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47 QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 21, MAIO 2005 Recebido em 5/1/04, aceito em 29/3/05 Fatores ambientais e precipitação úmida A quantidade total de água no planeta Terra (1386 milhões de km 3 ) tem permanecido aproximadamente constante nos últimos 500 milhões de anos. A distribuição dos volumes estocados nos principais reservatórios de água da Terra mostra que 97,5% do volume total constitui os oceanos e mares e somente 2,5% é de água doce. Po- rém, a maior parte dessa água ou se encontra congelada nas calotas pola- res e nas geleiras ou se situa no sub- solo. Assim, somente 0,3% encontra- se acessível, podendo ser utilizada pelo ser humano para irrigação e usos gerais (Rebouças et al., 1999). As condições ambientais do pla- neta Terra possibilitam que a água seja encontrada nos três estados físi- cos. Sua distribuição nos três reser- vatórios principais - oceanos, conti- nentes e atmosfera - é mantida devido a uma troca contínua entre os estados físicos e constitui-se no que se conhe- ce como ciclo da água ou ciclo hidro- lógico (Tundisi, 2003). A energia necessária à mudança de fase que resulta no transporte da água entre os compartimentos que formam o ci- clo hidrológico é fornecida pelo Sol. Erika Pereira Felix e Arnaldo Alves Cardoso A água tem um papel de extrema importância para a natureza, pois a existência de qualquer forma de vida está relacionada com este recurso fundamental. Grande quantidade de água circula entre a atmosfera e a crosta terrestre, sendo que sua forma mais estável é encontrada nos oceanos, lagos, rios e outros reservatórios. Parte dessa água, ao ser evaporada, alcança a atmosfera e é condensada para formação das chuvas. A condensação do vapor acontece sobre partículas sólidas em suspensão no ar, pois as mesmas apresentam grande capacidade de aglutinar gotas d’água. O objetivo deste artigo é mostrar como as partículas podem ser geradas na atmosfera e o seu papel na formação da chuva. Mostraremos também a influência da temperatura, pressão e superfície de evaporação sobre a formação de chuvas. chuva, núcleo de condensação, cloreto de amônio Esse ciclo pode ser definido como uma seqüência fechada de fenôme- nos através dos quais a água passa da superfície da crosta terrestre para a atmosfera e regressa àquela na for- ma de precipitação (Figura 1). A precipitação pode ocorrer nas fases líquida (chuva ou chuvisco) ou sóli- da (neve, granizo). A água precipitada na fase sólida apresenta estrutura cristalina, no caso da neve, e estrutura granular, no caso do granizo. A neve e o granizo são formados quando o vapor d’água da atmosfera se condensa a uma tem- peratura inferior a 0 °C e passa direta- mente para o estado sólido. Porém, se a condensação for lenta e progres- siva, o gelo toma formas cristalinas mais ou menos regulares, simples ou complexas, que constituem a neve. Caso a solidificação seja rápida ou gerada a partir de pequenas gotas líquidas super-resfriadas, o gelo é produzido em massas disformes ou com pequenos traços de cristali- zação, resultando assim na formação do que conhecemos como granizo (Investigando a Terra, 1973). A água que precipita nos continen- tes pode ter vários destinos. Uma par- te é devolvida diretamente à atmos- fera por evaporação; a outra se con- centra formando os cursos de água; e o restante pode pene- trar no interior do solo, subdividindo- se numa parcela que se acumula na parte superior, podendo voltar à atmosfera por evapotranspira- ção, e em outra que caminha em profun- didade até atingir os lençóis aqüífe- ros, constituindo o escoamento subterrâneo. Tanto o escoamento su- perficial quanto o subterrâneo ali- mentam os cursos de água que desa- guam nos lagos e oceanos. O escoamento superficial constitui uma resposta rápida à precipitação e cessa pouco tempo depois dela, e o escoamento subterrâneo, em espe- cial quando se dá através de meios porosos, é extremamente lento e con- A distribuição da água nos seus três reservatórios principais - oceanos, continentes e atmosfera - é mantida devido a uma troca contínua entre os estados físicos e constitui- se no que se conhece como ciclo da água ou ciclo hidrológico

