Aula S09

Química da Atmosfera Química da Atmosfera -- Parte IIParte IIPRINCIPAIS PROBLEMAS AMBIENTAIS E

Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Instituto de Ciências ExatasDepartamento de Química

Química Ambiental

PRINCIPAIS PROBLEMAS AMBIENTAIS E AS LEGISLAÇÕES BRASILEIRAS

11.. ChuvaChuva ácidaácida22.. EfeitoEfeito estufaestufa

33.. DepleçãoDepleção dada camadacamada dede ozônioozônio44.. ResoluçõesResoluções dodo CONAMACONAMA

Prof. Rafael Arromba de SousaJuiz de Fora, 2013

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Aula S08

1.1. Composição química e a poluição da atmosferaComposição química e a poluição da atmosfera

2.2. “Regiões da atmosfera”“Regiões da atmosfera”

33. . Transporte de substâncias e os Ciclos biogeoquímicosTransporte de substâncias e os Ciclos biogeoquímicos(Interações entre diferentes ecossistemas)

Relembrando ...

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�� EmEm relaçãorelação aoao fluxofluxo dede COCO22 entreentre osos diferentesdiferentes compartimentos,compartimentos, seriaseria possívelpossível calcularcalcularasas estimativasestimativas dede trocatroca ??

�� OO pHpH dada águaágua favorecefavorece aa dissoluçãodissolução dodo COCO22 atmosféricoatmosférico ?? DeDe queque formaforma ??

�� QuaisQuais sãosão asas principaisprincipais formasformas químicasquímicas dede transportetransporte dede carbonocarbono entreentre osos váriosvárioscompartimentoscompartimentos dada biosferabiosfera ??

Chuva Ácida

• MAS a água da chuva é NATURALMENTE ácida (pH ͌ 5,5) :

CO2 + H2O H2CO3 HCO3 -- + H ++

CHUVA ÁCIDA: chuva com pH entre 55,,00 e 22,,22

Consequencia da POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA (gases SOSO33 e NOxNOx)

Chuvas e neve contendo ácidos fortes (HH SOSO e HNOHNO )�������� Chuvas e neve contendo ácidos fortes (HH22SOSO44 e HNOHNO33)

���� Precipitação seca de sulfatossulfatos

• Prejudica a biota

–– Afeta o desenvolvimento de plantas Afeta o desenvolvimento de plantas

((danifica as folhasdanifica as folhas e e disponibiliza o Aldisponibiliza o Al33++ do solo)do solo)

–– Pode causar a mortandade de peixes e outros organismos aquáticosPode causar a mortandade de peixes e outros organismos aquáticos

–– Promove degradação de monumentos e construções civisPromove degradação de monumentos e construções civis3

Chuva Ácida – Principais reações

• Reações dos compostos de nitrogênionitrogênio

2 NONO + O2 → 2NO2

2 NONO22 + H2O → HNO2 + HNOHNO33

2 HNO2 + O2 → 2 HNOHNO33

• Reações dos compostos de enxofreenxofre

SOSO22 + 1/2O2 → SO3

SOSO33 + H2O → HH22SOSO44

Essas reações explicam como os ácidos são formados como os ácidos são formados na atmosfera4

Chuva Ácida – Ilustração do processo

�A chuva ácida pode cair em local distante da emissão dos poluentes

� Causa dano em diferentes ambientes (áreas urbanas e rurais) 5

Chuva Ácida – Entendendo os danos (monumentos e construções)

Efeito da precipitação ácida sobre uma estátua de Efeito da precipitação ácida sobre uma estátua de calcáriocalcário

H H ++ + CaCO+ CaCO3 (s)3 (s) �������� HCOHCO33-- + Ca + Ca 2+2+ ((equilíbrio deslocadoequilíbrio deslocado))

““A chuva ácida pode causar corrosão NÃO APENAS em minerais, mas também a A chuva ácida pode causar corrosão NÃO APENAS em minerais, mas também a metais e metais e tintastintas” ” �� Danos para a construção civilDanos para a construção civil

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Chuva Ácida – Entendendo os danos (biota)

