Professora: Raquel Malta Química 3ª série - Ensino Médio QUÍMICA AMBIENTAL

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1 Professora: Raquel Malta Química 3ª série - Ensino Médio QUÍMICA AMBIENTAL

2 COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Combustível: material cuja queima é utilizada para produzir calor, energia ou luz. Características: disponibilidade, baixo custo, alto poder calorífico e, SE POSSÍVEL, não poluente. Resultado de um processo de decomposição das plantas e dos animais. Existem três grandes tipos de combustíveis fósseis: carvão mineral petróleo gás natural

3 CARVÃO MINERAL É o mais abundante combustível fóssil existente na natureza. Foi o principal combustível utilizado nas máquinas a vapor durante a Revolução Industrial. É utilizado como fonte de energia e na produção de ferro e aço. É classificado de acordo com a porcentagem de carbono. Imagens carvão mineral Tipo de carvão mineral % de carbono Madeira 50 Turfa 55 Linhito 70 Hulha 80 Antracito 90 Grafite 100

4 CARVÃO MINERAL COMO FONTE DE MATÉRIA-PRIMA A hulha é a principal fonte de hidrocarbonetos aromáticos. Gases: H 2, CH 4, CO, CO 2 entre outros usado como combustível doméstico e industrial. Hulha Destilação seca ~1000 C Líquidos Águas amoniacais utilizada na fabricação de fertilizantes. Alcatrão mistura de compostos aromáticos utilizados na indústria química. Sólido: coque (carvão poroso, 88 % carbono) usado na produção de ferro e aço.

5 DESVANTAGENS DO USO DO CARVÃO MINERAL É muito poluidor - apresenta sulfetos que podem reagir quimicamente com o ar ou com a água e formar o ácido sulfúrico e sulfato ferroso que vão para o subsolo e para o lençol freático (água subterrânea), contaminando solos, rios e lagos. Sua queima libera substâncias que provocam poluição atmosférica, como fuligem, e ainda contribuem para o efeito estufa. Reação de combustão completa do carvão: C(s) + O 2 (g) CO 2 (g)

6 PETRÓLEO Mistura muito complexa de compostos orgânicos, principalmente hidrocarbonetos, associados a pequenas quantidades de outras classes de compostos que contêm nitrogênio, oxigênio e enxofre. Pela destilação fracionada, os componentes do petróleo são separados em frações; cada uma ainda é uma mistura, porém bem menos complexa, de hidrocarbonetos com moléculas semelhantes.

7 Fração do petróleo Nº de átomos de carbono PETRÓLEO Frações da destilação fracionada do petróleo Faixa de ebulição (º C) Usos GLP 1 a 4 Até 20 Combustível doméstico e industrial Gasolina 5 a a 200 Combustível e solvente Querosene 12 a a 320 Iluminação, combustível de avião Óleo diesel 15 a a 350 Combustível de ônibus e caminhão Óleo Lubrificação de máquinas e 17 a 20 Acima de 350 lubrificante motores Resíduo Acima de 20 Acima de 500 Asfalto, parafina

8 PETRÓLEO VANTAGENS Ser um líquido, o que permite mais facilidades no seu transporte, em comparação com o carvão. A possibilidade de fazer muitos produtos derivados do petróleo. Alto poder calorífico. DESVANTAGENS Energia não renovável. É muito poluente. Risco de acidentes na extração e no transporte.

9 GÁS NATURAL Incolor, inodoro, mais leve que o ar, sendo constituído principalmente por metano (CH 4 ). Altamente inflamável e encontra-se em reservatórios subterrâneos perto do petróleo. Desta forma é bombeado e transportado de forma semelhante à do petróleo. Após tratado e processado, é utilizado largamente em residências, no comércio, em indústrias e em veículos GNV - (substituição da gasolina, óleo diesel e álcool).

10 USO DO GÁS NATURAL VANTAGENS Sua queima produz grande quantidade de energia e menos dióxido de carbono. O teor de enxofre é residual. Não produz cinzas nem resíduos sólidos. Não requer estocagem, eliminando os riscos do armazenamento de combustíveis. Por ser mais leve do que o ar, dissipa-se rapidamente pela atmosfera em caso de vazamento. DESVANTAGENS Energia não renovável. Em caso de vazamento apresenta riscos de asfixia, incêndio e explosão.

11 IMPACTOS AMBIENTAIS DA UTILIZAÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Chuva ácida Efeito estufa

12 A CHUVA É NATURALMENTE POUCO ÁCIDA A presença de gás carbônico (CO 2 ) na atmosfera é natural. Esse gás é liberado durante a respiração dos animais e captado pelas plantas para realização da fotossíntese. Quando chove, ocorre uma reação entre o CO 2 e a água da chuva, produzindo ácido carbônico: CO 2 (g) + H 2 O(l) H 2 CO 3 (aq) Essa acidez natural da chuva (ph = 5,6) é tão baixa que não faz mal nenhum aos seres vivos.

