Universidade de São Paulo Instituto de Química de São Carlos Programa de Educação Tutorial PET Monografia: Química e o meio ambiente

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1 Universidade de São Paulo Instituto de Química de São Carlos Programa de Educação Tutorial PET Monografia: Química e o meio ambiente Aluno: Denivaldo Ribeiro Mota Tutor: Prof. Dr. Hidetake Imasato São Carlos, Março de 2010

2 Sumário I.Introdução II.Química e a atmosfera A camada de ozônio Poluição do ar Efeito estufa e aquecimento global III. Solo e resíduos Natureza dos resíduos Descarte e reaproveitamento dos resíduos IV. Água Purificação das águas V. Conclusões VI. Referências Bibliográficas

3 I. Introdução É impossível analisar o meio ao qual estamos inseridos, sem de alguma forma enxergar toda química que faz parte dele. Ao observarmos cada ser vivente e o ecossistema que os cercam, vemos que os processos químicos estão intimamente ligados com o meio ambiente, seja na fotossíntese que fornece alimento às plantas, seja na troca de cor de pele nos camaleões. É sabido que a visão que grande parte da população tem com relação à química é a de causadora de problemas ambientais, haja vista que, principalmente nas últimas décadas, a quantidade de novos produtos químicos descartados de forma inadequada tem aumentado de maneira exorbitante, proliferando ainda mais a ideia da química como inimiga da natureza. Dessa forma, observa-se que materiais produzidos para facilitar a vida do homem e torná-la mais confortável, geram dejetos que são devolvidos ao meio ambiente, prejudicando plantas, animais e ao próprio ser humano 1. É inquestionável, porém, que inúmeros desses problemas ambientais foram e têm sido resolvidos utilizando-se da ciência e principalmente da química. Ingerir água potável, possuir rede de tratamento de esgoto ou mesmo analisar a fertilidade do solo em plantações são conquistas que só foram possíveis graças à química e suas mais variadas técnicas. Assim, fazendo uma análise dos riscos e benefícios da química para a sociedade de uma maneira geral, fica claro que a importância da mesma para a vida no planeta é muito grande. Problemas como efeito estufa, destruição da camada de ozônio e poluição das águas mostram ainda mais como a química está inserida no cotidiano das pessoas e o quanto ela ainda pode ajudar, já que esses são problemas globais e que a cada dia interferem mais na vida terrestre, sendo, portanto, passíveis de estudos, tanto de suas consequências, quanto de possíveis soluções. Resolver tais problemas é um objetivo da ciência em geral e um dos papéis da Química, além de encontrar maneiras de manter a produtividade para uma sociedade de consumo progressivo, ao passo que cuida das fontes de matéria-prima e do meio ambiente como um todo 2. 3

4 II. Química e a atmosfera A camada de ozônio O ozônio é um gás cuja molécula é formada por três átomos de oxigênio (O 3 ). Este gás é prejudicial em baixas altitudes, porém sua presença a altitudes que variam entre 20 a 35 km da superfície terrestre (na chamada estratosfera) é de extrema importância à vida na Terra 3. A molécula de ozônio é formada quando na estratosfera uma molécula de oxigênio (O 2 ) colide com um átomo isolado do mesmo: O + O 2 O 3 As moléculas de ozônio juntas formam camada que protege a Terra dos raios ultravioleta do sol. Esses raios causam sérios danos não só aos seres humanos, mas a qualquer tipo de vida, resultando nos seres humanos em queimaduras, alergias e até câncer de pele. De tempos pra cá, foi descoberto que a camada de ozônio vem perdendo espessura, chegando a existir buracos nos polos Norte e Sul, aumentando em demasia a exposição do planeta aos raios ultravioleta. Dentre as espécies que promovem a quebra das moléculas de ozônio está o cloro, um dos constituintes do CFC (clorofluorcarbono). O CFC é usado em vários tipos de spray, em motores de aviões, circuitos de refrigeração, espuma de plástico, formas e bandejas de plástico poroso, chips de computadores e solventes utilizados pela indústria eletrônica 2. Além do CFC, existem outras espécies que conseguem quebrar a molécula de ozônio, espécies estas que podemos representar genericamente pela letra X. Elas reagem da seguinte forma: X + O 3 XO + O 2 Atacam outro átomo de oxigênio e se formam novamente: XO + O X + O 2 A crescente diminuição da camada de ozônio tem acarretado um aumento nos casos de câncer de pele e acordos têm sido feitos entre as nações para a resolução do problema. Ações como a proibição da fabricação dos CFC s em aerossóis em alguns países já foram tomadas, assim como a proibição de outros produtos que também tinham o poder de atacar o ozônio. 4

