Unidade: Química Ambiental

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1 Unidade: Química Ambiental

2 Sumário 1. A Atmosfera da Terra 2. As Regiões Externas da Atmosfera 3. Ozônio na Atmosfera Superior 4. A Química e a Troposfera 5. Poluição do Ar 6. Poluição da Água

3 Química Ambiental Química Aquática Química Atmosférica Química do Solo Poluição da Água Poluição do Ar Poluição do Solo

4 A Atmosfera da Terra A atmosfera é um sistema muito complicado. Temperatura e pressão variam com altitude e a atmosfera também recebe radiação e partículas do Sol. Este efeito de absorção da energia solar tem conseqüências químicas profundas, principalmente nas regiões mais externas da atmosfera.

5 A Atmosfera da Terra

6 As Regiões Externas da Atmosfera Fotodissociação: O sol emite radiações e as de comprimento de onda mais curto, têm energia suficiente para provocar modificações químicas. A ruptura de uma ligação química provocada pela absorção de um fóton é a fotodissociação. Temos a fotodissociação da molécula de O 2. O 2 + hυ 2 O (g) Nesta reação, a energia mínima necessária para provocar esta mudança é a energia de dissociação do O 2, 495 kj/mol.

7 Não fosse pela camada de ozônio, a litosfera seria bombardeada por fótons de alta energia, exterminando a fauna e flora existentes. As moléculas de ozônio, na realidade, são continuamente dissociadas à medida que são formadas. Concentração de ozônio x altitude.

8 Destruição da Camada de Ozônio Crutzen (1970) mostrou que os óxidos de nitrogênio destroem cataliticamente o ozônio; Rowland e Molina (1974) mostraram que o cloro dos fluorclorocarbonos (CFC) podem destruir a camada de ozônio; Os CFC s CFCl3 e CF2Cl2 possuem ligações C-Cl e C-F. As ligações C-Cl são mais fracas e por isso, se rompem com facilidade na presença de luz nos comprimentos de onda entre 190 e 225 nm, conforme equação abaixo: CF2Cl2(g) + hυ CF2Cl(g) + Cl (g)

9 Química Ambiental Cl(g) + O3(g) ClO(g) + O2(g) Essa reação é de segunda ordem e possui uma constante de velocidade k de 7,2 x 10 9 a 298 K; O ClO formado ainda pode reagir para liberar Cl e decompor outro O3, formando um ciclo: 2 O3(g) 3 O2(g), catalisada pelo Cl. Assim, quanto maior a quantidade de CFC, que se difunde na estratosfera, mais rápida a destruição da camada de ozônio; Iniciativas para conter o problema foram firmadas no Protocolo de Montreal (1987).

10 Química Ambiental Em 1992, cerca de 100 nações se comprometeram a proibir a produção dos compostos até 1996; Outras substâncias então passaram a ser usadas para substituir os CFC s: os hidrofluorcarbonos, em que as ligações C H substituem as C Cl dos CFC s. Essa substituição também é cara e exigiu a substituição do gás em condicionadores de ar ou até mesmo do equipamento inteiro; Além de mais caros, os novos fluídos são também menos eficientes na refrigeração, além de consumirem mais energia.

11 Química Ambiental A temperaturas muito baixas e a 20 km de altitude existem as nuvens estratosféricas polares, que aceleraram a destruição do ozônio, principalmente na primavera dos pólos. Estas nuvens removem o NO 2 da atmosfera, que impede a remoção do ClO. Quando a Antártica recebe luz solar, o Cl 2 é fotodissociado em átomos de Cl, que reagem com o ozônio para formar ClO e O 2. Como a quantidade de NO 2 é pequena, o ClO não é removido, e reage consigo mesmo, formando Cl 2 O 2, molécula que dissocia pela ação da luz em O 2 e Cl livres, que reagem com mais ozônio, recomeçando o ciclo.

