Unidade: Química Ambiental

Unidade: Química Ambiental

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

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

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.

A Atmosfera da Terra

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.

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.

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)

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).

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.

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.

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;

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;

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

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;

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;

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)

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.

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;

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;

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.

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