5 Poluição do ar O início da Revolução Industrial na Inglaterra, em meados do século XVIII, marcou o aumento desenfreado da poluição atmosférica. Tamanha poluição é resultado, principalmente, da queima de combustíveis fósseis, tais como, gás natural e derivados do petróleo, que por sinal, geram energia para os setores industrial, elétrico e de transportes do mundo todo, sendo, portanto, extremamente complicada a não utilização dos mesmos 4. A poluição do ar tem gerado, especialmente nas grandes cidades, fenômenos atmosféricos bastante prejudiciais à saúde humana e o entendimento de tais fenômenos é de fundamental importância para que se possa ter noção da gravidade do problema. Smog Fotoquímico A palavra smog vem da combinação das palavras inglesas smoke (fumaça) e fog (neblina), tendo esse nome devido à falta de visibilidade quando o fenômeno ocorre 5. O smog é caracterizado por uma neblina amarelo-amarronzada formada por gotas de água constituinte do ar atmosférico e produtos de reações entre poluentes do ar, sendo que a principal fonte dos reagentes que geram o smog fotoquímico é a emissão de gases pelos automóveis. Como já foi dito, o ozônio é um gás muito importante a altas altitudes, porém a sua presença na troposfera (regiões atmosféricas situadas até 15 km da superfície) é indesejável e é justamente a alta concentração de ozônio no ar atmosférico que caracteriza o smog. São diversas as reações e os compostos que explicam o processo, entretanto os principais compostos que servem como reagentes são o óxido nítrico (NO), o oxigênio (O 2 ) e os hidrocarbonetos, que podemos identificar resumidamente como compostos formados por átomos de carbono (C) e hidrogênio (H). Esses reagentes, juntamente com a luz solar, interagem entre si formando os produtos essenciais no fenômeno do smog, o ozônio, o ácido nítrico (HNO 3 ) e outros compostos oriundos dos hidrocarbonetos como o formaldeído e a acreleína. A reação para o processo pode ser assim sintetizada: Hidrocarbonetos + NO + O 2 + luz O 3 + HNO 3 + outros compostos 5

6 O fenômeno do smog fotoquímico pode ser resumidamente definido, então, como sendo uma camada de ozônio no lugar errado e seus efeitos para a saúde humana incluem irritação nos olhos, pele e pulmões, secura das membranas protetoras do nariz e da garganta, alterações no sistema imunológico, além do agravamento de doenças respiratórias 5. Medidas têm sido tomadas por líderes de governo e donos de fábricas de automóveis, como alterações nos motores dos veículos para que haja diminuição na emissão de óxidos de nitrogênio 1. Figura 1: Smog na cidade de Los Angeles Crédito: Chuva Ácida O fenômeno da chuva ácida é mais um dos problemas gerados pela crescente industrialização, principalmente nas grandes cidades. Tal problema está relacionado, basicamente, com a interação da água presente na atmosfera com poluentes (oriundos de indústrias e automóveis). Essa água se acumula em nuvens na atmosfera e quando cai em forma de chuva ou até mesmo neve, causa desequilíbrios nos ecossistemas envolvidos, por estar mais ácida do que a chuva não poluída. Como se sabe, a atmosfera é composta, dentre outros gases, pelo gás carbônico (CO 2 ) e a água que reage com o mesmo é considerada levemente ácida. A reação que ilustra a interação da água com o gás carbônico é a seguinte: CO 2(g) + H 2 O (l) H 2 CO 3(aq) 6

