Águas tamponadas
As águas da Serra da Bodoquena/MS
Parte XIX (a) – Série ÁGUA

Helcias Bernardo de Pádua - C.F.Bio:00683.01/D  -
tel.:011-9568.0621 - helcias@portalbonito.com.br  -junho./2005

Tamponamento, o que é?

O tamponamento é uma série de espécies químicas em solução que resiste a mudança de pH quando são adicionados à solução tanto em uma base (hidroxila OH-), quanto em um ácido(íon H+).

Tais espécies químicas, (solução tampão), mantém o pH quase constante pois agem como um reservatório de H+,(íon hidrogênio), doando-os à solução quando essa concentração (íon H+ ) cai, retirando-se da solução quando a concentração desse íon H+ , subir.

O sistema de tamponamento envolve uma base e um ácido em concentração relativamente alta e equilíbrio entre um e outro. Atenção: a base atua com absorvedora de íon H+ e o ácido como doador também do íon H+.

Quando este equilíbrio é perturbado pela adição na água de íon hidrogênio- H+ ou íon hdroxila-OH-, o ácido e a base alteram suas concentrações até que o equilíbrio seja novamente atingido. e.t.: a adição de hidroxila-OH- remove íon hidrogênio-H+, valendo-se também o inverso.

Ao se tamponar uma solução ou um sistema que sofreu alteração no seu pH original, este equilíbrio deve ser alcançado, sendo que pH não ficará muito diferente ao pH original quando comparado aos valores que o pH teria atingido sem o sistema de tamponamento presente. Isso deve ser rigorosamente respeitado, quando das ações de  “uso sustentável (racional)” do ambiente.

O sistema de tamponamento carbônico

É possível tamponar uma solução em qualquer pH pela escolha do par apropriado de ácido/base. Para a água e  para o sangue humano o importante sistema de tamponamento envolve ácido carbônico (H2CO3), bicarbonato (HCO3-), carbonato (CO32-) e íon hidrogênio (H+). As reações químicas envolvidas são as seguintes:

a - CO2(gás) ↔ CO2 (aquoso)
b - H2O(líquido) + CO2 (aquoso) ↔ H2CO3 (aquoso)
c - H2CO3(aquoso) ↔ HCO3- (aquoso) + H+ (aquoso)
d - HCO3- (aquoso) ↔ CO32- (aquoso) + H+ (aquoso)

e.t.:
-   o ácido carbônico-H2CO3, não pode ser diferenciado do dióxido de carbono dissolvido- CO2 aquoso, então, em solução as reações (a) e (b) são normalmente combinadas e ambas são consideradas a mesma e podem ser intercambiáveis
- as primeiras duas reações, (a) e (b), são bem mais lentas que as duas últimas, (c) e (d), e a reação mais importante para o tamponamento é a (c)
- na reação (c) em particular, o ácido carbônico-H2CO3 age como ácido e o bicarbonato-HCO3-, como base, pois caso, como já vimos, o íon hidrogênio-H+ for adicionado ao sistema, o bicarbonato-HCO3- age como base e remove o excesso desse íon hidrogênio-H+ da solução formando ácido carbônico-H2CO3. Isso ocorre no sentido inverso também, então se íon hidrogênio-H+ é removido da solução, com o ácido carbônico-H2CO3 dissociando e liberando mais íon hidrogênio-H+ na solução
- concomitantemente o pH é então estabilizado pelo equilíbrio entre ácido e base, adicionando ou removendo íon hidrogênio-H+ , conforme o equilíbrio a ser estabelecido, orientado por mudanças na concentração das espécies envolvidas
- a reação (d) também exerce uma função semelhante, com o bicarbonato-HCO3- sendo o ácido-H2CO3 e a base-carbonato-CO32-, reagindo de forma similar a (c) à adição ou remoção de íon hidrogênio-H+.

Então, dito isso, vê-se que o sistema de equilíbrio como um todo pode ser muito complexo, com a formação de uma espécie influenciando a posição de equilíbrio de um número de diferentes reações e, consequentemente, a concentração das outras espécies químicas envolvidas.