13 CHUVA ÁCIDA: UM GRAVE PROBLEMA AMBIENTAL Surgiu com a industrialização do mundo. Manifesta-se com maior intensidade e abrangência nos países desenvolvidos. As indústrias e os veículos automotivos são os principais responsáveis pelo lançamento na atmosfera de gases que tornam a chuva mais ácida. ÓXIDOS RESPONSÁVEIS PELA CHUVA ÁCIDA: Carbono, enxofre e nitrogênio.

14 ÓXIDOS DE CARBONO E FULIGEM A queima de combustíveis (gasolina, óleo diesel, álcool, biodiesel) dentro dos motores dos automóveis produz uma mistura de gás carbônico, monóxido de carbono e fuligem, que ao reagir com a água formam o ácido carbônico (H 2 CO 3 ). C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) CO(g) + ½ O 2 (g) CO 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O(l) H 2 CO 3 (aq)

15 ÓXIDOS DE ENXOFRE Uma das principais impurezas que existe nos derivados de petróleo são os compostos contendo enxofre. Quando os combustíveis são utilizados, produz-se o dióxido de enxofre (SO 2 ), um óxido ácido de cheiro irritante. O dióxido de enxofre reage com o oxigênio do ar, formando trióxido de enxofre (SO 3 ), que por sua vez reage com a água da chuva originando ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). S(s) + O 2 (g) SO 2 (g) SO 2 (g) + ½ O 2 (g) SO 3 (g) SO 3 (g) + H 2 O(l) H 2 SO 4 (aq)

16 ÓXIDOS DE NITROGÊNIO No motor dos automóveis ocorre a entrada de ar, cujo O 2 é necessário para a combustão. Junto com esse O 2 ocorre também a entrada de N 2, que devido à alta temperatura do motor, reage com o O 2 produzindo monóxido de nitrogênio (NO) que será liberado pelo escapamento do carro. N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO(g) Na atmosfera o NO se transforma no óxido ácido dióxido de nitrogênio (NO 2 ). Este por sua vez reage com a água dando origem aos ácidos nítrico (HNO 3 ) e nitroso (HNO 2 ), ambos relativamente fortes. 2 NO 2 (g) + H 2 O(l) HNO 3 (aq) + HNO 2 (aq)

17 O CICLO DA CHUVA ÁCIDA

18 EFEITOS DA CHUVA ÁCIDA Saúde: libera metais tóxicos (Al 3+, Pb 2+, Cd 2+ ) que estavam no solo. Esses metais podem alcançar rios e serem utilizados pelo homem causando sérios problemas de saúde. Florestas e agricultura: algumas espécies de plantas são muito sensíveis a ácidos e podem ser completamente destruídas

19 EFEITOS DA CHUVA ÁCIDA Rios e lagos: o aumento da acidez da água provoca a morte de peixes e dificulta a reprodução ou crescimento de certas espécies. Arquitetura: Praticamente todos os materiais se degradam gradualmente quando expostos à chuva e ao vento. A chuva ácida acelera esse processo, destruindo estátuas, prédios ou monumentos. Alterações provocadas em uma estátua de mármore.

20 EFEITO ESTUFA Efeito estufa é o nome dado à retenção de calor na Terra causada pela concentração de diversos gases. O vapor d água, por sua abundância, é de longe o mais importante gás natural causador do efeito estufa. O dióxido de carbono, o segundo gás estufa em importância, é lançado na atmosfera de maneira tanto natural quanto não natural. Se não fosse a presença do CO 2 a temperatura na superfície da Terra seria cerca de 33 C mais baixa do que é hoje (tornando-se nociva à vida).

21 COMO OCORRE O EFEITO ESTUFA Durante o dia, parte da energia solar é captada pela superfície da Terra e absorvida (65 %), outra parte (35 %) é irradiada, na faixa do infravermelho, para a atmosfera. Os gases naturais que existem na atmosfera funcionam como uma capa protetora que impede a dispersão total desse calor, o que mantém o planeta quente. Certos gases, como o dióxido de carbono, criam uma espécie de telhado, como o de uma estufa deixando a luz do Sol entrar e não deixando o calor sair. Efeito estufa - Animação

22 AGRAVAMENTO DO EFEITO ESTUFA A intensificação desse fenômeno ocorre com a emissão de alguns poluentes e é responsável pelo aumento da temperatura média do planeta, o que pode causar sérios problemas ambientais. De acordo com o Painel Intergovernamental sobre Mudança do Clima (IPCC), as emissões de gases do efeito estufa provenientes de atividades humanas cresceram 70 % entre 1970 e Do total de emissões antropogênicas, 77 % correspondiam ao CO 2. Curiosidade: um carro popular durante um ano, usando gasolina, emite 1 tonelada de carbono.