“A “A maioria dos rios e lagos maioria dos rios e lagos possuem um possuem um pH entre 6,0 e 8,0 pH entre 6,0 e 8,0 e podem atingir e podem atingir

valores próximos de 5,0 quando os solos e a água não tem capacidade de valores próximos de 5,0 quando os solos e a água não tem capacidade de

neutralizar a acidez das chuvas” neutralizar a acidez das chuvas”

Diagrama mostrando a tolerância Diagrama mostrando a tolerância de algumas espéciesde algumas espécies à acidez da águaà acidez da água 7

Chuva Ácida – Entendendo os danos (biota)

Efeito da precipitação ácida sobre uma floresta (Alemanha, 1970 - 1983)

-- EuropaEuropa,, AméricaAmérica dodo NorteNorte ee algunsalguns paísespaíses asiáticosasiáticos sãosão osos maismais afetadosafetados

pelapela chuvachuva ácidaácida

-- NoNo BrasilBrasil,, sabesabe--sese queque ocorremocorrem comcom maiormaior intensidadeintensidade nasnas cidadescidades dede

CubatãoCubatão,, SãoSão PauloPaulo ee RioRio dede JaneiroJaneiro8

Efeito EstufaEfeito EstufaRefere-se a uma contenção de CALORcontenção de CALOR promovida por moléculas gasosas específicas

(gases estufagases estufa)

FOCO do fenômeno são os problemas que podem ocorrer

ENTRETANTO, não há ainda medidas que determinem inequivocamente que ele existe !ENTRETANTO, não há ainda medidas que determinem inequivocamente que ele existe !

“PREVISÃO”: ���� Derretimento das calotas polares���� Alagamento de regiões costeiras���� Mudanças climáticas: - longos períodos de seca

- períodos de enchentes

POR OUTRO LADO, os gases estufa mantêm a temperatura do planeta numa faixa POR OUTRO LADO, os gases estufa mantêm a temperatura do planeta numa faixa conveniente para a vidaconveniente para a vida

Refletem para o solo a radiação infravermelha emitida pelas substâncias que absorvem a radiação solar 9

Efeito Estufa Efeito Estufa –– Ilustração do processoIlustração do processo

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Em outras palavras: “reflexão de calor para o solo”Em outras palavras: “reflexão de calor para o solo”

Efeito Estufa Efeito Estufa –– Princípio físicoPrincípio físico--químicoquímico

Moléculas como COCO2, CH4, H2O e O3

Absorvem e vibram na frequencia da radiação infravermelha

Contenção de calor pela atmosfera

ASSIM o acréscimo de gases estufa na atmosfera modificaASSIM o acréscimo de gases estufa na atmosfera modifica

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ASSIM o acréscimo de gases estufa na atmosfera modificaASSIM o acréscimo de gases estufa na atmosfera modificaa quantidade do calor retinoa quantidade do calor retino

A ATMOSFERA INTERAGE COM A LUZ DO SOL DE DIFERENTES MODOSA ATMOSFERA INTERAGE COM A LUZ DO SOL DE DIFERENTES MODOS::

•• AA atmosferaatmosfera éé “transparente”“transparente” aosaos comprimentoscomprimentos dada luzluz visívelvisível sendosendo queque aa camadacamada dede ozônioozônionana atmosferaatmosfera superiorsuperior absorveabsorve aa maiormaior parteparte dada luzluz ultraultra--violetavioleta

•• NaNa atmosferaatmosfera inferiorinferior,, oo COCO22 ee aa HH22OO fazemfazem comcom queque aa atmosferaatmosfera sejaseja “opaca”“opaca” aosaos raiosraios infrainfra--vermelhosvermelhos,, ee aa radiaçãoradiação temtem dificuldadedificuldade emem voltarvoltar aoao espaçoespaço

COCO22 –– DióxidoDióxido dede CarbonoCarbono:: ~~ 6060%% dodo efeitoefeito estufaestufa.. UsadoUsado comocomo referênciareferência métricamétrica padrãopadrão

parapara determinardeterminar oo potencialpotencial dede aquecimentoaquecimento globalglobal dosdos demaisdemais gasesgases dodo efeitoefeito estufaestufa

