Apostila - Quimica Ambiental (2007)

8/8/2019 Apostila - Quimica Ambiental (2007)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIROINSTITUTO DE QUMICA

QU MI CA AMBI ENTAL E DESENVOLVI MENTO SUSTENTVEL

Prof a . Cssia Cur an Tur ci [email protected]

www.iq.ufrj.br


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Dicas para reduzir suas emisses de CO 2

VEJA COMO VOC PODE COLABORAR!

H uma srie de medidas que podemos tomar no nosso d ia a diapara reduzir nossa emisso individual de gases de efeito estufa(GEE) e, desta forma, ajudar a prevenir o problema doaquecimento global. So medidas simples que, alm de ajudaremna questo das mudanas climticas, podem melhorarsignificativamente a qualidade do ar que respiramos e do ambienteem que vivemos.

Cada uma das medidas enumeradas abaixo proporcionam umareduo de emisses de GEE (CO 2 equivalente), classificadas aquiem*, ** e ***, sendo:

*** Reduo anual em 500 kg ou mais;** Reduo anual entre 100 e 499 Kg;* Reduo anual de menos de 100kg.

* Se tiver mais de uma geladeira ou freezer ligados, desligue-os amenos que este seja indispensvel. Esta dica torna-se ainda maisimportante se estes forem modelos antigos e menos eficientes.* Utilize lmpadas mais eficientes. Prefira as lmpadasfluorescentes no lugar das incandescentes. Trocando as 5lmpadas mais utilizadas em sua casa, voc reduzirsensivelmente sua conta de luz e conseqentemente suasemisses de GEE.

* Desligue luzes e equipamentos quando no estiverem sendoutilizados. Evite deixar computadores ligados 24 horas por dia econfigure-os para que desliguem seus monitores quando esto emespera.

* Utilize o mnimo necessrio de papel. Utilizando e-mail com maisfreqncia mais rpido, eficiente, barato e mais saudvel parao meio-ambiente. Use papel reciclado sempre que possvel esepare papis e papelo ao dispens-los, facilitando, assim, areciclagem destes.

* Evite deixar gua corrente ao barbear-se, escovando os dentesou lavando louas. Muito importante: nunca utilize gua corrente


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para lavar caladas, quintais, carros. Encha um balde com gua,evitando assim que grande quantidade de gua v para o ralo,assim como seu dinheiro. No deixe a torneira aberta, semnecessidade, durante o seu trabalho de laboratrio.

** Separe todo o material reciclvel: Todo o material que reciclado representa uma diminuio das emisses de GEE etambm contribui com os catadores de reciclveis.

* P lante rvores: alm de ajudar a abso rver o CO 2 da atmosfera,elas proporcionam sombreamento, amenizando a temperaturadentro das residncias e reduzindo desta forma o uso decondicionadores de ar ou ventiladores. Vamos aumentar o plantiode rvores durante a recepo aos nossos novos estudantes!

*** Se voc dirige 20.000 km por ano reduza sua rodagem em10%. Para tal voc pode utilizar transporte pblico, bicicleta,andar, etc.** Mantenha a manuteno do seu veculo. Um motor mal cuidadopode consumir 50% a mais de combustvel e produzir 50% maisCO2.

** Calibre o pneu do seu carro ao menos uma vez por ms.

*** P refira veculos movidos a lcool ou b icombustveis. O lcool,ao contrrio da gasolina, diesel ou gs, uma fonte de energiarenovvel. A mesma quantidade de CO 2 emitido da queima dolcool nos motores fixada nas plantaes de cana de acar.

* Use ventiladores como sua primeira linha de defesa contra ocalor ao invs do condicionador de ar.

O BI CHO Vi on tem um b icho na imundc ie do p t io catando comida en t r e os

de t r i tos .Quando encontrav a algum a coisa , no exam inava, nem cheirava,

engol ia com voracidade.O b icho no e ra um co , no era um ga to , no e ra um ra t o .