47 Aquantidade total de água no planeta Terra (1386 milhões de km3)

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 21, MAIO 2005

Recebido em 5/1/04, aceito em 29/3/05

Fatores ambientais e precipitação úmida

Aquantidade total de água noplaneta Terra (1386 milhõesde km3) tem permanecido

aproximadamente constante nosúltimos 500 milhões de anos. Adistribuição dos volumes estocadosnos principais reservatórios de águada Terra mostra que 97,5% do volumetotal constitui os oceanos e mares esomente 2,5% é de água doce. Po-rém, a maior parte dessa água ou seencontra congelada nas calotas pola-res e nas geleiras ou se situa no sub-solo. Assim, somente 0,3% encontra-se acessível, podendo ser utilizadapelo ser humano para irrigação e usosgerais (Rebouças et al., 1999).

As condições ambientais do pla-neta Terra possibilitam que a águaseja encontrada nos três estados físi-cos. Sua distribuição nos três reser-vatórios principais - oceanos, conti-nentes e atmosfera - é mantida devidoa uma troca contínua entre os estadosfísicos e constitui-se no que se conhe-ce como ciclo da água ou ciclo hidro-lógico (Tundisi, 2003). A energianecessária à mudança de fase queresulta no transporte da água entreos compartimentos que formam o ci-clo hidrológico é fornecida pelo Sol.

Erika Pereira Felix e Arnaldo Alves Cardoso

A água tem um papel de extrema importância para a natureza, pois a existência de qualquer forma de vida está relacionadacom este recurso fundamental. Grande quantidade de água circula entre a atmosfera e a crosta terrestre, sendo que sua formamais estável é encontrada nos oceanos, lagos, rios e outros reservatórios. Parte dessa água, ao ser evaporada, alcança a atmosferae é condensada para formação das chuvas. A condensação do vapor acontece sobre partículas sólidas em suspensão no ar, poisas mesmas apresentam grande capacidade de aglutinar gotas d’água. O objetivo deste artigo é mostrar como as partículaspodem ser geradas na atmosfera e o seu papel na formação da chuva. Mostraremos também a influência da temperatura, pressãoe superfície de evaporação sobre a formação de chuvas.

chuva, núcleo de condensação, cloreto de amônio

Esse ciclo pode ser definido comouma seqüência fechada de fenôme-nos através dos quais a água passada superfície da crosta terrestre paraa atmosfera e regressa àquela na for-ma de precipitação (Figura 1).

A precipitação pode ocorrer nasfases líquida (chuvaou chuvisco) ou sóli-da (neve, granizo). Aágua precipitada nafase sólida apresentaestrutura cristalina,no caso da neve, eestrutura granular, nocaso do granizo. Aneve e o granizo sãoformados quando ovapor d’água daatmosfera se condensa a uma tem-peratura inferior a 0 °C e passa direta-mente para o estado sólido. Porém,se a condensação for lenta e progres-siva, o gelo toma formas cristalinasmais ou menos regulares, simples oucomplexas, que constituem a neve.Caso a solidificação seja rápida ougerada a partir de pequenas gotaslíquidas super-resfriadas, o gelo éproduzido em massas disformes oucom pequenos traços de cristali-

zação, resultando assim na formaçãodo que conhecemos como granizo(Investigando a Terra, 1973).

