A QUIMICA DO AMBIENTE

Lucas Ribeiro FortesRômulo de Paiva e Silva

Sumário• Introdução• A atmosfera terrestre• Regiões externas da atmosfera• O ozônio na atmosfera superior• A química na troposfera• O oceano do mundo• A água doce• Química verde

Introdução

O desenvolvimento econômico depende criticamente dos processos químicos, alguns dos quais bastante prejudiciais ao ambiente.Analisaremos a natureza da atmosfera e

hidrosfera terrestres a fim de indicar as alterações no respectivo comportamento químico provocadas por nossas ações.

A atmosfera terrestreDividida em quatro regiões:

• Com o aumento de altitude a temperatura diminui na troposfera e aumenta na estratosfera.

• Sua composição não é uniforme.

• 99% da atmosfera é constituída de N2 e O2.

• O O2 é muito mais reativo que o N2.

• Possuem 99,9% da massa total da atmosfera.

• Em toda a atmosfera ocorre a diminuição da pressão de acordo com o aumento de altitude.

• Na troposfera ocorrem os fenômenos associados ao “tempo”.

Nuvens Chuvas Vento

Troposfera e Estratosfera

Regiões externas da atmosfera

A região superior à estratosfera constitui uma defesa contra a radiação e as partículas de grande energia que incidem continuamente sobre o planeta.

Nessa interação, as moléculas e os átomos na atmosfera superior sofrem transformações químicas.

FotodissociaçãoRuptura de uma ligação química provocada pela absorção de um fóton por uma molécula.

• A energia dos fótons deve ser suficiente para desencadear o processo químico.

• As moléculas devem absorver estes fótons.• O O2 absorve boa parte da radiação proveniente

do sol, antes que possa atingir o solo.

)g(O2h)g(O2

oxigênio atômico mais abundante que O2

50% de oxigênio atômico e 50% de O2

O2 mais abundante que oxigênio atômico

400km

130km

• A energia de dissociação do N2 é muito alta.

• O N2 não absorve facilmente os fótons.

• Pouco nitrogênio atômico é formado na atmosfera externa.

Fotoionização• Os elétrons existentes na atmosfera superior provêm da

fotoionização das moléculas provocadas pela radiação solar.

• Para que ocorra, a molécula tem que absorver um fóton com energia suficiente para remover um elétron.

Os comprimentos de onda desses fótons estão na região do ultravioleta e eles são completamente filtrados da radiação que atinge o solo, em virtude desses processos de absorção.

eNhN 22

O ozônio na atmosfera superior

• Entre 30 e 90 km de altitude os átomos de O colidem frequentemente com as moléculas de O2, provocando a formação do O3.

• O asterisco indica que a molécula de O3 está com excesso de energia, que deve ser afastada rapidamente da molécula, senão o ozônio se decompõe em O e O2, num processo inverso.

)g(O)g(O)g(O *32

• A molécula pode perder esse excesso de energia nas colisões com outros átomos ou moléculas.

A velocidade de formação do O3 depende de dois fatores:

• Presença de átomos de O (grandes altitudes).• Grande concentração de moléculas para favorecer

os choques entre O e O2 e entre O3 e M (baixas altitudes).

)g(M)g(O)g(M)g(O *3

*3

• Em virtude dessa dependência de fatores, a velocidade de formação do O3 tem um máximo numa camada a uma altura da ordem de 50 km, perto da estratopausa.

• O ozônio pode absorver radiação solar, decompondo-se em O e O2.

• Se não fosse pela camada de ozônio na estratosfera, fótons de alta energia atingiriam a superfície da Terra e a vida animal e vegetal não poderia sobreviver na presença dessa radiação de alta energia.

Destruição da camada de ozônioClorofluorcarbonos

• Utilizado em latas de spray, como gases refrigerantes, condicionamento de ar e como agentes espumantes para plásticos.

• Praticamente não reativos na atmosfera mais baixa.

• Relativamente insolúveis em água, por isso não são removidos da atmosfera através da chuva.

• A falta de reatividade permite que eles sobrevivam na atmosfera e difundam-se eventualmente para a estratosfera.

• Na estratosfera, devido à radiação, as ligações C – Cl são quebradas, formando átomos de cloro livres com facilidade.

• Os átomos de cloro reagem rapidamente com o ozônio para dar monóxido de cloro e oxigênio molecular.

• Em certas condições as moléculas de ClO podem regenerar os átomos de Cl livres, que podem assim reagir com mais O3.

)g(O)g(ClO)g(O)g(Cl 23

O buraco na camada de ozônio

• Até o momento os hidrofluorcarbonetos são as principais alternativas.

• Mudar dos CFCs para alternativas como os HFCs é caro.