O b icho , meu Deus , era um hom em. ( Poema de Manuel Bande i ra , em Obras Po t icas , 195 6)


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NDICE GERAL

Captulo 1 Introduo

1.1- Consideraes gerais ..................................................................................................51.2- A qumica ambiental ...................................................................................................61.3- O interesse pelo ambiente ...........................................................................................8

Captulo 2 Os elementos qumicos e a biosfera

2.1- Distribuio dos elementos qumicos na biosfera ...........................................102.2- Ciclos dos elementos da biosfera ...................................................................132.3- Ciclos biogeoqumicos na natureza ..............................................................14

2.3.1- O ciclo do carbono e do oxignio .....................................................152.3.1.1- O ciclo do carbono e o aquecimento global ..............................16

2.3.2- O ciclo do nitrognio ..........................................................................182.3.3- O ciclo do fsforo ...............................................................................212.3.4- O ciclo da gua ................................................................................21

Captulo 3 A atmosfera terrestre e os principais problemas ambientais

3.1- A atmosfera terrestre ................................................................................................233.1.1- Principais funes .........................................................................................233.1.2- Composio ..................................................................................................233.1.3- Estrutura .......................................................................................................24

3.2- Efeito estufa .............................................................................................................26

3.3- Camada de oznio ....................................................................................................283.4- Chuva cida ..............................................................................................................313.5- Smog fotoqumico ....................................................................................................33

Captulo 4 Os metais

4.1- Qumica de coordenao ..........................................................................................364.2- Complexos do tipo quelato ......................................................................................374.3- Assimilao de ons metlicos pelas plantas e animais .............................................374.4- Aspectos toxicolgicos .............................................................................................384.5- Aspectos medicinais ..................................................................................................43 Captulo 5 Introduo Qumica Orgnica.................................................................45


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Captulo 1

INTRODUO

1.1 - Consideraes gerais Os modelos de desenvolvimento adotados pelo homem para a agricultura, a pecuria, a

indstria e os centros urbanos no tm levado em conta a natureza. O solo, o ar e a gua tmsido usados como depsito do lixo produzido. Como resultado apareceram as chuvas cidas,as mudanas climticas, a eroso e a desertificao do solo, a contaminao dos alimentos pormetais e agrotxicos, o acmulo do lixo no degradvel, principalmente plsticos, o buraco deoznio, o perigo de extino de muitas espcies animais e vegetais, e vrios outros problemasambientais muito srios e praticamente irreversveis. Ao se apropriar dos recursos que anatureza lhe ofereceu, o homem se esqueceu de um princpio vital: o equilbrio que deve existirentre animais e plantas no seu habitat. Sem preservao do equilbrio ecolgico, o planetamorre.

Est muito claro hoje que a soluo dos problemas ambientais est acima do conceitode pases. Os testes atmicos em diferentes regies do planeta, as queimadas das florestasbrasileiras, o destino de lixo qumico e nuclear da Europa, a explorao das plataformascontinentais e da Antrtida so problemas que afetam a todos ns. Mais cedo ou mais tardetodos sentiremos seus efeitos. Por isso importante preven-los. Governos de todo o mundo,principalmente nos pases sub-desenvolvidos, se encontram hoje com o dramtico dilema dedecidir onde aplicar os poucos recursos disponveis para soluo de problemas cruciais dapopulao; sade, educao, transporte, alimentao, moradia, e agora, recuperao do meioambiente e preveno de desastres ecolgicos. No Brasil, falta ainda uma poltica ambientalclara, sem oportunismos, que atue a partir de uma esfera federal. Nestes ltimos vinte anos foi

observado apenas o fortalecimento de rgos estaduais, responsveis pelo controle e manejo domeio ambiente, os quais refletem, nas suas rotinas de operao, os grandes abismoseconmicos caractersticos das vrias regies do pas. Enquanto governos e polticos decidemsobre onde aplicar as verbas, fundamental que cada homem, mulher e criana se conscientizedestes problemas que esto destruindo a vida no planeta e reformulem seus hbitos,principalmente os de consumo. Na cidade ou no campo, no mundo desenvolvido ousubdesenvolvido, todos seremos vtimas se no tratarmos a natureza com respeito eresponsabilidade. Isto implica numa mudana de estilo menos individualista para outro maiscompromissado com toda a sociedade.

