Capítulo 1: Introdução à Química Ambiental 23. Parte I: AR E ENERGIA 37 Capítulo 2: A Química da Estratosfera: A Camada de Ozônio 39
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- Neusa Guterres Castel-Branco
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1 Capítulo 1: Introdução à Química Ambiental 23 A NATUREZA DA QUÍMICA AMBIENTAL E A ORGANIZAÇÃO DESTE LIVRO 24 UM ESTUDO DE CASO: OS PRODUTOS QUÍMICOS TÓXICOS E OS RECÉM-NASCIDOS 25 ABORDAGENS PARA A PREVENÇÃO DA POLUIÇÃO 29 LEITURA COMPLEMENTAR 31 SITES INTERESSANTES 32 Discussão entre Capítulos: Os Efeitos dos PCBs Tóxicos sobre a Saúde. Uma Entrevista com Joseph L. Jacobson 33 Parte I: AR E ENERGIA 37 Capítulo 2: A Química da Estratosfera: A Camada de Ozônio 39 REGIÕES DA ATMOSFERA 43 UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO PARA GASES AMBIENTAIS 44 A QUÍMICA DA CAMADA DE OZÓNIO 45 A Absorção de Luz por Moléculas 45 Conseqüências Biológicas da Depleção de Ozônio 48 Princípios de Fotoquímica 52 A Criação e a Destruição Não-Catalítica do Ozônio 55 Processos Catalíticos de Destruição do Ozônio 58 Quadro 2.1: Estruturas de Lewis dos Radicais Livres Simples 60 Quadro 2.2: A Velocidade das Reações Envolvendo Radicais Livres 62 Cloro e Bromo Atômicos como Catalisadores X 66 O BURACO DE OZÓNIO E OUTROS LOCAIS DE DEPLEÇÃO OOOZÓNIO 69 O Buraco de Ozônio na Antártida 69 A Depleção do Ozônio Ártico 76 A Diminuição Global do Ozônio Estratosférico 80 O Aumento da Radiação UV na Superfície da Terra 82
2 14 Sumário OS COMPOSTOS QUÍMICOS QUE CAUSAM A DESTRUIÇÃO DOOZÔNIO 82 Clorofluorcarbonetos (CFCs) 83 Quadro 2.3: Fórmulas e Códigos para os Compostos de Carbono (Inclusive CFCs) 84 Substitutos dos CFCs 87 Compostos que Contêm Bromo e Iodo 88 Acordos Internacionais sobre a Produção de CFCs e outras SDOs 90 UMA REVISÃO: A SISTEMÁTICA DA QuíMICA DA ESTRATOSFERA 93. QUESTÕES DE REVISÃO 96 PROBLEMAS COMPLEMENTARES 98 LEITURA COMPLEMENTAR 99 SITES INTERESSANTES 100 Discussão entre Capítulos: A Depleção do Ozônio Estratosférico. Uma Entrevista com F. Sherwood Rowland 102 Capítulo 3: A Química e a Poluição do Ar na Troposfera 107 UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO ATMOSFÉRICOS 108 DOS POLUENTES OZÔNIO URBANO: O PROCESSO DO SMOG FOTOQUÍMICO 108 A Origem e Ocorrência do Smog 108 Quadro 3.1: A Conversão de Unidades de Concentração para Gases 109 Reduzindo o Ozônio Troposférico e o Smog Fotoquímico 115 Análise Ambiental InstrumentaI3.l: Determinação Instrumental de NO x por Quimiluminescência 118 CHUVA ÁCIDA 123 As Fontes e a Redução da Poluição por Dióxido de Enxofre 124 Os Efeitos Ecológicos da Chuva Ácida e do Smog Fotoquímico 128 MATERIAL PARTICULADO E POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA 134 Fontes de Material Particulado Atmosférico 136 Índices de Qualidade do Ar para Matéria Particulada 138 A Distribuição de Tamanhos de Partículas em uma Amostra de Ar 139 OS EFEITOS DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS SOBRE A SAÚDE 143 Os Efeitos dos Smogs 144 Os Efeitos dos Particulados 147 Quadro 3.2: O Estudo das "Seis Cidades" e Mortalidade 150 sobre Poluição A QUÍMICA DETALHADA DA TROPOSFERA 152 Gases Traço no Ar Limpo 152 Princípios de Reatividade na Troposfera 154 A Oxidação Troposfér+-i do Metano 159 Smog Fotoquímico: A Oxidação de Hidrocarbonetos 163
