CO2 e carbonati – Elementi di chimica

Rocce calcaree e bicarbonato

Vi siete chiesti da dove viene il bicarbonato che troviamo nell’acqua di rubinetto? E perché l’acqua di Roma è particolarmente dura, mentre quella piemontese è quasi di osmosi?

Ne parleremo in questo capitolo.

Partiamo dalla definizione di solubilità di un sale.
La solubilità di un sale è definita come la massima quantità del sale che si può sciogliere in una data quantità di solvente. Quando si raggiunge questa quantità massima, si dice che la soluzione è satura.
In una soluzione satura abbiamo un equilibrio tra il sale in forma solida e il sale disciolto.

Possiamo rappresentare questo equilibrio come una reazione chimica; nel caso del carbonato di calcio diventa:

CaCO_3 (solido) ↔ Ca²⁺+CO₃^2-

Come tutti gli equilibri, anche questo si caratterizza di con una costante di equilibrio, K_ps:

K_ps = [Ca²⁺][CO₃²⁻]

detta anche prodotto di solubilità.

Abbiamo accennato, in un capitolo precedente, al fatto che che i carbonati di calcio e magnesio sono poco solubili.
Il carbonato di calcio ha una K_ps = 4,5×10⁻⁹, mentre il carbonato di magnesio ha K_ps = 1,6×10⁻⁸.

Possiamo chiederci: qual è la quantità massima di carbonato di calcio che possiamo disciogliere in acqua?
La risposta non è semplice, perché la costante di equilibrio è il prodotto della concentrazione di calcio per quella dello ione carbonato.
Ma la concentrazione di quest’ultimo dipende dal pH, e quindi dalla quantità di CO₂ disciolta.

Se consideriamo il caso dell’acqua il cui contenuto di CO₂ è dato dal solo equilibrio con l’atmosfera, si può dimostrare che la quantità massima di carbonato di calcio disciolto è circa 47 mg per litro, che corrisponde a GH 2,6. Il carbonato di magnesio è un po’ più solubile: circa 140 mg per litro.

Se invece la quantità di CO₂ è maggiore, il pH si abbassa e lo ione carbonato si trasforma in ione bicarbonato.
A questo punto, la quantità di calcio necessaria ad arrivare alla saturazione aumenta, per compensare la mancanza di carbonato, e si possono ottenere durezze molto più alte.
Abbiamo usato questo meccanismo nel trucco dell’acqua frizzante per sciogliere l’osso di seppia!

Bene: è ciò che avviene nelle falde acquifere che hanno acque molto dure.
Ma la CO₂ che acidifica le acque sotterranee, da dove arriva?
In parte è già presente nell’acqua piovana, che l’ha assorbita dall’atmosfera; in parte la si trova direttamente nel terreno.

In particolare, l’acqua che si è infiltrata a maggiori profondità, può trovare dell’anidride carbonica prodotta dalla «calcinazione» del calcare.
Il calcare, a grandi profondità, viene portato ad alte temperature, dal calore che risale dalle viscere della Terra. In questo modo viene scomposto in ossido di calcio (o calce viva, da cui il termine calcinazione) e anidride carbonica.

Dunque in zone vulcaniche, anche inattive da tempo, l’anidride carbonica è abbondante. Infatti è lì che troviamo acque minerali effervescenti naturali!
E per questo motivo in Lazio e Campania l’acqua è particolarmente dura.

Tutto questo avviene anche nei nostri acquari, quando abbiamo delle rocce calcaree in vasca.
Se somministriamo CO₂, questa potrà trasformare il calcare in bicarbonato, aumentando le durezze.
Per questo motivo si sconsiglia di mettere rocce calcaree in acquario, quando si vogliono fare allestimenti con acque tenere.