No Brasil, sem um plano diretor responsvel, carente de uma poltica federalabrangente e ao mesmo tempo sensvel s peculiaridades regionais, e principalmente sem ascontribuies pessoais, das universidades e da iniciativa privada na soluo dos problemasambientais, a sociedade brasileira poder presenciar, a curto prazo, um srio comprometimentoda sua qualidade de vida.


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1.2 - A Qumica ambiental

A Qumica Ambiental procura elucidar as reaes qumicas que ocorrem na biosfera(hidrosfera, litosfera e atmosfera) e suas interfaces, principalmente aquelas que podem afetar asade humana.

Como exemplos, podemos citar:

Na atmosfera: as reaes fotoqumicas e a produo de compostos txicos tais comooznio, aldedos, etc.

Na hidrosfera: reaes de complexao, adsoro de metais e seus efeitos txicos paraa biota.

Na litosfera: reaes mediadas por microorganismos (biocidas).

Em qumica ambiental, todos estes sistemas devem ser estudados como partes de umtodo.

A pesquisa em Qumica Ambiental no Brasil, at o incio dos anos 80, dedicava-se poluio ambiental e consistia, principalmente, no monitoramento de espcies qumicasconsideradas poluentes, num dos trs compartimentos ambientais: atmosfera, litosfera ehidrosfera, com nfase para este ltimo. Existia uma acentuada e preocupante escassez deatividades de pesquisa em termos de reatividade qumica e comportamento fsico de poluentesnos trs compartimentos e em suas interfaces. Durante a dcada de 80 muitos eventos, entreeles reunies cientficas dedicadas exclusivamente discusso da qumica ambiental,propiciaram a discusso dos rumos da Qumica no Brasil e contriburam de forma significativapara a mudana deste cenrio.

Dentre os principais problemas ambientais podemos destacar:

a) o uso errneo e mesmo abusivo de substncias qumicas

Certas substncias, frequentemente txicas, muitas vezes tm efeito cumulativo nosseres vivos e so persistentes, acumulando-se no ambiente onde so lanadas.

O efeito cumulativo ou a bioamplificao acontece com aquelas substncias, naturaisou sintticas, que no deveriam fazer parte da dieta do ser vivo e assim, quando absorvidas ouingeridas por vegetais ou animais, no so eficientemente eliminadas do organismo.Compostos de metais pesados fazem parte deste grupo de substncias. A bioamplificao domercrio tem sido estudada, sendo encontrados casos em que a concentrao deste metal empeixes chega a ser milhares de vezes maior do que na gua onde vivem.

O fenmeno da persistncia no ambiente acontece com as substncias sintticas que soestveis aos fenmenos fsicos naturais, so quimicamente inertes e de difcil biodegradao.Plsticos, em geral, e os freons fazem parte deste grupo de substncias. Os detergentessintticos, ditos no biodegradveis, sofrem mais lentamente a decomposio biolgica do queos sabes ou os detergentes sintticos biodegradveis. Os pesticidas clorados tm sido


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encontrados em locais onde foram lanados aps anos ou mesmo dcadas da sua aplicao.