3 Sumário 15 Smog Fotoquímico: O Destino dos Radicais Livres 167 A Oxidação do S02 na Atmosfera: O Mecanismo em Fase Gasosa Homogênea 172 A Oxidação do Dióxido de Enxofre em Fase Aquosa 173 POLUIÇÃO DO AR EM INTERIORES 176 Forrnaldeído 176 Dióxido de Nitrogênio e Monóxido de Carbono 178 A Fumaça do Cigarro no Ambiente 179 Amianto 180 A Radioatividade do Gás Radônio 181 QUESTÕES DE REVISÃO 186 PROBLEMAS COMPLEMENTARES 187 LEITURA COMPLEMENTAR 188 SITES INTERESSANTES 190 Discussão entre Capítulos: A Poluição do Ar por Particulados e a Saúde Humana. Uma Entrevista com Douglas W. Dockery 191 Capítulo 4: O Efeito Estufa e o Aquecimento Global 195 O MECANISMO DO EFEITO ESTUFA 196 O Balanço de Energia da Terra 196 Vibrações Moleculares: Absorção de Energia pelos Gases Indutores do Efeito Estufa 199 OS PRINCIPAIS GASES INDUTORES DO EFEITO ESTUFA 201 Dióxido de Carbono: Emissões e Tendências 201 Vapor de Água 210 OUTRAS SUBSTÂNCIAS QUE AFETAM O AQUECIMENTO GLOBAL 211 Gases Traço: Tempo de Residência Atmosférico 212 Metano 213 Análise Ambiental Instrumental 4.1: Determinação Instrumental do Metano Atmosférico 216 Óxido Nitroso 222 Os CFCs e seus Substitutos 224 O Ozônio Troposférico 226 Os Efeitos Modificadores do Clima Causados por Aerossóis 226 O AQUECIMENTO GLOBAL HOJE 231 Quadro 4.1: Um Modelo Simples dos Efeitos Competitivos dos Gases Indutores do Efeito Estufa e Aerossóis de Sulfato sobre as Temperaturas Globais 236 QUESTÕES DE REVISÃO 239 PROBLEMAS COMPLEMENTARES 240 LEITURA COMPLEMENTAR 242 SITES INTERESSANTES 242
4 16 Sumário Capítulo 5: Uso da Energia, as Emissões de CO 2 e suas Conseqüências Ambientais 245 AS PREVISÕES SOBRE O AQUECIMENTO GLOBAL FUTURO, O USO DA ENERGIA E OS NÍVEIS DE CO As Conseqüências Potenciais do Aquecimento Global 246 O Uso da Energia 248 As Reservas de Energia 250 Cenários sobre a Emissão de CO Esquemas de Alocação de CO CO 2 : Minirnizando as Futuras Emissões 260 ENERGIA SOLAR 264 A Absorção Direta da Energia Solar 266 Limitações nas Conversões de Energia: A Segunda Lei da Termodinâmica 268 Células Solares 270 Vantagens e Desvantagens da Energia Solar 273 COMBUSTÍVEIS CONVENCIONAIS E ALTERNATIVOS E SUAS CONSEQÜÊNCIAS AMBIENTAIS 274 A Gasolina e suas Variações 274 Gás Natural e Propano 278 Combustíveis Oxigenados e Aditivos: Metanol, Etanol e Éteres 279 Hidrogênio - O Combustível do Futuro? 288 Hidrogênio: O Armazenamento 292 Hidrogênio: A Produção 294 Conclusões sobre os Combustíveis Alternativos 296 ENERGIA NUCLEAR 297 Reatores de Fissão 298 Plutônio 301 Quadro 5.1: Contaminação de Plutônio 303 Reatores de Fusão 304 QUESTÕES DE REVISÃO 305 PROBLEMAS COMPLEMENTARES 307 LEITURA COMPLEMENTAR 308 SITES INTERESSANTES 309 Radioativa pela Produção Discussão entre Capítulos: O Plutônio e a Energia Nuclear. Urna Entrevista com Glenn Seaborg 310 PARTE 11:SUBSTÂNCIAS TÓXICAS 313 Capítulo 6: Produtos Orgânicos Tóxicos 315 PESTICIDAS 316 Tipos de Pesticidas 316 Inseticidas Tradicionais 317