7 O composto H 2 CO 3 é o ácido carbônico e é esse que dá o caráter levemente ácido à chuva na qual ele está presente 1. Infelizmente, o gás carbônico não é o único gás na atmosfera capaz de acidificar a água, dentre os mais importantes e maiores responsáveis pela chuva ácida estão o dióxido de enxofre (SO 2 ) e os óxidos de nitrogênio, representados genericamente por NO x. Esses óxidos geram os constituintes presentes em maior quantidade na chuva ácida: o ácido sulfúrico e o ácido nítrico, respectivamente, H 2 SO 4 e HNO 3. O dióxido de enxofre é gerado prioritariamente pela ação dos vulcões e pela queima de carvão, que possui na sua constituição até 9% de enxofre 1. Ele reage inicialmente com o oxigênio atmosférico formando o trióxido de enxofre (SO 3 ): SO 2 + ½ O 2 SO 3 Em seguida, o trióxido de enxofre interage com a água para formar o ácido sulfúrico 6 : SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Os processos para os óxidos de nitrogênio são parecidos com os processos dos óxidos de enxofre e resultam na formação do ácido nítrico. A chuva ácida é um problema grave no sentido de que afeta uma grande variedade de ambientes. Ela causa a contaminação de rios lagos e lençóis freáticos, prejudicando assim ecossistemas aquáticos e causando a mortandade de peixes e outras espécies; pode levar a desequilíbrios ambientais no que se refere à extinção de espécies animais e vegetais; causa a deterioração de construções históricas e mais importante, tem grande influência na saúde humana, uma vez que polui águas utilizadas para consumo. Crédito: 7

8 Figura 2: Ataque de monumento pela chuva ácida Inversão térmica Como na maioria dos casos a inversão térmica é um fenômeno que ocorre em grandes cidades, onde a poluição atinge proporções assustadoras. O processo ocorre quando uma camada de ar frio, que é mais densa, desce e segura todos os poluentes, provocando assim uma névoa cinza pouco acima da superfície da cidade. Sobre essa camada de ar frio, fica outra camada de ar, só que desta vez quente, que por ser menos densa sobe e impede que os poluentes se dispersem pela atmosfera. O fenômeno da inversão térmica ocorre principalmente no inverno, pois nessa época a escassez de chuvas faz com que a poluição que seria dispersa Figura 3: Inversão térmica na cidade de São Paulo pela água acumule-se ainda mais na baixa atmosfera. Os grandes problemas que a inversão térmica propicia são relativos à saúde das pessoas que estão inseridas nas cidades onde o fato ocorre. Os mais afetados são crianças e pessoas com algum tipo de doença respiratória, tais como asma e bronquite. O cansaço também é freqüente em áreas com inversão térmica. Toda e qualquer forma de solução do problema passa pelo mesmo ponto, que é a diminuição da poluição, seja ela industrial, proveniente de automóveis, enfim, acabar com a inversão térmica em grandes cidades requer, necessariamente, acabar com a sua fonte, poluentes atmosféricos 7. Crédito: Efeito estufa e aquecimento global Desde muitos anos, um dos assuntos mais falados em jornais, escolas e principalmente no meio científico é o efeito estufa e como conseqüência o aquecimento global, afinal os dois assuntos caminham entrelaçados. Talvez seja esse um dos maiores problemas dos últimos tempos e que mais consequências tem trazido para o mundo, é justamente por isso que é 8