b) poluio e contaminao das guas

Alm do aspecto esttico e da transmisso de doenas, a poluio das guas podecausar desequilbrio ecolgico. Geralmente isto ocorre quando so lanados aos rios grandesquantidades de resduos orgnicos. A matria orgnica geralmente biodegradvel, seja elaproveniente de esgotos ou qualquer outra origem como restos de alimentos ou produtosindustriais (acar por exemplo). Sendo biodegradvel, ela pode ser utilizada como alimentopelos microorganismos decompositores da gua (bactrias, fungos e outros seres que vivem eproliferam normalmente nas guas). Quanto maior for a quantidade de matria orgnicalanada gua, maior o nmero de microorganismos que a se desenvolvero. Estesmicroorganismos respiram, consumindo oxignio dissolvido na gua. Assim sendo, quantomaior a quantidade de matria biodegradvel, maior o nmero de decompositores e maior oconsumo de oxignio. Como a gua constitui um ambiente pobre em oxignio, em funo desua baixa solubilidade, esse excessivo consumo respiratrio pode causar a extino de todo ooxignio dissolvido, o que ocasionar a consequente morte dos peixes e outros seres aerbios.Neste caso temos um desequilbrio ecolgico e no um envenenamento das guas, e esta acausa mais frequente de morte de peixes em rios poludos.

c) poluio do ar

Os maiores problemas de poluio do ar so os decorrentes do lanamento de gasestxicos atmosfera pelas indstrias ou pela frota automotiva. Alm disso, alguns compostostxicos so formados no prprio ar a partir de elementos componentes dos gases desprendidospelos motores e pelas chamins, os quais reagem com elementos da prpria atmosfera mediantea interveno da luz como fonte de energia (reaes fotoqumicas). Entre os principaiscompostos nocivos que nas grandes cidades poluem a atmosfera, podemos citar os compostos

sulfurosos, nitrogenados e xidos de carbono.d) uso inadequado da terra ou ocupao inadequada do espao

A prtica da agricultura intensiva e da monocultura em larga escala, tanto tm levado perda de solo e diminuio da sua fertilidade, como provocado a incidncia e a proliferaode pragas.

O zoneamento no criterioso das regies urbanas tem provocado problemas de poluiodas guas e, principalmente, da atmosfera.

e) extino de espcies animais e vegetais

A preocupao com a extino das espcies justifica-se, principalmente, pelo direito quetodos tm existncia e pela possibilidade de que plantas e animais extintos, ou em vias deextino, por causa da atividade humana, pudessem ser recursos naturais ou elos controladoresde outras espcies.

Devemos estar atentos a problemas ambientais como os citados acima pois toda a


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humanidade sofre os seus efeitos.

1.3 - O interesse pelo ambiente

A preocupao com a preservao do meio ambiente no , como muitos pensam, ummovimento recente de conscientizao popular, nem um modismo cientfico. Historicamente,a preocupao com a preservao ambiental surgiu conjuntamente com a devastao ambiental.No foi porm, seno na dcada de 60, graas mobilizao popular e o apoio dos meios decomunicao, que o assunto atingiu propores globais, entrando nos lares e fazendo com quematrias aparentemente complexas, tais como o uso de agrotxicos ou a contaminao pormercrio, fossem tratadas com familiaridade at mesmo por leigos. Por exemplo, aps asegunda grande guerra os efeitos da bomba atmica acordaram o homem para a sua capacidadede destruio, levando-o a preocupar-se com o desenvolvimento de armas nucleares.

J na dcada de cinquenta comeou o alerta aos perigos do uso intensivo eindiscriminado dos pesticidas sintticos, discutindo-se a persistncia e o efeito cumulativo dodicloro-difenil-tricloroetano (DDT) e outros pesticidas.

Nos anos sessenta, o excesso de nutrientes (eutrofizao) jogados em rios e lagos,oriundos dos detergentes com fsforo, era um problema prioritrio global. O esforo dacomunidade cientfica foi canalizado para minimizar esse tipo de poluio. Minimizado oproblema, outros poluentes foram detectados no ar, na gua e nos alimentos.