5 Sumário 17 INSETICIDAS ORGANOCLORAOOS 319 DDT 320 Quadro 6.1: A História do DDT 322 Acumulação e Destino dos Organoclorados em Sistemas Biológicos 324 Análogos do DDT 327 Outros Inseticidas Organoclorados 329 Ciclopentadienos Clorados 331 Análise Ambiental Instrumental 6.1: A Detecção de Pesticidas por Captura Eletrônica 332 PRINCÍPIOS DE TOXICOLOGIA 335 Relação Dose-Resposta 336 Avaliação e Gerenciamento de Risco 340 OUTROS TIPOS DE INSETICIDAS MODERNOS 342 Inseticidas à Base de Organofosforados e Carbamatos 342 Manejo Integrado de Pragas e Inseticidas Naturais 345 HERBICIDAS 349 Herbicidas à Base de Triazinas 349 Outros Herbicidas Orgânicos 351 Herbicidas do Tipo Fenóxi 352 Contaminação por Dioxinas Derivadas de Herbicidas e Preservantes de Madeira 354 Quadro 6.2: Deduzindo a Provável Origem Clorofenólica de uma Dioxina 358 PCBs 359 A Estrutura Química dos PCBs 359 As Propriedades e os Usos dos PCBs 361 Contaminação dos PCBs por Furano 365 Outras Fontes de Dioxinas e Furanos 367 Quadro 6.3: Prevendo os Furanos que Serão Formados a Partir de um DadoPCB 368 OS EFEITOS DE DIOXINAS, FURANOS E PCBs NA SAÚDE 370 Toxicologia de PCBs, Dioxinas e Furanos 371 Efeitos sobre a Saúde Humana 375 RESUMO DE ORGANOCLORAOOS 379 HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS POLINUCLEARES (PAHs) 380 A Estrutura dos PAHs 380 PAHs como Poluentes 381 Quadro 6.4: Mais sobre o Mecanismo Carcinógeno dos PAHs 385 TRANSPORTE DE LONGO ALCANCE DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS 387 ESTROGÊNIOS AMBIENTAIS 390 QUESTÕES DE REVISÃO 394 PROBLEMAS COMPLEMENTARES 396
6 18 Sumário LEITURA COMPLEMENTAR 397 SITESINTERESSANTES 398 Discussão entre Capítulos: Estrogênios Arnbientais e Saúde. Urna Entrevista com Stephen H. Safe 400 Capítulo 7: Metais Pesados Tóxicos 403 CARACTERÍSTICAS COMUNS 403 Toxicidade dos Metais Pesados 404 Bioacumulação de Metais Pesados 406 MERCÚRIO 408 O Elemento Livre 408 Amálgamas de Mercúrio 409 O Mercúrio e o Processo Cloro-Soda 410 O Mercúrio Iônico 411 A Formação de Metilmercúrio 412 Toxicidade do Metilmercúrio 414 Outras Fontes de Metilmercúrio 415 Outras Formas de Mercúrio 417 CHUMBO 417 O Elemento Livre 417 O Íon Chumbo Análise Ambiental Instrumental 7.1: Determinação de Chumbo por Plasma Acoplado Indutivamente 420 A Solubilização de Sais "Insolúveis" de Chumbo 423 O Íon Chumbo Chumbo Orgânico Tetravalente426 O Chumbo no Ambiente e Seus Efeitos sobre a Saúde 426 CÁDMIO 430 O Elemento Livre 430 O Cádmio no Ambiente 431 ARSÊNIO 433 Quadro 7.1: Compostos de Organoestanho 435 QUESTÕES DE REVISÃO 437 PROBLEMAS COMPLEMENTARES 438 LEITURA COMPLEMENTAR 439 SITESINTERESSANTES 439 PARTE III: ÁGUA 441 Capítulo 8: A Química das Águas Naturais 443 ÁGUAS SUBTERRÂNEAS 444 A QUÍMICA DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO EM ÁGUAS NATURAIS 445 O Oxigênio Dissolvido 445
