcio, mas em áreas de calcário os rios podem conter concentrações de cálcio tão altas quanto 100 ppm.
Exemplos de concentrações de cálcio em organismos aquáticos: luctuca de algas 800-6500 ppm (massa úmida), ostras aproximadamente 1500 ppm (massa seca).
Numa solução aquosa o cálcio está presente principalmente como Ca2+ (aq), mas também pode ocorrer como CaOH+ (aq) ou Ca(OH)2 (aq), ou como CaSO4 na água do mar.
Cálcio é um importante determinante do arnês de água, e também funciona como estabilizador de pH, devido às suas qualidades tampão. O cálcio também dá à água um melhor sabor.
Em que forma e de que forma o cálcio reage com a água?
Contrário ao magnésio colocado directamente acima do cálcio no gráfico periódico, o cálcio elementar reage com a água à temperatura ambiente, de acordo com o seguinte mecanismo de reacção:
Ca (s) + 2H2O (g) -> Ca(OH)2 (aq) + H2 (g)
Esta reacção forma hidróxido de cálcio que se dissolve na água como uma soda, e hidrogénio gasoso.
Outros importantes mecanismos de reacção do cálcio são as reacções de erosão. Estas geralmente ocorrem quando o dióxido de carbono está presente. Em condições normais, o carbonato de cálcio é insolúvel em água. Quando o dióxido de carbono está presente, o ácido carbônico afeta os compostos de cálcio.
Solubilidade do cálcio e dos compostos de cálcio
Cálcio elementar reage com a água. Os compostos de cálcio são mais ou menos solúveis em água. O carbonato de cálcio tem uma solubilidade de 14 mg/L, que é multiplicado por um factor cinco na presença de dióxido de carbono. A solubilidade do fosfato de cálcio é de 20 mg/L, e a do fluoreto de cálcio é de 16 mg/L. A solubilidade do cromato de cálcio é de 170 g/L, e a 0oC a solubilidade do hipoclorato de cálcio é de 218 g/L. A solubilidade de outros compostos de cálcio encontra-se entre os níveis destes exemplos, por exemplo arseniato de cálcio 140 mg/L, hidróxido de cálcio 1,3 g/L e sulfato de cálcio 2,7-8,8 g/L.
Por que está o cálcio presente na água?
Cálcio está naturalmente presente na água. Pode dissolver-se em rochas como calcário, mármore, calcita, dolomite, gesso, fluorite e apatite. O cálcio é um determinante da dureza da água, porque pode ser encontrado na água como iões Ca2+. O magnésio é o outro determinante da dureza.
Cálcio está presente em vários materiais de construção, tais como cimento, cal de tijolo e betão. Está presente em baterias, e é aplicado em gesso como sulfato de cálcio. O metal é aplicado na produção de zircónio e tório. Na indústria do aço, o cálcio é aplicado como mata-borrão, e é adicionado ao alumínio, cobre e ligas de chumbo. O cálcio pode extrair dióxido de enxofre do escape industrial, e neutralizar os ácidos sulfúricos antes da descarga. Outros exemplos de aplicações do cálcio são o hipocloreto de cálcio como lixívia e para desinfecção, fosfato de cálcio em indústrias de vidro e porcelana, polissulfeto e hidróxido de cálcio como floculante no tratamento de águas residuais, e flúor de cálcio como agente de turbidez em indústrias de esmalte, em espectroscopia UV, e como matéria-prima para a produção de ácidos fluidos. O cálcio também pode ser aplicado para remoção de carbono e enxofre do ferro e ligas de ferro, e para desaguamento de óleo. O calcário é aplicado como enchimento de papel, fazendo com que o papel fique mais branco, e nos plásticos para melhorar a estabilidade.
Cálcio muitas vezes afecta positivamente a qualidade do solo e vários compostos são aplicados como fertilizante. Por exemplo, as soluções CaCl2- ou Ca(NO)3 são aplicadas na horticultura. O óxido de cálcio é um moluscicida desidratante.
Quais são os efeitos ambientais do cálcio na água?
Cálcio é um requisito dietético para todos os organismos, com excepção de alguns insectos e bactérias. O carbonato de cálcio é uma pedra de construção dos esqueletos da maioria dos organismos marinhos, e lentes oculares. O fosfato de cálcio é necessário para a estrutura óssea e a estrutura dentária dos organismos terrestres. As plantas contêm principalmente oxalato de cálcio. O armazenamento de cálcio nas plantas é cerca de 1% da massa seca.