NN22OO –– ÓxidoÓxido nitrosonitroso:: -- ~~ 55%% dodo efeitoefeito estufa,estufa, potencialpotencial dede aquecimentoaquecimento 300300xx >> COCO22

-- Precursor da destruição da Camada de ozônio

CHCH44 –– MetanoMetano:: ~~ 1515%% dodo efeitoefeito estufa,estufa, potencialpotencial dede aquecimentoaquecimento 2525xx >> COCO22

OO –– OzônioOzônio:: ~~ 88%% dodo efeitoefeito estufa,estufa, tóxicotóxico parapara osos seresseres vivosvivos

Efeito Estufa Efeito Estufa –– Gases estufaGases estufa

OO33 –– OzônioOzônio:: ~~ 88%% dodo efeitoefeito estufa,estufa, tóxicotóxico parapara osos seresseres vivosvivos

SFSF66 –– HexafluoretosHexafluoretos dede enxofreenxofre ((hexafluoretohexafluoreto)):: potencialpotencial dede aquecimentoaquecimento 2200022000xx >> COCO22

HFCsHFCs –– HidrofluorcarbonetosHidrofluorcarbonetos::

substitutossubstitutos dosdos CFCsCFCs (que(que danificamdanificam aa camadacamada dede ozônio),ozônio), potencialpotencial dede aquecimentoaquecimento120120 -- 1200012000xx >> COCO22

PFCsPFCs –– PerfluorcarbonetosPerfluorcarbonetos:: altoalto poderpoder dede aquecimentoaquecimento ((65006500 -- 92009200xx >> COCO22))12

HALOCARBONETOSHALOCARBONETOS

Gases estufa Gases estufa –– Onde “usamos”Onde “usamos”

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Gases estufa Gases estufa –– Algumas consideraçõesAlgumas considerações

Por que o CO2 é considerado o grande “vilão” do efeito estufa se diversos outros gases

tem um poder de aquecimento muito maior ?

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Correto ? Correto ?

Química do ozônio

DrDr.. PaulPaul Crutzen,Crutzen, emem 19701970,, InstitutoInstituto MaxMaxPlanck,Planck, mostroumostrou queque osos óxidosóxidos dedenitrogênionitrogênio têmtêm umum papelpapel importanteimportante nonocontrolecontrole dodo equilíbrioequilíbrio naturalnatural dodo ozônioozônio

Dr. Mario Molina, MIT, publicou em

1974 com Dr. Sherwood Rowland um

artigo (Nature) muito comentado sobre

a ameaça do clorofluorcarbonos à

Camada de Ozônio

Embora estudos sobre o assunto datem da década de 1960, DESDE ENTÃO , muito ainda se pesquisa sobre o ozônio na

atmosfera e as características da camada de ozônio15

Constituinte importante (estratosfera) mas também um poluente (troposfera): um dos causadores do smogsmog fotoquímicofotoquímico

Química do ozônioOzônio como poluenteOzônio como poluente

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• Smog fotoquímico é o efeito visível na atmosfera (camada roxaacinzentada) do resultadoresultado dede poluentespoluentes ee dede suassuas reaçõesreações catalisadas pelaluz solar (reações fotoquímicas)

•• HISTORICAMENTEHISTORICAMENTE descobriu-se esse tipo de fenômeno pela primeira vezem Los Angeles, na década de 1940, e que costuma acontecer em cidadescom uma grande movimentação de veículos (acumulam óxidos denitrogênio e compostos orgânicos voláteis (COVs) na atmosfera)

Química do ozônio - Ozônio como poluenteOzônio como poluente

nitrogênio e compostos orgânicos voláteis (COVs) na atmosfera)

• Efeitos NOCIVOSNOCIVOS são irritaçãoirritação (passageira)(passageira) dodo sistemasistema respiratóriorespiratório,diminuiçãodiminuição nana resistênciaresistência àsàs doençasdoenças infecciosasinfecciosas (exposição prolongada),no nível MOLECULAR, o O3 reage com substâncias que contêm ligaçõesC=C (tecidos pulmonares)

� Emissões de O3 por processos industriais e de desinfecção de águadevem ser controlados e evitados !

