O hidrogenocarbonato de cálcio é um produto de intemperismo que se forma quando o carbonato de cálcio se dissolve na água, liberando gás CO2. Ao se dissolver parcialmente na água, o dióxido de carbono forma o ácido carbônico (ou, em termos mais simples, H2CO3). O ácido carbônico se dissocia ainda mais em carbonato de hidrogênio (HCO4-), produzindo prótons livres.

O hidrogenocarbonato de cálcio é um composto que se forma quando os íons de cálcio são dissolvidos em água. Ele tem a fórmula molecular Ca(HCO3)2 e uma massa molar teórica de 162,11 g-mol-1.

O hidrogenocarbonato de cálcio não é uma substância pura, mas existe apenas como uma solução impura. Isso significa que ele não pode ser produzido como uma substância pura em condições normais e não tem propriedades como ponto de fusão ou ponto de ebulição. Sua solubilidade a 20 °C e 1 atm é de 1,66 g por 100 g de H2O e, portanto, é consideravelmente maior do que a do carbonato de cálcio (1,4 mg por 100 g de H2O a 20 °C).

O carbonato de cálcio é um mineral que se forma quando o cálcio e o dióxido de carbono se dissolvem na água. É o principal componente do calcário, também conhecido como calcita. O carbonato de cálcio ocorre na superfície da Terra em muitas formas diferentes, por exemplo, em arenito e giz, mas também em conchas e recifes de coral.

O bicarbonato de cálcio é formado durante o intemperismo do calcário pela ação da água e do dióxido de carbono. O dióxido de carbono se dissolve parcialmente com a água para formar ácido carbônico, que se dissocia ainda mais para formar carbonato de hidrogênio com a formação de prótons. Ao mesmo tempo, pequenas quantidades de carbonato de cálcio se dissolvem na água, liberando íons de carbonato. Esses íons assumem os íons de hidrogênio oferecidos pelo ácido carbônico e também se tornam íons de carbonato de hidrogênio.[3] Na dissolução do ácido carbônico do calcário, uma parte equivalente dos íons de carbonato de hidrogênio vem do ácido carbônico e a outra da pedra.

Para manter o hidrogenocarbonato de cálcio em solução, é necessária uma certa concentração do chamado "ácido carbônico associado". Esse ácido é quimicamente idêntico a qualquer outro tipo de ácido carbônico; é apenas uma questão de quantidade.

No equilíbrio de dissociação com os íons de carbonato de hidrogênio presentes, esse ácido carbônico associado define o valor de pH da água baixo o suficiente para que a proporção de íons de carbonato, que por sua vez depende desse valor de pH, juntamente com a concentração de cálcio presente, ainda não exceda o produto de solubilidade do carbonato de cálcio.

Se mais do que a quantidade correspondente de ácido carbônico livre estiver presente na solução, essa quantidade de ácido carbônico é chamada de "excesso" e pode reagir com mais calcário e dissolvê-lo. A quantidade que dissolve mais calcário é chamada de "ácido carbônico agressivo ao cálcio". A quantidade que dissolve mais calcário e se transforma em hidrogenocarbonato de cálcio adicional é chamada de "ácido carbônico agressivo ao cálcio". O restante aumenta o ácido carbônico associado a um nível novo e mais alto.

Quando a água evapora ou é aquecida, o dióxido de carbono escapa da solução; ele também pode ser reduzido pela fotossíntese. Isso desloca o equilíbrio de dissociação do ácido carbônico de volta para a direção dos íons carbonato, ou seja, para o lado esquerdo da equação da reação acima. Como resultado, o produto de solubilidade do carbonato de cálcio é novamente excedido e o calcário insolúvel é formado novamente. Esse processo é a base da formação de sinter calcário, travertino ou tufo calcário, mas também da formação de sedimentos calcários (giz de lago) em lagos e oceanos. O conglomerado Nagelfluh, encontrado no sopé norte dos Alpes (depósitos de melaço ou detritos glaciais), também pode ser formado dessa forma, pois o cascalho ou a pedra britada é coberta pelo agente aglutinante cal para formar um concreto natural.

Talvez você não perceba, mas a água da torneira é, na verdade, um pouco ácida.

Isso é verdade! Os sistemas de abastecimento de água adicionam ácido carbônico à água potável para regular o valor do pH, de modo que uma fina camada de calcário se forme nos canos de ferro para evitar a ferrugem. Para não reduzir muito a seção transversal do tubo, o teor de dióxido de carbono deve ser constantemente ajustado. A velocidade com que esse equilíbrio é alcançado depende dos íons presentes: O carbonato de cálcio puro leva um tempo excepcionalmente longo, ao passo que, na presença de íons estranhos (por exemplo, Mg2+ ou SO42-), ele é estabelecido muito rapidamente; portanto, a dolomita é usada para ligar o excesso de ácido carbônico.

O teor de hidrogenocarbonato de cálcio da água da torneira é o principal contribuinte para a dureza da água da torneira, que chamamos de "dureza de carbonato".