7 Sumário 19 Demanda de Oxigênio 446 Decomposição Anaeróbica de Matéria Orgânica em Águas Naturais 449 Análise Ambiental Instrumental 8.1: Cromatografia Iônica de Ânions de Relevância Ambiental 450 A Escala de pe 453 Compostos de Enxofre em Águas Naturais 456 Drenagem Ácida de Minas 458 Compostos de Nitrogênio em Águas Naturais 459 Nitratos e Nitritos em Alimentos e Água 460 Nitrosaminas nos Alimentos e na Água 462 A QUÍMICA ÁCIDO-BASE EM ÁGUAS NATURAIS: O SISTEMA CARBONATO 463 O Sistema CO 2 /Carbonato 463 Água em Equilíbrio com Carbonato de Cálcio Sólido 465 Água em Equilíbrio com CaC0 3 e CO 2 Atmosférico 468 Concentrações de Íons em Águas Naturais e em Água Potável 471 A Água de Mar 473 Índices de Alcalinidade em Águas Naturais 474 Índice de Dureza em Águas Naturais 476 O Alumínio em Águas Naturais 477 QUESTÕES DE REVISÃO 479 PROBLEMAS COMPLEMENTARES 480 LEITURA COMPLEMENTAR 481 SITES INTERESSANTES 481 Capítulo 9: A Purificação de Águas Poluídas 483 A CONTAMINAÇÃO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS 483 APURIFICAÇÃODAÁGUAPOTÁVEL 488 As Etapas da Purificação 488 Quadro 9.1: Carvão Ativado 489 Desinfecção da Água por Outros Métodos que não a Cloração 491 Desinfecção da Água por Cloração 493 Quadro 9.2: O Mecanismo de Produção de Clorofórmio na Água Potável 495 A CONTAMINAÇÃO DE ÁGUAS SUPERFICIAIS POR FOSFATOS 498 O TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS E DE ESGOTO 501 Quadro 9.3: Variação com o Tempo da Concentração Durante sua Oxidação em Duas Etapas 507 de Amônia O TRATAMENTO DE CIANETOS E METAIS EM ÁGUAS RESIDUAIS 508 TÉCNICAS MODERNAS DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUAIS E AR 510 Destruição de Compostos Orgânicos Voláteis 510 Processos Oxidativos Avançados para Purificação de Água 511
8 20 Sumário Processos Fotocatalíticos 514 A De~radação Redutiva de Compostos Clorados 515 Outros Processos Oxidativos Avançados 516 Remediação in situ de Águas Subterrâneas Contendo Organoclorados 517 QUESTÕES DE REVISÃO 520 PROBLEMAS COMPLEMENTARES 521 LEITURA COMPLEMENTAR 522 SITES INTERESSANTES 523 PARTE IV: GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS E SOLOS CONTAMINADOS 525 Capítulo 10: Resíduos, Solos e Sedimentos 527 Quadro 10.1: O Programa Superfund 528 A NATUREZA DOS RESÍDUOS PERIGOSOS 528 Resíduos Inflamáveis 529 Substâncias Reativas 531 Substâncias Corrosivas 532 Substâncias Tóxicas e Radioativas 533 LIXO DOMÉSTICO E ATERROS SANITÁRIOS 534 A ELIMINAÇÃO DOS RESÍDUOS 537 A Incineração 537 O Uso de Fluidos Supercríticos 541 Processos Não-Oxidativos 544 RECICLAGEM DE LIXO DOMÉSTICO E COMERCIAL 545 A Reciclagem de Papel 546 A Reciclagem de Pneus 547 A Reciclagem de Plásticos 548 SOLOS E SEDIMENTOS 552 A Química dos Solos 552 A Fixação de Metais Pesados aos Solos e Sedimentos 557 A Remediação de Solos Contaminados 560 A Análise e a Remediação de Sedimentos Contaminados 562 BIORREMEDIAÇÃO 564 Fitorremediação 568 A PREVENÇÃO DA POLUIÇÃO 570 A Química Verde 570 Avaliação do Ciclo de Vida 572 QUESTÕES DE REVISÃO 574 PROBLEMAS COMPLEMENTARES 575
9 Sumário 21 LEITURA COMPLEMENTAR 576 SITES INTERESSANTES 576 Discussão entre Capítulos: O Futuro da Química Verde. Uma Entrevista com o Dr. Joseph Breen 577 Apêndice: Fundamentos da Química Orgânica 581 Respostas aos Problemas Selecionados 597 Índice 607
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