9 necessário ter-se uma noção do que é, quais as causas e implicações desse fenômeno. A superfície da Terra é circundada por uma camada de gases que tem por finalidade aquecer o planeta de forma a torná-lo apto para a vida. Esse fenômeno de aquecimento tem por nome efeito estufa, dessa forma é de se pensar que tal efeito é benéfico, afinal sem ele a temperatura na Terra seria muito baixa o que dificultaria bastante a presença de plantas, animais e seres humanos no planeta. Sim, o efeito estufa é benéfico, porém não com a intensidade com que ele vem atuando nas últimas décadas. Como ocorre o efeito estufa? O Sol emite radiação à Terra; a radiação atravessa a atmosfera e é absorvida em grande parte pela superfície terrestre. Parte dessa radiação é refletida pela superfície e atmosfera voltando ao espaço, porém dessa radiação certa quantidade é novamente refletida e absorvida pela camada de gases que provocam o efeito estufa, aumentando assim, a temperatura do planeta 8. Os gases que promovem o efeito estufa são na maioria aqueles à base de carbono (C), conhecidos como gases estufa, tais como o dióxido de carbono (CO 2 ), metano (CH 4 ) e até mesmo os CFC s (clorofluorcarbonetos). O aumento extraordinário desses gases na atmosfera é que tem acarretado o já há algum tempo observado aquecimento global. A temperatura média do planeta tem subido a cada ano, catástrofes como terremotos e furacões têm se tornado cada vez mais frequentes, o nível dos oceanos têm subido gradativamente como resultado do derretimento das calotas polares, que por sinal é fruto do aquecimento do planeta. Nota-se então que as consequências do fenômeno são tão abrangentes quanto o nome sugere. Crédito: As possíveis soluções para o aquecimento global estão vinculadas a atitudes dos líderes mundiais. Conferências, tratados, acordos têm sido feitos 9

10 entre países para a diminuição na emissão de gases estufa. Talvez o acordo mais conhecido seja o Protocolo de Kyoto, o qual regulamenta a emissão de poluentes que aumentem o efeito estufa. Um fato notório e de extrema importância quanto ao Protocolo de Kyoto é a não participação dos estados Unidos no mesmo, com a alegação de que tal atitude iria prejudicar a produção industrial do país 7. III. Solo e resíduos Tão importante quanto tratar dos poluentes atmosféricos, evitando uma série de problemas relacionados com a emissão dos mesmos no ar, é cuidar dos resíduos descartados no solo. O descarte de lixo doméstico e até mesmo substâncias tóxicas no meio ambiente acontece desde milhares de anos, porém é sabido que tal atitude só tem agravado diversos problemas como contaminação das águas subterrâneas e espécies animais, proliferação de doenças, além de toda poluição visual que é gerada a partir disso. O aumento da população mundial, acompanhado da ampliação do mercado produtor de bens de consumo, tem como inevitável consequência, o aumento de materiais descartados, ou seja, quanto mais se consome, mais lixo se produz. Tendo em vista os problemas que todo esse lixo produzido acarreta, é necessário que se tenha uma política de descarte e reaproveitamento de resíduos, além de se conhecer a natureza dos mesmos. Natureza dos resíduos químicos Substâncias inflamáveis - São aquelas que podem ser facilmente convertidas em chamas, sendo sólidas, líquidas ou gasosas. Sólido inflamável faz referência a materiais que por fricção ou exposição ao calor, dentre outros motivos, entra em combustão. São na maioria dos casos venenosos quando ingeridos ou inalados. Um exemplo clássico de sólido inflamável é o fósforo. Entende-se por líquido inflamável, qualquer substância no estado líquido que produz vapores inflamáveis, ou seja, vapores que em contato com fogo ou 10