A água que precipita nos continen-tes pode ter vários destinos. Uma par-te é devolvida diretamente à atmos-fera por evaporação; a outra se con-

centra formando oscursos de água; e orestante pode pene-trar no interior dosolo, subdividindo-se numa parcela quese acumula na partesuperior, podendovoltar à atmosferapor evapotranspira-ção, e em outra quecaminha em profun-

didade até atingir os lençóis aqüífe-ros, constituindo o escoamentosubterrâneo. Tanto o escoamento su-perficial quanto o subterrâneo ali-mentam os cursos de água que desa-guam nos lagos e oceanos. Oescoamento superficial constitui umaresposta rápida à precipitação ecessa pouco tempo depois dela, e oescoamento subterrâneo, em espe-cial quando se dá através de meiosporosos, é extremamente lento e con-

A distribuição da água nosseus três reservatóriosprincipais - oceanos,

continentes e atmosfera -é mantida devido a umatroca contínua entre os

estados físicos e constitui-se no que se conhececomo ciclo da água ou

ciclo hidrológico

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tinua a alimentar os cursos de águapor longos períodos após ter termi-nado a precipitação que o originou(Rebouças et al., 1999).

O aquecimento da superfície doplaneta pela radiação solar é respon-sável pela evaporação contínua daágua dos oceanos, rios e lagos. O va-por é transportado para outros luga-res distantes pela circulação geral daatmosfera. Durante esse transporte,parte desse vapor vai sendo conden-sado devido ao arrefecimento, for-mando as nuvens que podem originara precipitação.

Formação das nuvens e chuvasA ocorrência de chuvas está dire-

tamente relacionada com o processode evaporação da água que acontecenos mares, rios, lagos e em outrosreservatórios de água do planeta.Mudanças ambientais, como o au-mento da temperatura e a diminuiçãoda pressão atmosférica, favorecem apassagem da água líquida para o es-tado de vapor (evaporação). Atendência das moléculas de água naforma de vapor é espalharem-sehomogeneamente na atmosfera,resultado da difusão das moléculase ação dos ventos. Isto é o que de-veria ocorrer caso a atmosfera fossecomposta apenas de gases. Porém,mesmo na atmosfera natural e limpada Terra, existem pequenas partículashigroscópicas que funcionam comonúcleos de condensação para o va-

por de água. Essas partículas ficamrecobertas por uma fina camada deágua e são responsáveis pela forma-ção das nuvens. A existência de partí-culas na atmosfera é essencial paraa formação da nuvem e, conseqüen-temente, da chuva. Esse fenômenoda necessidade de superfície paracondensação de gotas de água é pre-senciado por nós sempre que obser-vamos uma tampa sobre uma panelade água fervendo.

Para formação de chuvas é neces-sário que as gotículas de água cres-çam em volume suficiente para caí-rem. Para que ocorra o crescimento,é indispensável o aporte de massa dear úmida e condições de temperaturae pressão que favoreçam a conden-sação do vapor de água. As partícu-las responsáveis pela ocorrência dasnuvens são higroscópicas, isto é, têmafinidade por água. Essas partículassão formadas principalmente atravésde reações ácido-base que ocorremna atmosfera.

Vários ácidos são encontradosna atmosfera e podem ser emitidosatravés de atividades humanas oupor fontes naturais (Leharne, 1987).Já a única base presente na atmos-fera em quantidade significativa éa amônia (NH3). As moléculas dogás ácido (por ex., cloreto de hidro-gênio - HCl) reagem com as molé-culas do gás básico amônia e comoresultado se formam pequenos cris-tais do sal cloreto de amônio

(NH4Cl). O esquema geral dessasreações está mostrado a seguir ese relaciona com a capacidade quea amônia atmosférica tem de neu-tralizar ácidos. Uma parte substan-cial dos ácidos atmosféricos gera-dos pela oxidação do SO2 e NOx éneutralizada pela amônia e os pro-dutos finais são os sais de amôniohigroscópicos, na forma de mate-rial particulado. Essas partículas for-mam a fração de menor tamanhodo material particulado total presen-te na atmosfera (Felix e Cardoso,2004).

