Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Química Ambiental Aula 06 Química da Atmosfera - Parte II PRINCIPAIS PROBLEMAS AMBIENTAIS E AS LEGISLAÇÕES BRASILEIRAS 1. Chuva ácida 2. Efeito estufa 3. Depleção da camada de ozônio 4. Resoluções do CONAMA Prof. Rafael Arromba de Sousa Juiz de Fora, 1S 2015 1
1- Chuva Ácida (?) A água da chuva é NATURALMENTE ácida (ph 5,5) : CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 - + H + CHUVA ÁCIDA: chuva com ph entre 5,0 e 2,2 Consequencia da POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA (gases SO 3 e NOx) Chuvas e neve contendo ácidos fortes (H 2 SO 4 e HNO 3 ) Precipitação seca de poluentes ácidos (depositam sob águas e solos na forma de partículas) Prejudica a biota Afeta o desenvolvimento de plantas (danifica as folhas e disponibiliza o Al 3+ do solo) Pode causar a mortandade de peixes e outros organismos aquáticos Promove degradação de monumentos e construções civis 2
Chuva Ácida Principais reações Reações dos compostos de nitrogênio 2 NO + O 2 2NO 2 2 NO 2 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 2 HNO 2 + O 2 2 HNO 3 Reações dos compostos de enxofre SO 2 + 1/2 O 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Essas reações explicam como os ácidos são formados na atmosfera 3
Chuva Ácida Ilustração do processo A chuva ácida pode cair em local distante da emissão dos poluentes Causa dano em diferentes ambientes (áreas urbanas e rurais) 4
Chuva Ácida Entendendo os danos (monumentos e construções) Efeito da precipitação ácida sobre uma estátua de calcário H + + CaCO 3 (s) HCO - 3 + Ca 2+ (equilíbrio deslocado ) A chuva ácida pode causar corrosão NÃO APENAS em minerais, mas também a metais e tintas Danos para a construção civil 5
Chuva Ácida Entendendo os danos (fauna) A maioria dos rios e lagos possuem um ph entre 6,0 e 8,0 e podem atingir valores próximos de 5,0 quando os solos e a água não tem capacidade de neutralizar a acidez das chuvas Diagrama mostrando a tolerância de algumas espécies à acidez da água 6
Chuva Ácida Entendendo os danos (flora) Efeito da precipitação ácida sobre uma floresta (Alemanha, 1970-1983) - Europa, América do Norte e alguns países asiáticos são os mais afetados pela chuva ácida - No Brasil, sabe-se que ocorrem com maior intensidade nas cidades de Cubatão, São Paulo e Rio de Janeiro 7
2. Efeito Estufa Refere-se a uma contenção de CALOR promovida por moléculas gasosas específicas (gases estufa) FOCO do fenômeno são os problemas que podem ocorrer ENTRETANTO, não há ainda medidas que determinem inequivocamente que ele existe! PREVISÃO : Derretimento das calotas polares Alagamento de regiões costeiras Mudanças climáticas: - longos períodos de seca - períodos de enchentes POR OUTRO LADO, os gases estufa mantêm a temperatura do planeta numa faixa conveniente para a vida Refletem para o solo a radiação infravermelha emitida pelas substâncias que absorvem a radiação solar 8
Efeito Estufa Representação do processo Em outras palavras: reflexão de calor para o solo 9
Efeito Estufa Princípio físico-químico Moléculas como CO 2, CH 4, H 2 O e O 3 Absorvem e vibram na frequencia da radiação infravermelha CONSIDERANDO: Contenção de calor pela atmosfera ASSIM o acréscimo de gases estufa na atmosfera modifica a quantidade do calor retino A atmosfera é transparente aos comprimentos da luz visível sendo que a camada de ozônio na atmosfera superior absorve a maior parte da luz ultra-violeta Na atmosfera inferior, o CO 2 e a H 2 O fazem com que a atmosfera seja opaca aos raios infravermelhos, e a radiação tem dificuldade em voltar ao espaço A ATMOSFERA INTERAGE COM A LUZ DO SOL DE DIFERENTES MODOS 10
Efeito Estufa Gases estufa CO 2 Dióxido de Carbono: ~ 60% do efeito estufa. Usado como referência métrica padrão para determinar o potencial de aquecimento global dos demais gases do efeito estufa N 2 O Óxido nitroso: - ~ 5% do efeito estufa, potencial de aquecimento 300x > CO 2 - Um dos precursores da destruição da Camada de ozônio!! CH 4 Metano: ~ 15% do efeito estufa, potencial de aquecimento 25x > CO 2 O 3 Ozônio: ~ 8% do efeito estufa, tóxico para os seres vivos SF 6 Hexafluoreto de enxofre (hexafluoreto): potencial de aquecimento 22000x > CO 2 HALOCARBONETOS HFCs Hidrofluorcarbonetos: substitutos dos CFCs (que danificam a camada de ozônio), PORÉM: potencial de aquecimento 120-12000x > CO 2 PFCs Perfluorcarbonetos: alto poder de aquecimento (6500-9200x > CO 2 ) 11
Gases estufa Onde usamos 12