• Os substitutos do CFC atual são menos eficientes em relação à refrigeração, necessitando de um pouco mais de energia para igualá-los.

Que susbstâncias podem substuituir os CFCs?

Química na troposfera

Compostos de enxofre• Concentração natural muito pequena diante das

concentrações acumuladas em ambientes urbanos e industriais.

• A combustão de carvão e de óleo é responsável por mais de 80% do total de SO2 presente na atmosfera.

• O SO2 pode ser oxidado a SO3, que quando se dissolve na água, forma ácido sulfúrico.

)aq(SOH)l(OH)g(SO 4223

• É principalmente a presença de SO2 e de H2SO4, na atmosfera que provoca o fenômeno da chuva ácida.

• Óxidos de nitrogênio, que formam o ácido nítrico, também contribuem para a chuva ácida.

• A acidez afeta muitas formações lacustres, reduzindo a população de peixes e afetando toda a comunidade ecológica das florestas vizinhas ao lago.

• A chuva ácida reage com metais e com carbonatos e ataca, por isso, os materiais metálicos e muitos materiais de construção civil.

• Remoção do SO2 dos gases da combustão através da injeção de calcário.

• O CaO reage com o SO2 e forma sulfito de cálcio.

• As partículas sólidas de CaSO3 e boa parte do SO2 inalterados são removidos do gás da combustão por uma suspensão aquosa de cal.

)g(CO)s(CaO)s(CaCO 23

)s(CaSO)g(SO)s(CaO 32

Monóxido de carbono

• É o mais abundante dos gases poluentes.• É incolor e inodoro.• Oferece risco à saúde humana, pois tem uma

afinidade 210 vezes maior com a hemoglobina do que o O2.

• Quantidades relativamente pequenas de CO podem inativar frações significativas de hemoglobina no sangue e prejudicar o transporte de oxigênio, podendo levar à morte.

Óxidos de nitrogênio e névoa fotoquímica

• O NO forma-se nos motores de combustão interna.

• Os óxidos de nitrogênio são os componentes principais das névoas urbanas.

• No ar, o NO é oxidado a NO2, que inicia as reações associadas com a névoa fotoquímica.

)g(NO2)g(O)g(N 22

• O ozônio é componente chave da névoa fotoquímica.

• É um poluente indesejável na troposfera.• Também é extremamente reativo e tóxico.• Problema: diminuição na estratosfera e aumento

na troposfera.

• A redução da névoa exige que os ingredientes essenciais para sua formação sejam removidos das descargas dos automóveis.

• Os conversores catalíticos são desenvolvidos para reduzir drasticamente os níveis desses ingredientes.

Vapor de água, dióxido de carbono e clima

• A atmosfera é essencial para manter a temperatura da Terra.

• O dióxido de carbono e o vapor de água são os componentes atmosféricos mais importantes na manutenção da temperatura.

• O planeta está em equilíbrio térmico, isto quer dizer que a Terra irradia energia para o espaço numa taxa igual à que absorve.

• Esses gases atmosféricos absorvem muito da radiação que sai da superfície da Terra.

• A influência dos gases atmosféricos na temperatura da Terra é chamada efeito estufa.

• A queima mundial de combustíveis fósseis tem aumentado visivelmente o nível de CO2.

• Esse aumento, de acordo com alguns cientistas, já está interferindo no clima da Terra.

Metano como gás de efeito estufa

• Cada molécula de CH4 tem aproximadamente 25 vezes o efeito estufa de uma molécula de CO2.

• O CH4 é formado em ambientes com pouco oxigênio.

• Bactérias anaeróbicas que florescem nos pântanos, aterros sanitários, próximas das raízes do arroz e no sistema digestivo dos animais ruminantes, produzem metano.

• Também escapa na extração e transporte de gás natural.

• Na troposfera o metano é atacado por espécies reativas como radicais OH, ou óxidos de nitrogênio, eventualmente produzindo outros gases de efeito estufa, como o O3.

• Reduções importantes do efeito estufa poderiam ser atingidas pela redução das emissões do metano ou capturando-se as emissões para uso como um combustível.

O oceano do mundoÁgua do mar

• 97,2% da água está no oceano do mundo.• A salinidade da água do mar é em média 35 g/L.• Existem muitas substâncias dissolvidas no

oceano, mas ele não é usado como fonte de matéria prima, pois o custo de extração é muito alto.

• Somente 3 substâncias são retiradas em quantidades significativas da água do mar: cloreto de sódio, bromo e magnésio.

Dessalinização• A água do mar é imprópria para o consumo

humano devido ao seu alto teor de sal.• O processo para remover o sal da água e torná-

la própria para o consumo é chamado de dessalinização.

• Pode ser feita por destilação ou por osmose invertida.