Também deve-se notar que estas não são as únicas reações e espécies envolvidas no complexo tamponamento da água. Em sistemas  outros, (p.ex., água do  mar), inclui-se o borato (BO33-), o sulfato (SO42-), a hidroxila (OH-) e os pares associados de ácido/base da reação. Mas, observem bem que, em comparação ao sistema de tamponamento carbônico, estes composto acima executam um papel de menor importância devido à concentração bem inferior envolvida e, então, podem, na prática, ser ignorados sem grandes erros.
 
As concentrações relativas dos três principais componentes do “sistema de tamponamento carbônico” (gás carbônico-CO2; bicarbonato-HCO3-; e carbonato-CO32-) variam tanto com o pH quanto com a temperatura e pressão atmosférica, além do grau de salinidade do sistema.
  
Pois é, o pH de uma solução tamponada é na verdade determinado pela razão das concentrações das espécies de ácido e base, isto é, [base]/[ácido]. Então, conforme a concentração do ácido aumenta com relação à da base, o pH diminue e vice-versa. Este efeito pode ser usado para alterar o pH de uma solução para qualquer valor exigido através do simples ajuste da quantidade relativa do par ácido/base. A faixa sobre a qual essa alteração pode ser feita ainda mantendo a decente estabilidade do pH é limitada entretanto, com o tamponamento mais forte ocorrendo quando a razão [ácido]/[base] é igual a 1.

Embora isto não seja tão simples no complexo processo de reações envolvidas em um sistema, afortunadamente não é preciso preocupar-se com isso quando em ambiente natural, tendo-se a capacidade de repor a reserva alcalina que é perdida com o passar do tempo, contanto que a reserva alcalina seja mantida em níveis suficientes, então o pH tende ao valor natural.

Quando um nível adequado de reserva alcalina está presente, ou seja, o pH não está baixo (pelo valor baixo de reserva alcalina), então mudanças permanentes no pH são alcançadas pela alteração da concentração de CO2 do sistema.

A razão pela qual o gás carbônico-CO2 é o que deve ser sempre alterado é porque adicionando uma das outras espécies, (carbonato, bicarbonato), apenas modifica-se o pH temporariamente e após um curto período de tempo o sistema volta novamente ao equilíbrio e o pH retorna ao nível anterior. Eis ai o porque da teimosa presença do gás carbônico nas águas alcalinas, (Serra da Bodoquena/MS), mesmo em baixa concentração, mas sempre suficiente para ceder-se às formas de carbonatos e bicarbonatos presentes nesses sistemas.
 
(*) - a capacidade de tamponamento, isto é, a habilidade de absorver com a adição ou remoção de íon H+, tendo-se apenas uma pequena mudança no valor do pH, é determinada pela magnitude da concentração do ácido e da base. Isso é facilmente percebido quando se considera a razão [Base]/[Ácido]; quanto maior a concentração ácido/base, menor a porcentagem da mudança nessa concentração após a adição/perda de íon H+, resultando numa mudança menor na razão 1/1;- quanto maior a concentração das espécies de tamponamento ácido/base, maior será a capacidade de tamponamento da solução. Também deve ser notado que a solução é mais capaz de resistir a mudanças de pH em qualquer direção se a razão [Base]/[Ácido] é 1.

Então...:
-    quando a reserva alcalina tende a diminuir?
- como isso acontece?
- aonde  acontece?

A reserva alcalina tem uma tendência natural de diminuir com o passar do tempo em um sistema fechado(*), (sistemas artificiais, tanques de criação, lagoas artificiais, lagos). Isso é devido principalmente a dois fatores: a produção de ácidos como subproduto dos processos biológicos, e a utilização de algumas das espécies tamponadoras pelos organismos na calcificação. Lembrar que estamos tratando de sistemas alcalinos terrosos-Ca-Mg. (*) tais processos já devem ser cuidadosamente  observados e estudados  nos sistemas inseridos, (artificiais), na região de Bonito/Jardim-MS, como em lagos de recreação, (banho, mergulho, flutuação) e em tanques de criação de organismos aquáticos.