Gases estufa Algumas considerações Por que o CO 2 é considerado o grande vilão do efeito estufa se diversos outros gases tem um poder de aquecimento muito maior? Correto? Correto? 13
Gases estufa Alguns dados Segundo o IPAM (Instituto de Pesquisa Ambiental da Amazônia) o Brasil está entre os 5 maiores emissores de gases estufa e isto se deve a atividades de desmatamento e manejo do solo (www.ipam.org.br, acessado em 28-04-15) 14
3. Química do ozônio Dr. Paul Crutzen, em 1970, Instituto Max Planck, mostrou que os óxidos de nitrogênio têm um papel importante no controle do equilíbrio natural do ozônio Dr. Mario Molina, MIT, publicou em 1974 com Dr. Sherwood Rowland um artigo (Nature) muito comentado sobre a ameaça do clorofluorcarbonos à Camada de Ozônio Embora estudos sobre o assunto datem da década de 1960, DESDE ENTÃO, muito ainda se pesquisa sobre o ozônio na atmosfera e as características da camada de ozônio 15
Química do ozônio 1º) Ozônio como poluente Constituinte importante (estratosfera) mas também um poluente (troposfera): um dos causadores do smog fotoquímico 16
Química do ozônio - Ozônio como poluente Smog fotoquímico é o efeito visível na atmosfera (camada roxa acinzentada) do resultado de poluentes e de suas reações catalisadas pela luz solar (reações fotoquímicas) HISTORICAMENTE descobriu-se esse tipo de fenômeno pela primeira vez em Los Angeles, na década de 1940, e que costuma acontecer em cidades com uma grande movimentação de veículos (acumulam óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis (COVs) na atmosfera) Efeitos NOCIVOS são irritação (passageira) do sistema respiratório, diminuição na resistência às doenças infecciosas (exposição prolongada), no nível MOLECULAR, o O 3 reage com substâncias que contêm ligações C=C (tecidos pulmonares) Emissões de O 3 por processos industriais e de desinfecção de água devem ser controlados e evitados! 17
2º) Química do ozônio O ozônio estratosfera Presente naturalmente na estratosfera o O 3 absorve a radiação UV na faixa de ~ 220 a ~ 320 nm (Relembrando) Isto protege os seres vivos de radiações nocivas... Esta camada influencia a qualidade de vida dos seres vivos (na troposfera) e deve ser PRESERVADA As reações envolvidas são geralmente fotoquímicas e são espontâneas (de formação e decomposição): 1. O 2 + hν 2O 2. O + O 2 O 3 + calor 3. O 3 + hν O + O 2 4. O + O 3 2O 2 18
Química do ozônio O ozônio estratosfera ENTRETANTO, existem também reações de decomposição catalisadas por poluentes (X) e que degradam a camada de ozônio: X + O 3 XO + O 2 XO + O X + O 2 O + O 3 2O 2 X = gases clorados (CFCs) e precursores de NO., OH. NO. pode ser originado do N 2 O da troposfera EX. DE REAÇÕES POSSÍVEIS: N 2 O + O 2 NO NO + O 3 NO 2 + O 2 Equilíbrio dos níveis de O 3 é afetado não só pela presença de poluentes diversos mas, também, pelo desequilíbrio no Ciclo do nitrogênio 19
Química do ozônio Aspectos sócio-políticos PROTOCOLO DE MONTREAL (Acordo internacional) criado em 1985 na Convenção de Viena Visa proteger a Camada de ozônio Brasil aderiu em 1990 Tem sido alterado por meio de emendas (reuniões internacionais regulares) http://desarrolloydefensa.blogspot.com.br/2008/03/por-qu-est-amenazada-la-capade-ozono.html, acessado 24-10-14 20
Química do ozônio Questões 1) Relembrando os conceitos de físico-química, a formação do ozônio estratosférico é endotérmica ou exotérmica? Por quê? 2) Qual a consequencia que o Protocolo de Montreal trouxe para a química sintética, em relação à preservação da camada de ozônio? (PESQUISAR...) 3) Como podem ser formados radicais hidroxilas nas altas camadas da estratosfera? (PESQUISAR...) 21
Qualidade do ar e Legislação HISTÓRICO 1) Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar "PRONAR 2) Resolução CONAMA nº 03, de 28.06.90 Estabeleceu os padrões nacionais de qualidade do ar Definiu a forma de amostragem: - Amostrador de grandes volumes (Hi-vol) ou equivalente Definiu os métodos para a monitoração de diferentes parâmetros - Partículas totais em suspensão - SO 2 - CO - O 3 - Fumaça - Partículas inaláveis - NO 2 22
Qualidade do ar e Legislação HISTÓRICO 1) Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar "PRONAR 2) Resolução CONAMA nº 03, de 28.06.90 Padrões estabelecidos (precedentes): - Preservar a saúde da população - Evitar/minimizar danos à fauna e à flora Define que poluente atmosférico é qualquer forma de matéria ou energia que afete o ar alterando seus padrões de qualidade Objetiva manter ou atingir os padrões de qualidade exigindo estratégias de controle das emissões Indica que a monitoração de partículas e espécies químicas é importante e frequentemente necessária. Métodos recomendados: 23