Água doce• Um adulto precisa beber aproximadamente 2

litros de água por dia, mas consumimos uma média de 300 litros por dia.

• Quando usamos água, ela se torna carregada com materiais adicionais dissolvidos, inclusive dejetos da sociedade humana.

• Se a população e a produção de poluentes ambientais aumentam, verificamos que devemos gastar quantidades cada vez maiores de recursos financeiros para garantir o fornecimento de água doce.

Oxigênio dissolvido e qualidade da água

• A quantidade de O2 na água é um importante indicador de sua qualidade.

• As bactérias aeróbicas consomem oxigênio para oxidar os materiais biodegradáveis.

• Quantidades excessivas de materiais biodegradáveis prejudicam a vida animal.

• Sem oxigênio, bactérias anaeróbicas prosperam e produzem substâncias que causam mal cheiro.

• O nitrogênio e o fósforo estimulam o crescimento desmesurado de plantas, o que contribui para a proliferação de algas e a turvação das águas.

• À medida que se desenvolvem as plantas, aumenta também a quantidade de matéria vegetal morta e em decomposição, o que é chamado de eutroficação.

• Os vegetais decadentes consomem O2, por serem biodegradáveis, levando à exaustão do O2 na água. O que torna insustentável a manutenção da vida animal.

• As fontes mais importantes de nitrogênio e fósforo são: esgotos domésticos, agricultura e pecuária.

Tratamento de fontes de água municipais

• Boa parte da água da rede de abastecimento é água “usada”, isto é, a água que já circulou por um ou mais de um sistema de esgotos ou de processos industriais.

• Essa água deve receber tratamento apropriado antes de ser consumida.

• Etapas: filtração grossa, sedimentação, filtração em areia, aeração e esterilização.

Abrandamento da água• A água com íons e e outros cátions

divalentes é chamada água dura.• Embora a presença desses íons não seja

prejudicial à saúde, eles tornam a água imprópria para o uso doméstico e industrial.

• A água com os íons cálcio e bicarbonato perde dióxido de carbono ao ser aquecida, liberando CaCO3, que reveste a superfície de sistemas de água quente e chaleiras, reduzindo a eficiência de aquecimento.

• Esses depósitos são chamados de crostas ou incrustações.

2Ca 2Mg

• A remoção desses íons é chamada abrandamento da água.

• O processo calcário-barrilha é bastante adotado no processo de abrandamento. A água é tratada com calcário, CaO e cinzas de barrilha, Na2CO3.

• Existe também o processo da troca iônica, em que a água dura passa por um leito de resina de troca iônica.

• Nesse processo, um íon é trocado por outro.

• A água amaciada dessa forma contém maior concentração de íons .

• Não é recomendado que pessoas que sofram de hipertensão bebam desta água.

• Para regenerar a resina, ela é limpada com jatos de solução de NaCl concentrada.

Na

Abrandamento por troca iônica

Química verde• Promove o desenvolvimento e aplicação de

produtos e processos químicos compatíveis com a saúde humana que preservam o meio ambiente.

• É melhor evitar os rejeitos do que tratá-los.• As substâncias geradas devem possuir pouca

ou nenhuma toxidade à saúde humana e ao ambiente.

• Substâncias tóxicas devem ser transformadas em inócuas quando possível.

Solventes e reagentes

• O uso de compostos orgânicos voláteis, como solvente para reações, é motivo de preocupação nos processos químicos.

• O solvente não é consumido na reação, mas existem liberações inevitáveis para a atmosfera.

• Ele pode ser tóxico ou se decompor durante a reação, criando rejeitos.

• O uso de fluidos supercríticos representa uma maneira de substituir o solvente convencional por CO2.

Outros processos

• A lavagem a seco de roupas usa solventes que podem provocar câncer. O uso desses solventes tem contaminado a água do subsolo. Há um método alternativo que usa CO2 supercrítico.

• As carrocerias metálicas são revestidas para prevenir a corrosão. Uma das etapas-chave é a eletrodeposição de uma camada de íons. No passado era usado o chumbo, mas por ele ser altamente tóxico, seu uso tem sido eliminado.

Purificação da água

• A desinfecção da água é uma das maiores inovações em saúde pública.

• Tem diminuído drasticamente os índices de doenças causadas por bactérias provenientes da água.

• A cloração da água produz um grupo de produtos secundários que são chamados de trialometanos (THMs).

• Alguns THMs são cancerinógenos e outros interferem no sistema endócrino.

• Apesar disso, é viável o uso dos THMs pois há uma incidência muito maior de cólera e tifo do que câncer causado por eles.

Referências bibliográficas

• QUÍMICA: A Ciência Central – 7ª. edição

• QUÍMICA: A Ciência Central – 9ª. edição

• www.google.com