Nesses sistemas inseridos, (artificiais), os processos biológicos dos organismos mantidos  são contínuos, tendendo à um aumento, portanto várias espécies de (diferentes) ácidos são geradas. À cada adição de ácido, as reações (c) e (d) são forçadas para o lado esquerdo.

Isso resulta na redução da quantidade de carbonatos-CO32- presentes no sistema, aumentando a razão de ácido carbônio-HCO3- por carbonatos-CO32- que em troca diminuirá o pH.

Adicionando ou lançando-se compostos de espécies iguais ou diferentes, (não importa), utilizam-se  formas aniônicas envolvidas no tamponamento da água. Tais formas são removidas do sistema de tamponamento, que pode aumentar ou diminuir o pH dependendo de qual forma é removida ou inserida.

Mas, o fato importante é que se a espécie do composto natural foi removida do sistema, reduzi-se portanto a reserva alcalina. Isso se dá com os lançamentos de agrotóxicos, insumos, fertilizantes, lançamentos domésticos, lançamentos industriais e/ou oriundos das atividades de aqüicultura, de lazer, (banhos, flutuações, mergulhos, etc. ), sem monitoramento correto.

Acidez e alcalinidade da  água

A acidez da água é representada pelo número de íons hidrogênio-pH (H+) livres na solução, assim como pelo número de íons oxidrila-pOH (OH-). Então, quanto maior o número de íons de hidrogênio ou menor número dos íons de oxidrila/hidroxila, mais ácida será a água. O contrário aponta uma solução básica ou alcalina. O sistema de tamponamento funciona capturando ou liberando esses íons.

Vê-se que através da “RA-reserva alcalina”,  mantem-se  a  solução ou o meio aquático  estável ou não,  em relação ao pH  pois essa última  variável estará em equilíbrio quando é dada as  proporções entre carbonatos, bicarbonatos e ácido carbônico.

A relação “Reserva alcalina-RA” é de extrema necessidade para  qualquer meio aquático,  visto que o seu  valor tem que estar em  níveis aceitáveis, para a qualidade geral  daquele sistema aquático, por que é dela que  dependem outros importantes  fatores .À  começar do próprio pH,  dependente dessa variável, a reserva alcalina-R.A,  reservando-a na  função de manter o nível de pH  ideal para aquele sistema como um todo, ou seja ao  meio aquático objeto, no caso.

Reserva alcalina-RA baixa  significa pH flutuante, e isto não é bom.. Altas flutuações no pH  da água orientam  à resultados  desfavoráveis nas reações químicas, além de determinar ou não à  presença e desenvolvimento dos organismo.

Dessa importante função (manter o pH estável), a “reserva alcalina” mantêm ainda uma outra função, ou seja suprindo com o cálcio/magnésio (Ca/Mg) os organismos aquáticos. Tem-se assim um constante dinamismo  e consumo desses minerais. Portanto o conhecimento dos níveis de “reserva alcalina” de um sistema aquático, pode  caracterizar a “qualidade ambiental” objeto.

Ciclo aquático e geológico do carbono

O carbono é um elemento químico metalóide que é encontrado na natureza ou cristalizado. Sendo junto com o hidrogênio elementos básicos na estrutura dos compostos orgânicos. É encontrado sob as formas de: diamante, grafite, carvão, hulha, antracito, óxidos, dióxidos, hidratos. O carbono combina-se com vários metais, dando origem aos carbonetos/carbonatos.

A maior ponte do dióxido do carbono-CO2 se desprende para atmosfera ou se dissolve na água. Durante a meteorização, as águas que contém gás carbônico-dióxido de carbono reagem principalmente com os sais de cálcio dissolvidos para formar carbonatos e bicarbonatos.