Resolução CONAMA, n.º 003 de 28 de junho de 1990 Monitoração de partículas e espécies químicas é importante e frequentemente necessária. Métodos recomendados: Padrão PRIMÁRIO: valor MÁXIMO permitido - Padrão SECUNDÁRIO: valor desejável (1) Valor que não deve ser excedido mais de 1x ao ano; (2) Valor média geométrica anual; (3) Valor média aritmética 24
1) Resolução CONAMA nº 03 de 28.06.90 ENTÃO, a monitoração de partículas e espécies químicas é importante e frequentemente necessária. MAS quais são os métodos recomendados/ permitidos? Métodos propostos pelo INMETRO ou IBAMA* Responsabilidade dos Estados Plano de emergência para episódios críticos de poluição: Episódio Crítico de Poluição do Ar : presença de altas concentrações de poluentes na atmosfera, em curto período de tempo, resultante da ocorrência de condições meteorológicas desfavoráveis à dispersão dos mesmos Estados de ATENÇÃO ALERTA EMERGÊNCIA (*) Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos 25
HISTÓRICO Qualidade do ar e Legislação 1) Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar "PRONAR 2) Resolução/CONAMA/nº 003 de 28 de junho de 1990 3) Resolução/CONAMA/nº 18 de 6 de maio de 1986: PROCONVE - Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores Controlar a poluição do ar por veículos automotores (carros) - Exigências tecnológicas (prazos) - Limites máximos permitidos de poluentes (*) (*) Limites máximos de emissão dos compostos de chumbo não são regulamentados no Brasil, em função de ter sido abolido o uso do chumbo tetraetila como aditivo da gasolina na década de 80 26
3) Resolução CONAMA nº 18 de 06.05.86: PROCONVE - Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores Poluentes Fase L4 1 desde 2005 Fase L5 desde 2009 Fase L6 2 desde 2012 Monoxido de carbono (g/ km) 2,7 2,7 2,0 Hidrocarbonetos (g/ km) 0,50 3 0,50 3 0,50 3 Hidrocarbonetos não-metano (g/ km) 0,20 0,06 0,06 Óxidos de nitrogênio (g/ km) 0,43 4-1,00 5 0,25 4 0,43 5 0,25 4 0,35 5 Material particulado 5 (g/ km) 0,10 0,06 0,04 Aldeído 4 (g/ km) 0,06 0,04 0,03 Emissão evaporativa (g/ ensaio) 2,0 2,0 1,5 (4,7) 2,0 (4,6,7) Emissão de gás no cárter nula nula nula (1) Permanece em vigor nos anos de 2009, 2010 e 2011, somente para os veículos Diesel, por força de Acordo Judicial homologado pelo Juízo federal no estado de São Paulo (2) Em 2012 -> Inicia para os veículos Diesel dos signatários do Acordo Judicial; A partir de 2013 -> para todos os veículos Diesel; A partir de 2014-> para os novos lançamentos de veículos do ciclo Otto; A partir de 2015 -> para todos os veículos comercializados. (3) Aplicável somente a veículos movidos a GNV; (4) Aplicável somente a veículos movidos a gasolina ou etanol; (5) Aplicável somente a veículos movidos a óleo diesel; (6) Aplicável aos ensaios realizados em câmera selada de volume variável (7) Aplicável a todos os veículos a partir de 1º/1/2012 27
Qualidade do ar e Legislação... enquanto um carro roda em média 30 quilômetros por dia, as motos de entrega percorrem até 180 quilômetros, poluindo tanto quanto os automóveis (ou até mais) PROMOT Programa de Controle da Poluição do Ar por Motociclos e Veículos Similares (Resolução CONAMA, nº 297 de 2002) Característica do Programa: encontra-se atualmente na FASE 3 (M-3), iniciada em 2009, que contempla todos os modelos de ciclomotores, motociclos e veículos similares novos e veículos em produção Observou-se que entre 2000 e 2009 houve uma redução de 70 a 80% nas emissões de gases poluentes! 28
Referências usadas nestes slides Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introdução à Química Ambiental, Porto Alegre Bookman, 2004 Baird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera, 2 ed, Porto Alegre, Bookman, 2002 Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011 http://www.passeiweb.com/na_ponta_lingua/sala_de_aula/quimica/imagens/chuva_acida_formacao.jpg, acessado 06-07-13 http://achuva.pbworks.com/w/page/1318337/as%20nossas%20descobertas, acessado 06-07-13 Mozeto, A. Química Atmosférica: A química sobre nossas cabeças. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. 2001 Tolentino, M., Filho, R.C.. A Química no efeito estufa. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. 1998 http://www.ibama.gov.br/areas-tematicas-qa/programa-proconve, acessado em 19-07-13 http://www.mma.gov.br/estruturas/163/_arquivos/promot_163.pdf, acessado em 19-07-13. 29