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�������� Presente naturalmente na estratosfera o O3 absorve a radiação UV nafaixa de 220 a 320 nm

(Relembrando) Isto protegeprotege osos seresseres vivosvivos de radiações nocivas

�������� �������� Esta camada influencia a qualidade de vida dos seres vivos (natroposfera) e deve ser PRESERVADA

Química do ozônio – O ozônio estratosferaO ozônio estratosfera

�������� As reações envolvidas são geralmente fotoquímicas e são espontâneas

(de formação e decomposição):

OO22 ++ hhνν →→ 22OO

OO ++ OO22 →→ OO33 ++ calorcalor

OO33 ++ hhνν →→ OO ++ OO22

OO ++ OO33 →→ 22OO22

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ENTRETANTO, existem também reações de decomposição catalisadas por poluentespoluentes (XX) e que degradam a camada de ozônio:

XX ++ OO33 → → XO +XO + OO22

XO +XO + O → O → XX ++ OO22

�� O + OO + O33 → 2O→ 2O22

�� XX = gases clorados (CFCs), = gases clorados (CFCs), NO NO .., OH , OH ..

Química do ozônio – O ozônio estratosferaO ozônio estratosfera

�� XX = gases clorados (CFCs), = gases clorados (CFCs), NO NO , OH , OH

NO pode ser originado NO pode ser originado do Ndo N22O da troposferaO da troposfera

EX. DE REAÇÕES POSSÍVEIS: EX. DE REAÇÕES POSSÍVEIS: N2O + O ���� 2NONO

NONO + O3 → NO2 + O2

���� Equilíbrio dos níveis de O3 é afetado não só pela presença de poluentes diversos mas, também, pelo desequilíbrio no Ciclo do nitrogênio

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11)) Relembrando os conceitos de físico-química, a formação do ozônioestratosférico é endotérmica ou exotérmica? Por quê?

22)) Qual a consequencia que o Protocolo de Montreal trouxe para a químicasintética, em relação à a preservação da camada de ozônio?

Química do ozônio – QuestõesQuestões

33)) Como podem ser formados radicais hidroxilas nas altas camadas daestratosfera?

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Qualidade do ar e Legislação

HISTÓRICO

1)1) ResoluçãoResolução CONAMACONAMA nºnº 0505,, dede 1515..0606..8989,, queque instituiuinstituiu oo ProgramaPrograma NacionalNacional dedeControleControle dada QualidadeQualidade dodo ArAr "PRONAR”"PRONAR”

2)2) Resolução/CONAMA/Resolução/CONAMA/ nº nº 003 de 28 de junho de 1990003 de 28 de junho de 1990

�� Estabeleceu os padrões nacionais de qualidade do arEstabeleceu os padrões nacionais de qualidade do ar

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�� Definiu a forma de amostragem: Definiu a forma de amostragem: -- Amostrador de grandes volumes (Hi-vol) ou equivalente

�� Definiu os métodos para a monitoração de diferentes parâmetrosDefiniu os métodos para a monitoração de diferentes parâmetros-- Partículas totais em suspensão-- SO2

-- COCO-- O3

-- Fumaça-- Partículas inaláveis-- NO2

Qualidade do ar e Legislação

HISTÓRICO

1)1) ResoluçãoResolução CONAMACONAMA nºnº 0505,, dede 1515..0606..8989,, queque instituiuinstituiu oo ProgramaPrograma NacionalNacional dede ControleControledada QualidadeQualidade dodo ArAr "PRONAR"PRONAR

2)2) Resolução/CONAMA/nºResolução/CONAMA/nº 003003 dede 2828 dede junhojunho dede 19901990

���� Padrões estabelecidos (precedentes):- Preservar a saúde da população

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- Preservar a saúde da população- Evitar/minimizar danos à fauna e à flora

