Carbonato de cálcio
Carbonato de cálcio é uma substância química de fórmula CaCO3, sendo o sal de cálcio do ácido carbônico. Na natureza é uma substância comum, encontrada na forma de calcita e aragonita quando puro, ou na forma de dolomita quando na forma de um carbonato duplo com magnésio, sendo os principais componentes do calcário, podendo ainda ser o principal constituinte de esqueletos e conchas de animais marinhos. Industrialmente é uma das principais fontes de cálcio, sendo usado na indústria de construção civil para a produção de cimento, na agricultura para a correção de acidez do solo, por possuir um pH alcalino em solução, e como abrasivo.
Na natureza os minerais de carbonato de cálcio são encontrados em três formas cristalinas: 'Aragonita': Quando seus cristais apresentam a forma ortorrômbica. 'Calcita': Quando seus cristais apresentam a forma romboédrica ou trigonal. É o mineral mais estável dos carbonatos de cálcio. 'Vaterita': Mineral polimorfo menos estável de carbonato de cálcio que se cristaliza no sistema hexagonal. Por ser o menos estável dentre os minerais de carbonato de cálcio ele é o mais escasso em ambientes naturais.
Carbonato de cálcio na água do mar
No oceano, o carbonato de cálcio tem um papel importante nas reações químicas do sistema carbonato marinho. Nas reações acima, o dióxido de carbono (CO2) sequestrado da atmosfera pelos oceanos reage com a molécula de água (H2O) para formar o ácido carbônico (H2CO3). Este é instável e se dissocia liberando prótons (H+) e íons bicarbonato (HCO3-). Os íons bicarbonato se dissociam liberando prótons (H+) e íons carbonato (CO32-). O carbonato pode se ligar ao cálcio (Ca2+) formando carbonato de cálcio (CaCO3). Esse sistema de reações é dinâmico, podendo haver deslocamentos em ambos os sentidos de cada reação química. Na reação do carbonato com o cálcio há a formação de uma substancia sólida, o carbonato de cálcio. Este precipita em direção ao fundo, acumulando no sedimento marinho. A formação do carbonato de cálcio em águas superficiais e sua sedimentação em direção ao assoalho oceânico é importante na transferência do carbono superficial para águas profundas. Além disto, a deposição do carbonato de cálcio no sedimento pode se tornar um importante sistema de acumulação de hidrocarbonetos.
Saturação do carbonato de cálcio na água do mar
O estado de saturação do carbonato de cálcio na água do mar pode ser determinado através da fórmula: Ω = [ C a 2 + ] [ C O 3 2 − ] K s p ∗ {\displaystyle \Omega ={\frac {[\mathrm {Ca} ^{2+}][\mathrm {CO} _{3}^{2-}]}{K_{sp}^{*}}}} onde Ω é o estado de saturação do carbonato de cálcio, [Ca2+] é a concentração do íon cálcio, [CO32-] é a concentração do íon carbonato e Ksp* é o produto de solubilidade do carbonato de cálcio (que é uma função de temperatura, salinidade e pressão). A saturação do carbonato de cálcio está relacionada com a sua solubilidade na coluna de água. A água do mar está subsaturada (Ω < 1) quando há menos carbonato de cálcio dissolvido do que sua capacidade de dissolução em determinadas condições de temperatura, salinidade e pressão. Por outro lado, a água do mar está supersaturada (Ω > 1) quando há mais carbonato de cálcio dissolvido do que sua capacidade de dissolução. Quando há um equilíbrio termodinâmico entre o que está dissolvido e a capacidade de dissolução da água do mar, o estado de saturação é igual a 100% (Ω = 1).
Fatores que influenciam a solubilidade do carbonato de cálcio no oceano
A solubilidade do carbonato de cálcio na água do mar é influenciada por fatores como a temperatura, a pressão e processos respiratórios. A baixa temperatura, a alta pressão e os processos respiratórios aumentam a solubilidade do carbonato de cálcio na água do mar. A mudança da temperatura altera o equilíbrio químico de uma reação (princípio de Le Châtelier). Quando a reação é exotérmica, como é o caso da dissolução do carbonato de cálcio, temperaturas baixas deslocam o equilíbrio para a direita na reação abaixo, favorecendo a solubilidade do carbonato de cálcio. O aumento da temperatura desloca o equilíbrio para a esquerda favorecendo a formação de carbonato de cálcio:
Carbonato de cálcio biogênico
Diversos grupos de organismos marinhos secretam estruturas que contém carbonato de cálcio. Entre eles, destacam-se corais escleractíneos, pterópodos e algas calcárias. A tabela abaixo apresenta alguns grupos de organismos secretores de carbonato de cálcio e a composição percentual de suas estruturas carbonáticas.
Ecossistemas carbonáticos marinhos
Recifes de coral são construídos através da precipitação de carbonato de cálcio secretado por organismos marinhos em suas estruturas carbonáticas. Assim, o crescimento do recife é dominado por processos biológicos. Os corais construtores de recifes (corais escleractíneos) possuem zooxantelas (dinoflagelados) simbióticas. O processo de calcificação pode ser estimulado pelas zooxantelas que ao utilizar dióxido de carbono para a fotossíntese favorecem a transformação de bicarbonato em carbonato. A fotossíntese aumenta o pH da água, disponibilizando mais íons carbonatos para a precipitação do carbonato de cálcio. Os recifes de arenito são formados através da precipitação inorgânica de carbonato de cálcio dominada por processos físicos-químicos. Em águas quentes, o carbonato de cálcio tende a se insolubilizar precipitando-se no assoalho submarino. Os cristais de calcita e aragonita são precipitados em regiões impactadas pelas ondas. Quando depositados são armazenados no espaço intersticial dos sedimentos arenosos e retidos pela presença de uma substância viscosa chamada húmus. O húmus tem origem nas matas costeiras (ex.: Mata Atlântica) e atinge as praias através dos rios ou lençóis freáticos, que por sua vez, obtêm o húmus através do solo. Esta substância promove a agregação inicial dos grãos de areia, possibilitando a posterior cimentação por parte do carbonato de cálcio. A interação entre húmus, carbonato de cálcio e eletrólitos marinhos age como uma cola, ou seja, tem poder de agregar e endurecer. O húmus, neste caso, assume o papel de agregador e o carbonato de cálcio faz o papel de cimento que enrijece a estrutura. Assim vai se formando o recife de arenito, camada por camada.
Distribuição geográfica dos recifes de coral
A distribuição de recifes no globo ocorre tanto em águas tropicais como em águas temperadas. Poucos recifes de corais existem em águas abaixo de 18 ºC.[carece de fontes?] A temperatura ótima para o desenvolvimento da maioria dos recifes de coral é de 26-27 ºC. Além disso, a distribuição global dos recifes de coral coincide com as regiões do oceano que possuem as maiores taxas de saturação do carbonato de cálcio. Estas regiões supersaturadas, como é o caso dos mares tropicais, apresentam condições favoráveis para a formação de estruturas carbonáticas como, por exemplo, o exoesqueleto dos corais escleractíneos.
O carbonato de cálcio é utilizado no tratamento de pacientes com insuficiência renal crônica, atuando como agente quelante de fosfato. Ao se ligar ao fosfato presente na dieta, forma complexos insolúveis que são eliminados pelas fezes, contribuindo para o controle dos níveis séricos de fósforo e cálcio. Além disso, fornece uma base para o tratamento da acidose metabólica e auxilia na absorção intestinal de cálcio. Diante disso, há estudos que indicam a existência de indícios de que, a longo prazo, o uso carbonato de cálcio traga benefícios na redução da morbidade associada à hemodiálise.