11 mesmo fagulhas geram chamas. Como exemplos de líquidos inflamáveis temos o álcool e gasolina, usados como combustíveis. Os gases inflamáveis são aqueles que em contato com chamas, fagulhas ou até mesmo calor excessivo podem entrar em combustão e até explodir. Um exemplo é o gás de cozinha, que tem como curiosidade o fato de não possuir cheiro, o odor que sentimos é colocado pelo produtor para que quando haja vazamento seja facilmente detectado. Substâncias reativas - São aquelas que por algum motivo podem reagir, de forma explosiva ou não. Há substâncias que reagem quando aquecidas, outras que provocam reações químicas violentas e até aqueles que explodem violentamente se aquecidas ou submetidas a choques. Substâncias corrosivas - São aquelas que causam a deterioração em outros materiais quando em contato com os mesmos 1. Causam desgaste ou modificam a estrutura do material em contato. Um bom exemplo de substância corrosiva é a soda cáustica. Substâncias tóxicas São substâncias que podem causar algum dano a seres viventes. Tais substâncias podem se incorporar por ingestão, inalação ou por absorção através da pele, podendo levar até a morte. Descarte e reaproveitamento de resíduos O descarte do lixo doméstico e também do lixo hospitalar é feito de diversas formas, porém nem sempre da maneira mais adequada. Lixões, aterros sanitários, aterros controlados, incineração e reciclagem, esses são os destinos do lixo no Brasil. O chamado lixão é a forma mais empregada de descarte de resíduos no nosso país. Cerca de 70% das cidades brasileiras têm esse como destino para todo e qualquer tipo de lixo gerado por elas 9. Nos lixões, todo lixo é empilhado a céu aberto, correndo o risco de desmoronamento, liberando gases nocivos a saúde humana, contaminando o solo e às vezes os lençóis freáticos próximos ao local com o chorume oriundo da decomposição do lixo, proliferando animais peçonhentos e portadores de doenças graves. Outro 11

12 ponto negativo dos lixões são os catadores que muitas vezes até moram no local, colocando suas vidas em perigo em meio a amontoados de lixo contaminado. O aterro controlado é outra forma de disposição de resíduos sólidos no solo. Nesse método o lixo é jogado em enormes buracos e coberto com espessas camadas de terra. No limite da deposição de lixo no aterro, uma última camada de terra é colocada e pode-se aproveitar o local como uma área verde de lazer ou praça de esportes. Tal técnica é preferível ao lixão a céu aberto, porém possui diversas falhas. O solo antes da primeira remessa de lixo não é impermeabilizado, o que possibilita a contaminação de águas subterrâneas. Também não possui redes de captação do chorume e nem dos gases produzidos na decomposição. Dessa forma o aterro controlado propicia poluição a uma pequena área, porém não deixa de ser um poluente ambiental 10. Outra forma de descarte de resíduos utilizada no Brasil e em outros países é a incineração. Essa técnica consiste na queima do lixo a altas temperaturas em incineradores. Algumas vantagens desse processo são que nele o volume de lixo é altamente reduzido e pode-se gerar energia térmica, porém também existem desvantagens na utilização do mesmo, uma vez que tal método necessita de grandes investimentos (alto custo), mão-de-obra qualificada, além de a queima de resíduos gerar uma quantidade enorme de gases poluentes que necessitam ser filtrados, o que encarece ainda mais o processo 11. O aterro sanitário é uma forma de descarte final do lixo que busca o menor risco ou dano ao meio ambiente. Assim como no aterro controlado, nesse método o lixo é depositado em enormes buracos, porém quando se trata de aterro sanitário, antes da primeira deposição de lixo a área é selecionada e o solo é impermeabilizado para que não haja infiltração de poluentes nas águas subterrâneas. Os líquidos e gases produzidos são coletados por tubulações, sendo que os gases podem até servir como fonte de energia. Outro fato muito importante referente aos aterros sanitários é a localização dos mesmos, sempre a uma distância mínima de cursos d água ou de lençóis freáticos 10. Uma forma de diminuir a quantidade de resíduos e de poluição gerados pelo descarte de materiais até então sem utilidade é utilizando a reciclagem. 12