���� Define que “poluente atmosférico” é qualquer forma de matéria ou energiaque afete o ar alterando seus padrões de qualidade

���� ���� Manter ou atingir os padrões de qualidade torna-se um objetivo queexige estratégias de controle das emissões

���� Monitoração de partículas e espécies químicas é importante efrequentemente necessária. Métodos recomendados:

Resolução/CONAMA/N.º 003 de 28 de junho de 1990Resolução/CONAMA/N.º 003 de 28 de junho de 1990

���� Monitoração de partículas e espécies químicas é importante e frequentemente necessária. Métodos recomendados:

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Padrão PRIMÁRIO: valor MÁXIMO permitido Padrão PRIMÁRIO: valor MÁXIMO permitido -- Padrão SECUNDÁRIO: valor desejávelPadrão SECUNDÁRIO: valor desejável(1) Valor que não deve ser excedido mais de 1x ao ano;

(2) Valor média geométrica anual; (3) Valor média aritmética

1)1) Resolução/CONAMA/nº 003 de 28 de junho de 1990Resolução/CONAMA/nº 003 de 28 de junho de 1990

���� Monitoração de partículas e espécies químicas é importante e frequentemente necessária. Quais são os métodos recomendados/ “permitidos”?

� Métodos propostos pelo INMETRO ou IBAMA**

� Responsabilidade dos Estados

� Plano de emergência para episódiosepisódios críticoscríticos dede poluiçãopoluição::

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EpisódioEpisódio CríticoCrítico dede PoluiçãoPoluição dodo ArAr:: presença de altas concentrações de

poluentes na atmosfera em curto período de tempo, resultante da ocorrência

de condições meteorológicas desfavoráveis à dispersão dos mesmos

� Estados de ATENÇÃOALERTA

EMERGÊNCIA

(*) Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos(*) Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos

Qualidade do ar e LegislaçãoHISTÓRICO

1)1) Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional de Controle da Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar "PRONARQualidade do Ar "PRONAR

2)2) Resolução/CONAMA/nº 003 de 28 de junho de 1990Resolução/CONAMA/nº 003 de 28 de junho de 1990

33)) Resolução/CONAMA/nºResolução/CONAMA/nº 1818 dede 66 dede maiomaio dede 19861986:: PROCONVE - Programa de Controle da Poluiçãodo Ar por Veículos Automotores

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�� “Controlar”“Controlar” aa poluiçãopoluição dodo arar porpor veículosveículos automotoresautomotores (carros)(carros)

-- ExigênciasExigências tecnológicastecnológicas (prazos)(prazos)

-- LimitesLimites máximosmáximos dede poluentespoluentes (*)(*)

(*) Limites máximos de emissão dos compostos de chumbo não são regulamentados no Brasil, emfunção de ter sido abolido o uso do chumbo tetraetila como aditivo da gasolina na década de 80

POLUENTES

LIMITES

Fase L-4(1) Fase L-5 Fase L-6(2)

desde1º/1/2005

a partir de1º/1/2009

a partir de1º/1/2012

monóxido de carbono (CO em g/km) 2,70 2,70 2,00

hidrocarbonetos (HC em g/km) 0,50(3) 0,50(3) 0,50(3)

hidrocarbonetos não metano (NMHC em g/km) 0,20 0,06 0,06

óxidos de nitrogênio (NOx em g/km) 0,43(4) ou 1,00(5) 0,25(4) ou 0,43(5) 0,25(4) ou 0,35(5)

material particulado(5) (MP em g/km) 0,10 0,06 0,04

33)) Resolução/CONAMA/nºResolução/CONAMA/nº 1818 dede 66 dede maiomaio dede 19861986:: PROCONVE - Programa de Controle da Poluiçãodo Ar por Veículos Automotores

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aldeídos(4) (CHO g/km) 0,06 0,04 0,03

emissão evaporativa (g/ensaio) 2,0 2,0 1,5(4)(7) ou 2,0(4)(6)(7)

emissão de gás no cárter nula nula nula

(1) Permanece em vigor nos anos de 2009, 2010 e 2011, somente para os veículos Diesel, por força de Acordo Judicial homologado pelo Juízo federal no estado de São Paulo(2) Em 2012 -> Inicia para os veículos Diesel dos signatários do Acordo Judicial;

A partir de 2013 -> para todos os veículos Diesel;

A partir de 2014-> para os novos lançamentos de veículos do ciclo Otto;A partir de 2015 -> para todos os veículos comercializados.