HX + NH3 → NH4X(1)

Neste experimento, propõe-seinicialmente observar a formação daspartículas na atmosfera e como elaspodem ser utilizadas como núcleo decondensação, para posteriormenteestudar a influência da temperatura,pressão e superfície de evaporaçãosobre a formação e ocorrência daschuvas. Os experimentos envolvidossão bastante simples e possibilitamque se relacione de forma clara a im-portância das reações químicas naatmosfera em fenômenos meteoroló-gicos que ocorrem naturalmente esão fundamentais para todos nós, co-mo é o caso das chuvas. Mostra tam-bém o papel desempenhado pelosácidos na formação de nuvens e per-mite que se pense nos possíveisefeitos do excesso de gases ácidos(poluição) na atmosfera, que é a co-nhecida chuva ácida (Gaffney et al.,1987; vide também artigo de Maia etal., nesta edição).

Material e reagentes utilizados• Frascos de vidro• Bexigas de borracha• Forma de alumínio ou plástico• Palitos de madeira• Algodão• Água• Ácido clorídrico concentrado

(HCl 37%, m/m)1

• Hidróxido de amônio concentra-do [solução aquosa de amônia,NH3(aq) 25%, m/m]

O ácido clorídrico e o hidróxido deamônio devem ser cuidadosamenteacondicionados em um pequeno fras-co conta-gotas e apenas manipula-

Figura 1: Ciclo hidrológico. Esquema simplificado do ciclo da água, mostrando os prin-cipais compartimentos com a água nos seus estados físicos.

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Figura 3: Efeito da pressão sobre a ocor-rência de chuvas.

Figura 4: Efeito da temperatura sobre aocorrência de chuvas.

Fatores ambientais e precipitação úmida

dos pelo professor.

Cuidados a serem tomadosFaça os experimentos em locais

bem ventilados, a fim de possibilitaruma maior dispersão dos gases libe-rados. Se os testes forem feitos emambientes com pouca ventilação na-tural, deve haver um sistema deexaustão funcionando durante operíodo de trabalho.

Use equipamentos de proteçãoindividual apropriados, como óculos,luvas descartáveis de borracha eavental. Além disso, deve-se evitarcontato com a pele e olhos e não res-pirar diretamente ao abrir os frascosdos reagentes.

HCl(aq) e NH3(aq) em contatocom a pele podem causar irritação senão forem removidos por meio delavagem com água. Como ambossão voláteis, os seus vapores, se ina-lados, podem provocar efeitos irritan-tes nas vias respiratórias, como tosse,sensações de engasgo e queimadurada garganta. Porém, se mesmo comtodos os cuidados tomados houveralgum tipo de contato acidental coma pele, deve-se lavar imediatamentecom muita água. Em caso de inala-ção, deve-se remover a pessoa paralocal fresco e arejado. Entretanto, éimportante ressaltar que, como nes-ses experimentos são manipuladasquantidades muito pequenas dosreagentes, os riscos são baixos.

Procedimento experimental

Formação do material particuladoatmosférico

Utilize dois palitos de haste longa,cujas pontas foram enroladas comum pequeno chumaço de algodão.

Coloque uma gota de HCl(aq) con-centrado em um deles e uma gotade NH3(aq) concentrada no outro.Aproxime lentamente as pontas dospalitos sem que elas se toquem. Ob-serve a formação do material particu-lado.

Efeito da superfície de evaporaçãoColoque em dois frascos de vidro

de diâmetros diferentes uma mesmaquantidade de água e, em seguida,tampe-os por aproximadamente10 minutos, para que o ar contidodentro deles fique saturado de vapord’água. Remova as tampas e intro-duza dois palitos com pontas enro-ladas em algodão, contendo respec-tivamente HCl(aq) e NH3(aq) concen-trados e tampe-os novamente (Figura2). Faça essas operações o maisrápido possível e evite contato entreos palitos. Observe em quais dosfrascos foi possível a melhor visuali-zação das nuvens e formação daschuvas.