12 Chuva Ácida Os compostos de enxofre estão entre os poluentes gasosos mais desagradáveis e prejudiciais à atmosfera; A queima de combustíveis é uma das principais causas de SO 2 na atmosfera (carvão e derivados de petróleo); O SO 2 pode se oxidar, formando o SO 3, que se dissolve na água, formando o H 2 SO 4 ; A presença do SO 2 e do H 2 SO 4 é responsável pela chuva ácida;

13 Química Ambiental A chuva ácida é mais ácida que o normal (ph 5), atingindo valores próximos de 4, afetando formações lacustres, reduzindo populações de peixes e atingindo danosamente muitas comunidades ecológicas; Quando o ph < 4, todos os vertebrados, a maioria dos invertebrados e muitos microrganismos são destruídos; Os lagos mais sensíveis ao ataque das chuvas ácidas são os com concentrações baixas de íons alcalinos;

14 A chuva ácida reage com metais e carbonatos, como o mármores e calcários, dando prejuízos de bilhões de dólares anualmente; Química Ambiental

15 Química Ambiental Uma maneira de reduzir a emissão de SO2 na atmosfera é removê-lo do carvão e do óleo antes da combustão. Por exemplo, injeta-se calcário CaCO3 pulverizado nas fornalhas de uma usina termelétrica, formando CaO e CO2, que reage com o SO2, formando CaSO3; As partículas sólidas de CaSO3 e o SO2 inalterado são removidos do gás de combustão por suspensão aquosa de cal. Nem todo o SO2 é removido. Diante da grande quantidade de combustível consumido, a poluição pelo SO2 continuará a ser um grande problema no futuro;

16 Química Ambiental O CO é proveniente da combustão incompleta de materiais que contêm carbono; O monóxido de carbono, CO, é um sério problema à saúde humana, através das hemácias, que contém a hemoglobina, responsável pelo transporte de oxigênio às células do corpo; A afinidade da hemoglobina humana pelo CO é 210 vezes maior do que pelo O2, ou seja, o CO se liga à hemoglobina formando a carboxiemoglobina, inativando fração significativa de hemogloblina no sangue e fragilizando o transporte de oxigênio;

17 Química Ambiental Os óxidos de nitrogênio são os responsáveis pela névoa fotoquímica, realidade em grandes cidades, onde a queima de combustíveis forma o NOx, conforme a reação N2 + O2 2 NO, H = 180,8 kj; Como a reação ocorre em temperaturas elevadas (2400 K), a constante de velocidade se eleva drasticamente. No ar, o NO é oxidado a NO2, H= -113,1kJ, diminuindo a constante de equilíbrio para 10-5 a 2400 K. A fotodissociação do NO2 inicia a sequência de reações associadas à névoa química: NO2(g) + hυ NO(g) + O(g)

18 Química Ambiental O oxigênio atômico formado pode reagir com o gás oxigênio gerando o ozônio: O(g) + O2 + M(g) O3 + M*(g) O ozônio é um dos componentes principais da névoa fotoquímica. Na troposfera, ele pode criar problemas respiratórios por ser tóxico e reativo; Os hidrocarbonetos não-queimados também são poluentes, e a redução ou eliminação da névoa fotoquímica exige a eliminação dos seus constituintes essenciais, presentes no gás de descarga de automóveis, através de conversores catalíticos.

19 Química Ambiental Os dois componentes responsáveis pela manutenção da temperatura na superfície terrestre são a água e o CO2. A Terra está em equilíbrio dinâmico com as vizinhanças. A Terra vista do espaço parece mais fria (254 K) do que quando observada da superfície do solo. Isso ocorre porque a água e o CO2 absorvem radiações infravermelhas do Sol, mantendo a temperatura uniforme e suportável. Essa influência da água, do CO2 e outros gases é chamada de efeito estufa; O aumento da concentração de CO2 tem preocupado os cientistas com o aumento das temperaturas, causando o derretimento das calotas polares e alterando o clima mundial;

20 Água Doce Um adulto normal consome 2 litros de água diariamente. Essa quantidade varia conforme a disponibilidade de recursos hídricos e desenvolvimento econômico; A água doce é formada pela evaporação das águas oceânicas e terrestres e posterior condensação sob forma de chuva e neve; O O2 dissolvido na água é importante para muitas espécies aquáticas. A existência de materiais orgânicos, faz com que bactérias os oxidem, consumindo o O2 da água;

21 Química Ambiental Estes materiais biodegradáveis são chamados rejeitos consumidores de oxigênio; As bactérias aeróbicas consomem o oxigênio dissolvido para oxidar os rejeitos; Com carência de O2, as bactérias anaeróbicas sintetizam CH4, NH3, H2S etc., responsáveis pelo mal cheiro de águas poluídas; Os nutrientes (adubos) estimulam o crescimento de plantas aquáticas, proliferando algas e turvando a água, aumentando a deposição de matéria orgânica, levando ao processo descrito anteriormente.

22 Campus Liberdade R. Galvão Bueno, São Paulo SP Brasil Tel: (55 11)