(3) Aplicável somente a veículos movidos a GNV;(4) Aplicável somente a veículos movidos a gasolina ou etanol;(5) Aplicável somente a veículos movidos a óleo diesel;(6) Aplicável aos ensaios realizados em câmera selada de volume variável(7) Aplicável a todos os veículos a partir de 1º/1/2012

Qualidade do ar e Legislação

“... enquanto um carro roda em média 30 quilômetros por dia, as motos de entrega percorrem até “... enquanto um carro roda em média 30 quilômetros por dia, as motos de entrega percorrem até 180 quilômetros, poluindo tanto quanto 120 automóveis”180 quilômetros, poluindo tanto quanto 120 automóveis”

�������� PROMOTPROMOT –– ProgramaPrograma dede ControleControle dada PoluiçãoPoluição dodo ArAr porpor MotociclosMotociclos ee VeículosVeículos SimilaresSimilares(Resolução/CONAMA(Resolução/CONAMA// nº 297 de 2002)nº 297 de 2002)

-- Característica do Programa: encontraCaracterística do Programa: encontra--se atualmente na FASE 3 (Mse atualmente na FASE 3 (M--3), iniciada em 2009, que 3), iniciada em 2009, que

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-- Característica do Programa: encontraCaracterística do Programa: encontra--se atualmente na FASE 3 (Mse atualmente na FASE 3 (M--3), iniciada em 2009, que 3), iniciada em 2009, que contempla todos os modelos de ciclomotores, motociclos e veículos similares novos e veículos em contempla todos os modelos de ciclomotores, motociclos e veículos similares novos e veículos em

produçãoprodução

Observou-se que entre 20002000 e 20092009 houve uma redução de 2/3 nas emissões de COCO !

Atmosfera e Qualidade do arAtmosfera e Qualidade do ar

Química das ÁguasQuímica das Águas

TODOS DEVEM CONHECER A QUÍMICA AMBIENTAL

BUSCAR ATITUDES AMBIENTALMENTE ADEQUADAS(trabalho e vida pessoal)

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(trabalho e vida pessoal)

PRATICAR A “POLÍTICA DOS 3R´S” (resíduos sólidos ���� próximas aulas)

Referências usadas nestes slides

•• Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introdução à Química Ambiental, Porto Alegre Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introdução à Química Ambiental, Porto Alegre BookmanBookman, 2004, 2004

•• BairdBaird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo , C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo RecioRecio e Liz Carlos M. Carrera, 2 e Liz Carlos M. Carrera, 2 eded, Porto , Porto Alegre, Alegre, BookmanBookman, 2002, 2002

• Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 20112011

•• http://www.passeiweb.com/na_ponta_lingua/sala_de_aula/quimica/imagens/chuva_acida_formacao.jpghttp://www.passeiweb.com/na_ponta_lingua/sala_de_aula/quimica/imagens/chuva_acida_formacao.jpg, acessado 06-07-13

•• http://achuva.pbworks.com/w/page/1318337/As%20nossas%20descobertashttp://achuva.pbworks.com/w/page/1318337/As%20nossas%20descobertas, acessado 06-07-13

•• MozetoMozeto,, AA.. QuímicaQuímica AtmosféricaAtmosférica:: AA químicaquímica sobresobre nossasnossas cabeçascabeças.. CadernosCadernos TemáticosTemáticos dede QuímicaQuímica NovaNova

nana EscolaEscola.. 20012001

•• Tolentino, M., Filho, R.C. . A Química no efeito estufa. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. Tolentino, M., Filho, R.C. . A Química no efeito estufa. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. 19981998

• http://www.ibama.gov.br/areas-tematicas-qa/programa-proconve, acessado em , acessado em 1919--0707--1313

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