A era da eutrofizao foi substituda pela era dos metais pesados, dos organoclorados,da chuva cida. A dcada de oitenta foi caracterizada pelo esforo devotado preservao dosistema aqutico subterrneo e superficial e pela minimizao dos poluentes atmosfricos. Istono significou o esquecimento ou eliminao dos velhos poluentes; simplesmente foi atingido

um estgio de desenvolvimento que permitiu tanto a avaliao mais precisa do potencial txicode certos compostos, como tambm a otimizao de processos para o manejo e controle dosprimeiros poluentes.

Nesta dcada de noventa, os pesquisadores vm se preocupando principalmente com asmudanas climticas devidas ao efeito estufa, o cncer pulmonar associado exposio aoradnio, os efeitos da destruio da camada de oznio e o descarte final de resduos slidosindustriais. Os brasileiros, alm disso, devem encarar outros problemas, como a ocupaocatica da Amaznia.


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Referncias

[1] E. J. H. Bechara, Qumica Nova,15, 117 (1992).[2] W. F. Jardim, Qumica Nova,15, 144 (1992).

[3] W. F. Jardim, especialista em qumica ambiental - coletnea de artigos publicados emrevistas e jornais.

[4] B. M. Vieira, Cincias do ambiente para o curso de engenharia, Departamento deQumica - Instituto Tecnolgico de Aeronutica - ITA, So Jos dos Campos, SP.

[5] CETESB - Folhetos explicativos.[6] FEEMA - ASFEEMA - Curso terico e prtico de controle da poluio ambiental, Rio

de Janeiro, RJ, (1998).


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Captulo 2

OS ELEMENTOS QUMICOS E A BIOSFERA

2.1 - Distribuio dos elementos qumicos na biosfera A vida se manifesta numa faixa delgada, quase que superficial de nosso planeta, onde

trs requisitos essenciais so satisfeitos:

a) existncia de gua;

b) disponibilidade de energia, principalmente solar;

c) ocorrncia de trocas dinmicas de elementos e influncias provenientes da atmosfera,litosfera e hidrosfera.

Estes fatores determinam a composio dessa faixa conhecida como biosfera. Nelapredominam elementos mais leves, como o hidrognio (H), carbono (C), nitrognio (N),oxignio (O) e fsforo (P), na extenso de 1 a 60%, seguidos por sdio (Na), potssio (K),magnsio (Mg), clcio (Ca), enxofre (S) e cloro (Cl), no intervalo de 0,01 a 1%. Os metais detransio vandio (V), crmio (Cr), mangans (Mn), ferro (Fe), cobalto (Co), cobre (Cu) ezinco (Zn) comparecem na escala de traos (< 0,01%), porm so essenciais para a vida, omesmo acontecendo com os no metais boro (B), silcio (Si) e selnio (Se). Acima doelemento de nmero atmico 34, apenas o molibdnio (Mo, Z = 42) e ido (I, Z = 53) soconsiderados essenciais.

Por que a vida se teria organizado com base nesses elementos? Em primeiro lugar,

devemos observar que cada elemento na biosfera desempenha uma funo necessria, comoconstituinte estrutural de sistemas biolgicos, como cofator e centro ativo de enzimas, ou comotransportador de eltrons, ons, O2 e CO2. Ao lado da eficincia de cada elemento em suafuno biolgica,deve-se pensar ainda em suaabundncia relativa no ambiente geoqumicoonde se insere o crculo da vida. Este aspecto pode ser melhor apreciado na Tabela 2.1.

Os elementos constituintes da biosfera ocorrem em quantidades apreciveis na crostaterrestre, nas guas ou no ar, fato que evidencia bem a importncia desse critrio de seleonatural. Podemos assim compreender a razo da preferncia desenvolvida em torno do sdio edo potssio dentre os demais metais alcalinos, bem como do predomnio absoluto do clciosobre o estrncio nos sistemas biolgicos, apesar de sua semelhana qumica.