Cálcio é largamente responsável pela dureza da água, e pode influenciar negativamente a toxicidade de outros compostos. Elementos como o cobre, chumbo e zinco são muito mais tóxicos em água mole.
Em solos calcários, o cálcio pode imobilizar o ferro. Isto pode causar escassez de ferro, mesmo quando muito ferro está presente no solo.
A dureza da água influencia os organismos aquáticos no que diz respeito à toxicidade dos metais. Em solos mais macios a permeabilidade da membrana da água nas brânquias é aumentada. O cálcio também compete com outros íons por manchas de ligação nas brânquias. Consequentemente, a água dura protege melhor os peixes da absorção directa de metais. Valores de pH de 4,5-4,9 podem prejudicar os ovos de salmão e salmões cultivados, quando o teor de cálcio, sódio e cloro é baixo.
Vários compostos de cálcio podem ser tóxicos. O LD50 de ratos para arsenito de cálcio é de 20 mg/ kg de peso corporal. O carboneto de cálcio forma etino inflamável quando em contato com a água e, portanto, é considerado perigoso.
Alguns efeitos ambientais da dureza da água incluem o endurecimento de equipamentos domésticos, pois altas temperaturas causam dureza carbonatada. Isto pode diminuir drasticamente a vida útil dos equipamentos, e causar um aumento do lixo doméstico. O carbonato de cálcio interage com detergentes e agentes de limpeza. A formação complexa causa uma diminuição na eficiência do detergente, resultando na necessidade de uma maior aplicação de detergente e na compra de amaciadores (ver também magnésio e água).
O endurecimento é frequentemente realizado por meio de permutadores de íons. Estes devem ser regenerados com sal de cozinha, e portanto sobrecarregar as águas residuais.
Existem seis isótopos estáveis de cálcio. Hoje, conhecemos oito isótopos instáveis de cálcio. 45Ca é altamente radioativo e tóxico.
Quais são os efeitos do cálcio na saúde da água?
Cálcio é um mineral dietético que está presente no corpo humano em quantidades de cerca de 1,2 kg. Nenhum outro elemento é mais abundante no corpo. O fosfato de cálcio é uma substância de suporte, e causa o crescimento dos ossos e dos dentes, juntamente com a vitamina D. O cálcio também está presente no tecido muscular e no sangue. É necessário para o desenvolvimento da membrana celular e divisão celular, e é parcialmente responsável pelas contracções musculares e pela coagulação do sangue. O cálcio regula a atividade da membrana, auxilia na transferência do impulso nervoso e na liberação hormonal, estabiliza o pH do corpo e é uma parte essencial da concepção. A fim de estimular estas funções corporais é recomendada uma ingestão diária de cerca de 1000 mg de cálcio para adultos. Isto pode ser conseguido através do consumo de lacticínios, grãos e vegetais verdes.
O carbonato de cálcio funciona como um remédio ácido estomacal e pode ser aplicado para resolver falhas digestivas. O lactato de cálcio pode ajudar o organismo durante períodos de carência de cálcio, e o cloreto de cálcio é um diurético.
A água dura pode ajudar a fortalecer os ossos e os dentes devido à sua alta concentração de cálcio. Também pode diminuir o risco de problemas cardíacos. A dureza da água para beber deve estar acima de 8,4 odH. O carbonato de cálcio tem um efeito positivo nos tubos de água com chumbo, porque forma um revestimento protector de chumbo(II)carbonato. Isto evita que o chumbo se dissolva na água potável, e assim evita que entre no corpo humano.
Quando se consome grandes quantidades de cálcio, isto pode influenciar negativamente a saúde humana. A dose letal de absorção oral é de cerca de 5-50 mg/ kg de peso corporal. O cálcio metálico corrói a pele quando entra em contacto com a pele, olhos e mucosas.
Que tecnologias de purificação da água podem ser aplicadas para remover o cálcio da água?
Remover os iões de cálcio e magnésio da água é realizado por amaciadores de água. Estes são permutadores de iões que normalmente contêm iões Na+, que são libertados e substituídos por iões Ca2+ e Mg2+.
Os compostos de cálcio podem ser aplicados para o tratamento de águas residuais. O pH e a dureza da água potável podem ser alterados por meio de carbonato de cálcio e hidróxido de cálcio.
Literatura e os outros elementos e sua interação com a água