 Por último, o carbonatos se precipitam pela ação dos agentes orgânicos ou inorgânicos, como já mencionamos nesse e outros artigos. Ressaltamos que a maior perda no ciclo do carbono é a formação de calcário, evidenciando-se que o dióxido de carbono-CO2 que desaparece do ciclo por este processo não volta nunca por completo à atmosfera, permanecendo por mais tempo ou com maior facilidade incorporando-se no substrato, isso sem se contar com as influências climáticas da região, (movimento de ventos, pressão atmosférica, umidade relativa do ar, incidência solar, etc.). Durante a silicificação dos calcários não se desprendem mais que uma quantidade insignificante de dióxido de carbono porque a quantidade de rochas carbonatadas tende a aumentar.

Por outro lado, em sistemas aquáticos, ao final de um período de escuridão, notará uma pequena variação. A água será ligeiramente mais ácida após o período sem luz. Isso reflete a variação na concentração de CO2. Porém, durante o período de luz os vegetais aquáticos absorvem CO2, utilizado na fotossíntese, reduzindo a sua quantidade. Já no período sem luz, elas cessam a fotossíntese e, portanto, a absorção de CO2, mas continuam a liberar CO2 pelo processo de respiração. Assim, quando há iluminação a taxa de gás carbônico diminui, aumentando quando não há luz suficiente para a reação de fotossíntese.
 
Esse efeito da taxa de CO2 reflete sobre o pH devendo-se ao ácido carbônico formado mesmo em pequena quantidade quando esse gás é dissolvido na água (CO2 + H2O = H2CO3). A medida que o ácido carbônico fará variar o pH, irá depender de uma outra variável denominada "dureza carbonatada, temporária ou calcica" (representado por KH, ºd, dCH ou mesmo RA), que expressa a concentração de carbonatos e bicarbonatos dissolvidos na água.  (# - não confundir com a dureza total, GH ou dH-DH, que é a soma da dureza carbonatada (temporária) e da não carbonatada (permanente), provocada por outros minerais, como sulfatos, cloretos e nitratos).

Os minerais que compõe, a dureza de uma solução têm a propriedade, denominada "capacidade tampão", de neutralizar o efeito dos ácidos, diminuindo, assim, as variações do pH. Quanto menor a dureza temporária-KH de uma solução, mais sensível será a diminuição do pH pelo aumento do ácido carbônico ou de qualquer outra substância ácida.

Ainda mais, caso esses sistemas aquáticos recebam compostos com formas de fósforo-P e de nitrogênio-N, por exemplo, a tendência é além desses elementos servirem de propícios nutrientes para o desenvolvimento de organismos indesejáveis, tem-se o incremento do processo fotossintético e de respiração, seguido da oxidação pela decomposição dos mesmos, levando-se a queda do importante gás oxigênio-O2 no meio, com aumento do gás carbônico-CO2 e decréscimo no pH.  Tudo isso é obviamente notado com o desaparecimento ou diminuição na transparência das águas, com seu turvamente e coloração. Indiscriminados lançamentos domésticos e pecuários  devem ser olhados como  indesejáveis nessas regiões que se apoiam nas características ambientais naturais.

Então, cuidados e maiores conhecimentos devem nortear qualquer ação, seja  urbanística, econômica ou mesmo ecoturística, em regiões onde claramente e naturalmente se perceba, por exemplo, a aparente e teimosa transparência nas suas águas, devida a existência dessa natural e notável relação de tamponamento no processo da biogeoquímica carbonatos-bicarbonatos-pH.

Visando à obtenção dos resultados desejados e melhores dados para interpretar e caracterizar essas águas alcalinas, como da Serra da Bodoquena/MS, deve-se entre outras levantar-se as variáveis pH, DH, KH, alcalinidade, condutividade, turbidez, reserva alcalina e  os minerais cálcio e magnésio.

Saúde dos organismos humanos  = Reserva alcalina x dieta

Para sobreviver ao  século XXI, com uma boa saúde, deve-se cuidar desde do que beber, de que comer, de que respirar e pensar em manter um desenvolvimento sustentável ou como outros dizem, desenvolvimento racional.

O excesso de proteínas na dieta é fonte de estresse ao ser humano, acidificando o organismo, sintetizando o acido sulfúrico, o nítrico e o fosfórico que devem ser então neutralizados e eliminados.