Efeito da pressãoSabe-se que a variação da pres-

são provoca mudanças no estadogasoso da água. Com base nisso, épossível realizar experimentos quemostrem como a pressão influenciaesses fenômenos. Utilize novamenteos palitos para formar o material parti-culado e repita o mesmo procedimen-to anterior, desta vez tampando ofrasco com uma bexiga de borracha,com o propósito de variar a pressãono interior do frasco. Em seguida,empurre e puxe a bexiga várias vezese observe se a condensação do va-por d’água foi favorecida quando hou-ve aumento ou diminuição da pressão(Figura 3).

Efeito da temperaturaA temperatura é um fator importan-

te na formação de chuvas. Regiõesquentes e próximas ao mar são favo-recidas pelas chuvas, porque a altatemperatura possibilita a evaporaçãoda água e, além disso, o mar é umafonte de partículas, principalmenteNaCl. Essas partículas são originadaspelo movimento das ondas que sequebram e formam pequenas gotícu-las de água que são arrastadas pelovento para a atmosfera. O resultado éa criação de uma condição favorávelpara formação de chuva. É possívelsimular o efeito da temperatura sobrea formação das nuvens e chuvas. Paraisso, pegue dois frascos, semelhantesàqueles onde foram obtidos os melho-res resultados nos experimentos ante-riores, e coloque um deles em umaforma contendo água morna (Figura 4),mantendo o outro em temperatura

Figura 2: Efeito da superfície de evaporação sobre a ocorrência de chuvas.

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Abstract: Environmental Factors that Affect Wet Precipitation – Water has a role of extreme importance for nature, since the existence of any life form is related to this fundamental resource. A largeamount of water circulates between the atmosphere and the terrestrial crust, its most stable form being found in the oceans, lakes, rivers and other reservoirs. Part of this water when evaporatedreaches the atmosphere and is condensed for the formation of rain. The condensation of water vapor occurs around solid particles suspended in air, since they have a great capacity for agglutinatingwater drops. The goal of this article is to show how such particles can be generated in the atmosphere and their role in the formation of rain. The influence of temperature, air pressure and evaporationsurface on the formation of rain will also be shown.Keywords: rain, condensation nucleus, ammonium chloride

Fatores ambientais e precipitação úmida

ambiente, a fim de comparar os resul-tados. Após 2 min, abra rapidamentee introduza os palitos com algodãocontendo o HCl e o NH3(aq) concen-trados. Após a formação das partícu-las, feche rapidamente o frasco eobserve. Repita o procedimento comtempo de espera de cerca de 10 min.

Resultados e discussão

Efeito da superfície de evaporaçãoApesar dos dois frascos terem a

mesma quantidade de água, é possí-vel uma melhor visualização das gotí-culas no frasco de diâmetro maior, poiseste, por ter uma maior superfície,permite a evaporação de maior quan-tidade de água na atmosfera do vidro,o que favorece a formação das chuvas.

Efeito da pressãoObserva-se que é necessário ini-

cialmente puxar a bexiga, para dimi-nuir a pressão no interior do frasco, afim de possibilitar uma evaporaçãomais rápida. Em seguida, um melhorresultado pode ser obtido quando apressão é aumentada, ou seja, a bexi-ga é empurrada para dentro do fras-co, pois, nesse caso, a condensaçãoocorrerá de forma mais eficiente.

Efeito da temperaturaComparando os dois frascos, nota-

se que o aumento da temperatura favo-rece a formação de gotas d’água, quecorrespondem às chuvas. Entretanto,isto só é possível em tempos de aque-cimento inferiores a 5 minutos, pois aevaporação é mais completa. Em tem-pos de aquecimento maiores aconteceo inverso, porque as condições nãosão adequadas à condensação dovapor d’água, já que a atmosferatambém se aquece e isto dificulta acondensação do vapor d’água.

ConclusõesDe acordo com experimentos rea-

lizados anteriormente, pôde-se obser-var que a visualização das gotículas deágua na ausência de núcleos de con-

Referências bibliográficasFELIX, E.P. e CARDOSO, A.A. Amô-

nia (NH3) atmosférica: Fontes, trans-formação, sorvedouros e métodos deanálise. Química Nova, v. 27, p. 123-130, 2004.