23 FONTES DOS GASES RESPONSÁVEIS PELO EFEITO ESTUFA Dióxido de carbono (CO 2 ): respiração, decomposição da matéria orgânica, queima de combustíveis fósseis. Metano (CH 4 ): decomposição da matéria orgânica (aterro sanitário), plantação de arroz, mineração do carvão, gado, cupins. Óxido nitroso (N 2 O): decomposição de fertilizantes, combustão, processos industriais. Compostos de clorofluorcarbono (CFC): sprays, fabricação de espuma. Ozônio (O 3 ): queima da biomassa, ação da luz do sol sobre hidrocarbonetos e moléculas do tipo NOx.

24 FATORES QUE DETERMINAM O IMPACTO DE UM GÁS ESTUFA NO CLIMA DO PLANETA Vapor d água Dióxido de carbono Fator de aquecimento global Não se aplica Concentra ção ppm Tempo de vida médio Contribuição para o efeito estufa 1 3 % Alguns dias Não se aplica anos 56 % Metano ppb 12 anos 16 % Óxido nitroso ppb 120 anos 5 % CFCs Ozônio (troposfera) 5000 a Não se aplica 533 ppt 102 anos 11 % 0,3 ppm semanas 12 % (valor médio)

25 COMO O CO 2 PODE SER NATURALMENTE RETIRADO DA ATMOSFERA? 1 - Os oceanos Dissolução do gás na água. Fotossíntese realizada por algas marinhas. Atenção: a solubilidade de um gás aumenta com a diminuição da temperatura. Se a temperatura das águas dos oceanos aumentarem, como consequência do efeito estufa, sua capacidade de absorver o CO 2 da atmosfera irá diminuir. 2 - As florestas Quando estão crescendo transformam o CO 2 atmosférico em matéria orgânica sólida por meio da fotossíntese. Atenção: No processo de queima de florestas, o gás carbônico que estava armazenado durante anos, é emitido de volta para a atmosfera em minutos, ou seja, devemos plantar ao invés de queimar/derrubar.

26 PARA REFLETIR... Os impactos ambientais no ecossistema terrestre e em especial na atmosfera, devido à utilização e transformação de substâncias químicas, poderão ser minimizados pelo uso adequado dos conhecimentos de química e dos recursos naturais, pelo entendimento dos processos ambientais, bem como, pelo estabelecimento de estratégias de remediação e desenvolvimento sustentável. Este é o grande desafio para as gerações atuais e futuras.

27 CARVÃO MINERAL

28 DESTILAÇÃO SECA Processo pelo qual matérias sólidas são submetidas a temperaturas tão altas que se decompõem com formação de produtos voláteis, os quais são condensados ou recolhidos em forma gasosa.

29 Esquema de uma torre de fracionamento do petróleo

30 PODER CALORÍFICO DOS COMBUSTÍVEIS Combustível Poder calorífico Madeira 4 kcal/kg Turfa 5 a 6 kcal/kg Linhito 6 a 7 kcal/kg Hulha 7 a 8 kcal/kg Antracito 8 a 9 kcal/kg Gasolina 11,5 kcal/kg Óleo diesel 10,5 kcal/kg Gás natural 9,5 kcal/m 3 Álcool 7 kcal/kg

31 COMPOSIÇÃO TÍPICA DO GÁS NATURAL Hidrocarboneto Composição (%) Metano Etano 5-10 Propano 2-4 Butano 1-2 Hidrocarbonetos de cadeia longa 1-2

32 Gás natural REAÇÃO DE COMBUSTÃO COMPLETA DOS COMBUSTÍVEIS 1 CH 4 (g) + 2 O 2 (g) 1 CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) H = - 9,5 kcal/m 3 Gasolina 1 C 8 H 18 (l) + 12,5 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O(g) H = - 11,5 kcal/kg Óleo diesel 1 C 17 H 36 (l) + 26 O 2 (g) 17 CO 2 (g) + 18 H 2 O(g) H = - 10,5 kcal/kg Álcool 1 C 2 H 6 O(l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O(g) H = - 7 kcal/kg

33 CONTRIBUIÇÃO DOS GASES PARA A CHUVA ÁCIDA

34 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

35 O EFEITO ESTUFA EM ALGUNS PLANETAS Planeta Vênus Terra Marte Concentração CO 2 na atmosfera Temperatura prevista Temperatura medida 96 % 0,04 % 95 % 50 o C -20 o C -60 ºC 500 o C 14 o C -50 ºC

36 COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA TERRESTRE GASES % VOLUME Nitrogênio 78,1 Oxigênio 21 Vapor d água 0,1 a 2,8 Argônio 0,93 Dióxido de carbono 0,03 Neônio 0,0018 Hélio 0,0005 Metano 0,0002

37 CONTRIBUIÇÃO DOS GASES PARA O EFEITO ESTUFA