Tal processo de neutralização precisa de grandes quantidades de sulfato e de cálcio que constituem a nossa “Reserva Alcalina”. É importante mante-la com uma dieta de verduras e frutas. Uma dieta rica de mais em proteínas, superior aos 40 g/dia (valor já contido em um pequeno hambúrguer), leva a uma acidificação que deve ser tamponada tirando o sódio, (Reserva Alcalina).

Com o término da nossa reserva de sódio, o organismo, usa um outro mineral precioso e essencial para o seu metabolismo, o cálcio, desmineralizando assim a estrutura esquelética e favorecendo fenômenos de osteoporose e piorando a situação em pessoas idosas, em especial na mulheres. Isso não exclui de forma alguma as deficiências ou alterações nos níveis de sódio e cálcio para os dois sexos.
 
Quando o nível de proteínas na dieta aumenta, se verifica uma congestão celular e uma intensa putrefação bacteriana intestinal (devida ao prolongado tempo de permanência no intestino requerido pela digestão de carne, leite e derivados), que favorece o nascimento de doenças crônicas e degenerativas e a produção de acido oxálico responsável, como o acido úrico, pelo reumatismo e dores articulareis. As proteínas e todos nutrientes essências podem ser fornecidos pelas verduras e frutas, com mínimas quantidades de carne, frango ou peixe.

Comendo menos proteínas animais o organismo não precisa neutralizar ácidos, e introduzindo frutas e vegetais, podemos manter nossa Reserva Alcalina, cuidando assim do nosso sistema imunológico, responsável pelas defesas do nosso organismo.
 
Bibliografia recomendada

Delbeek J.C., and Sprung J., The reef aquarium: a comprehensive guide to the identification and care of tropical marine invertebrates, vol. 1,Richordea:Coconut Grove, 1995.

Horne R.A., Marine chemistry: the structure of water and the chemistry of the hydrosphere, Wiley-Interscience:Sydney, 1969

Raven P.H., and Johnson G.B., Biology, 2nd ed., Times Mirror/Morsby College:St. Louis, 1989.

Wild LG, Lopez M. Occupational asthma caused by high-molecular-weight substances. Immunol Allergy Clin North Am. 2003 May;23(2):235-50, vii. Review.

e. t.:
- Aguardando a hora do vôo, em um desses aeroportos brasileiros, li um artigo de Beatriz Coelho Silva (Caderno 2/Cultura –JrOESP;02/01/05) e muito rapidamente, entre curioso e surpreso,  procurei na livraria próxima os dois livros então comentados: - Enciclopédia Brasileira da Diáspora Negra, Selo Negro, de Nei Lopes, advogado, sambista e radical militante negro; e O Negro na  Fotografia Brasileira do Século XIX, Casa Editorial, de George Ermakoff,  descendente de russos, empresário e presidente do Sindicato das Empresas de Aviação. Tais livros apontam para a não correspondência dos fatos reais, omitidos pela história oficial, sobre a grandiosa herança cultural deixada pelos africanos trazidos como escravos para as Américas, em especial para o Brasil. “Como uma criança negra ou mestiça terá auto-estima se sua história não é contada e os personagens de sua raça nunca aparecem ou se estão nos livros sempre com referências negativas. ...sabe-se mais  e estuda-se muito a diáspora judia e quase nada da africana, muito mais intensa e numerosa e com reflexos muito mais  amplos.” completa N. Lopes. Já G. Ermakoff comenta que, “havia também fotógrafos especializados em negros, vendendo seus trabalhos na Europa, como curiosidade exótica”. ...mas há também fotos mostrando a dignidade e a importância dos negros, além da reprodução de polêmicas sobre a questão racial que aconteciam na imprensa da época, como a briga de José do Patrocínio com Ruy Barbosa”. - Colegas, procurem ler os dois livros, aparentemente antagônicos, porém reforçando o conhecimento e a influência da cultura dos negros na formação da nova sociedade e a divulgação das práticas da terra brasileira, no continente europeu.  É, ... enfim  a História do Brasil esta sendo  recontada. biól. h.b.pádua-2004 Aeroporto Br