13 Essa técnica já há bastante tempo difundida no Brasil é, por incrível que pareça, utilizada por menos de 10% das cidades brasileiras. A reciclagem consiste na reprodução de materiais visando sua reutilização, ou seja, o lixo é convertido no que era inicialmente antes de ser utilizado. No processo de reciclagem não entra lixo orgânico (lixo de origem animal ou vegetal), tem-se início então a coleta seletiva, que é a separação entre lixo orgânico e inorgânico, o que facilita e viabiliza muito a técnica. Inúmeros fatores fazem da reciclagem um ótimo meio de tratamento de resíduos. Ela diminui a poluição, diminui os gastos com processos caros como a incineração, aumenta a vida útil de aterros sanitários, gera empregos, enfim, é um método que acarreta uma infinidade de bens à sociedade e por isso deveria ser mais difundido e aplicado. Porém a Redução na geração de resíduos ainda é a melhor solução para o problema ambiental causado pelos resíduos sólidos. IV. Água Não é necessário que se fale da importância que a água tem para a vida terrestre, todos sabem que sem ela não existiria vida animal, vegetal ou humana na Terra. Sabe-se também, que essa mesma água que é a fonte de vida no planeta e que por isso deveria ser alvo de cuidados e de zelo, é poluída e desperdiçada pelos seres humanos tornando-se mais rara a cada dia. Sabemos que três quartos do planeta é formado por água; desses três quartos, 97% equivale à água salgada e por isso imprópria para o consumo. Dos 3% de água doce restantes, setenta e cinco por cento estão presos nas geleiras e calotas polares. Resumindo, tem-se como fonte de água doce para a vida na Terra os rios, lagos e lençóis freáticos do mundo, sendo que estes representam 0,01% de toda água existente no globo 1. Porém esses rios e lagos nem sempre estão em condições de fornecer água potável aos humanos, uma vez que a ação predatória dos mesmos tem a cada dia degradado mais tais fontes. 13

14 Purificação das águas Com a preocupação quase sempre voltada para as águas superficiais, a poluição das águas subterrâneas por produtos químicos passou por muito tempo despercebida e de tempos pra cá tem sido estudada. A purificação de águas superficiais é um tanto quanto fácil e já é realizada há certo tempo, porém a purificação de águas subterrâneas, como de lençóis freáticos, é bem mais complicada e leva um pouco mais de tempo. Tal tratamento é feito bombeando-se a água subterrânea até a superfície, efetuando-se o tratamento da mesma e a devolvendo ao lençol freático ou aquífero 1. A purificação da água, tornando-a própria para consumo passa por diversas etapas. Primeiramente, é efetuada a pré-cloração, ou seja, ocorre a adição de cloro na água que age como um agente bactericida. Após isso é adicionado à água um sal chamado sulfato de alumínio (Al 2 (SO 4 ) 3 ), que forma um gel capaz de aglutinar todas partículas sólidas presentes, esta etapa é chamada de floculação. Estas partículas por serem mais densas que a água, se depositam no fundo do tanque que contém a água (decantação). Ocorre então a filtração, a água passa por tanques dotados de pedras, areia que retêm toda impureza. É realizada mais uma adição de cloro para desinfetar a água e adiciona-se então flúor para a prevenção de cáries no consumidor 12. V. Conclusões Química e meio ambiente estão realmente intimamente ligados, no que se refere ao ar e fenômenos atmosféricos, ao solo e sedimentos nele descartados ou à água e tudo que ela representa. Tudo ou quase tudo na natureza pode ser explicado por reações químicas e a química mostra-se cada vez mais importante na resolução de problemas tão abrangentes e que de uma forma ou de outra afetam a vida de todos nós seres humanos. Fazer da química uma aliada e não uma inimiga do nosso planeta é uma tarefa que cabe a cada um de nós. 14

15 VI. Referências bibliográficas [1]Baird, C. Química Ambiental. Porto Alegre: Bookman, 2002 [2] [3] nio/ [4] [5] mica_inorganica/poluicao/smog_fotoquimico [6] [7] [8] [9] [10] ario.php [11] [12] 15