GAFFNEY, J.S.; STREIT, G.E.; SPALL,W.D. e HALL, J.H. Beyond acid rain.Environ. Sci. Technol., v. 21, p. 519-524,1987.

Investigando a Terra. Trad. D. Celoriaet al. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil,ca. 1973. v.1, p. 206-207.

LEHARNE, S. The chemistry of acidprecipitation. Education in Chemistry, v.24, n. 5, p. 141-144, 1987.

REBOUÇAS, A.C.; BRAGA, B. eTUNDISI, J.G. Capital ecológico, usoe conservação. São Paulo: EscriturasEditora, 1999.

TUNDISI, J.G. Ciclo hidrológico egerenciamento integrado. Ciência eCultura, ano 55, n. 4, p. 31-33, 2003.

Para saber maisBRANCO, S.M. Água: Origem, uso e

preservação. São Paulo: Editora Mo-derna, 2001.

ROCHA, J.C.; ROSA, A.H. e CARDO-SO, A.A. Introdução à Química Am-biental. Porto Alegre: Bookman, 2004.

Esses livros são interessantes poisapresentam uma série de informaçõessobre disponibilidade de água no mun-do, bem como as transformações nociclo hidrológico. Também é comentadaa importância que o material particuladodesempenha na formação das chuvas,o que está em concordância com osexperimentos realizados neste trabalho.

densação não ocorre de forma satis-fatória. Melhores resultados são obti-dos quando partículas higroscópicasestão presentes, pois estas são res-ponsáveis pela formação das nuvens,visto que funcionam como núcleos decondensação de vapor d’água.

Esses conhecimentos adquiridosaqui são usados pelos “semeadoresde chuva”, que ganham dinheiro pro-duzindo chuva em locais escolhidos.Utilizando aviões ou foguetes, eles lan-çam em nuvens sais finamentedivididos, com o objetivo de fazer cho-ver. É comum em grandes áreas po-luídas observar a mudança no regimede chuvas. Uma possível explicação éque a poluição atmosférica é carac-terizada pelo aumento de materialparticulado na atmosfera. O aumentodo número de partículas na atmosferapode aumentar ou diminuir o regimede chuvas. Nesse último caso, um au-mento muito grande no número departículas pode criar um número tãogrande de gotículas que não serápossível seu crescimento até que elasatinjam o tamanho suficiente para cho-ver. Com base nisso, pode-se constatarque chover não tem relação com vocêmarcar para ir à praia ou fazer pique-nique. É apenas vapor d’água, partí-culas que atuam como núcleos decondensação, mudança de pressão etemperatura... e bom fim-de-semana!

Questões para discussão• Comente a importância do ma-

terial particulado na formação daschuvas e se é possível a ocorrênciade precipitação sem a presença des-ses núcleos de condensação.

• Discuta como o aumento naemissão de gases para a atmosferainfluencia na formação de partículas,que posteriormente podem resultarna precipitação úmida.

• Como uma cidade com poucaspraças e muito concreto e asfalto afe-ta o ciclo hidrológico local? Quais asconseqüências?

• Todo ácido que vai para atmos-

fera passa a ser um vilão do meioambiente?

Nota1. Pela lei de vigência atual, HCl con-

centrado só pode ser comprado comautorização da Polícia Federal, especi-ficando o porquê do uso do produto.

Erika Pereira Felix é doutoranda no Instituto de Quí-mica de Araraquara da Universidade Estadual Paulista“Júlio de Mesquita Filho” - Unesp (IQAr-Unesp).Arnaldo Alves Cardoso (acardoso@iq. unesp.br), ba-charel e licenciado em Química, mestre e doutor emQuímica (Química Analítica) pela USP, é docente doDepartamento de Química Analítica do IQAr-Unesp.