Enquanto a abundncia relativa dos elementos no globo terrestre est ligada estabilidade nuclear, a seleo entre os vrios elementos disponveis constitui um problema deordem funcional. Tomando como exemplo os metais da primeira srie de transio, vamosencontrar o ferro e o cobre como maior frequncia em funes redox, em virtude de suascaractersticas favorveis para a transferncia de eltrons. O zinco, por outro lado, sendopouco ativo em processos redox, foi melhor aproveitado para o exerccio de funeshidrolticas, catalisando reaes tipo cido-base. Note-se que os ons de cobre so igualmenteativos nesse sentido. Contudo, a opo natural pelo zinco diminuiu a possibilidade de reaes


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redox acopladas ao processo hidroltico.

O papel de cada elemento nos sistemas biolgicos introduz a questo da essencialidadede tal elemento. Atravs da evoluo, os elementos metlicos como Fe, Co, Cu, Zn e Mo,selecionados com base na maior disponibilidade e eficincia, tornaram-se parte de um sistemaqumico mais complexo, representado, por exemplo, pela cadeia protica. Com isso,assimilaram caractersticas extremamente aprimoradas e especficas em suas funes. Oselementos alternativos, exemplificados pelo estrncio e pelos lantandeos com relao aoclcio, sendo menos abundantes, acabaram ficando margem da evoluo biolgica.


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Tabela 2.1 - Composio da crosta terrestre, da gua do mar e do homem: dados emlogaritmo da distribuio percentual em partes por milho

Exemplo: 106 g de gua do mar encerram 105,03g de hidrognio__________________________________________________________________________Elemento crosta gua homem observaes

________________________________________________________________________________________H 3,14 5,03 4,96 constitutinte do fluido e das molculas biolgicas-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Li 1,30 -0,76 -1,5 no essencial, usado no tratamento de doenas

mentaisNa 4,45 4,02 3,41 principal ction extracelularK 4,41 2,58 3,34 principal ction intracelularRb 1,95 -0,92 0,9 no essencialCs 0,44 -3,30 no essencial------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Be 0,45 -6,22 no essencial, txicoMg 4,32 3,13 2,60 funo enzimtica, componente da clorofilaCa 4,55 2,60 4,14 funo enzimtica, constituinte dos ossos e das

conchas

Sr 1,95 -0,92 0,6 no essencialBa 2,62 -1,5 -0,5 no essencial------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B 1,00 0,66 -0,7 essencial em plantasAl 4,91 -2,0 no essencialGa 1,17 -4,5 no essencialIn -1,0 no essencialTl 0,3 no essencial, txico------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------C 2,30 0,66 5,28 constituinte de biomolculasSi 5,44 0,48 1,60 funo estruturalGe 0,17 -4,15 no essencialSn 0,30 -3,10 0,30 funo desconhecidaPb 1,11 -4,5 -0,30 no essencial, txico, poluente

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------N 1,30 -0,3 4,70 constituinte de biomolculasP 3,02 -1,15 3,80 funo estrutural e energticaAs 0,25 -2,5 -1,3 no essencial, txicoSb -0,7 -3,3 no essencial, txicoBi -0,6 -4,7 no essencial, txico-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------O 5,66 5,93 5,79 constitutinte do fluido e das molculas biolgicasS 2,41 2,94 3,80 constituinte de biomolculasSe -1,3 -3,4 essencial em traos; bastante txico emquantidades

maioresTe 2,0 no essencial, txico-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

F 2,79 0,11 encontrado nos ossos e dentesCl 2,11 4,28 3,25 principal nion celularBr 0,39 1,81 0,3 encontrado em algumas espcies marinhasI -0,30 -1,22 0,01 constituinte de biomolculas------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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________________________________________________________________________________________Elemento crosta gua homem observaes________________________________________________________________________________________Ti 3,64 -3,00 no essencialV 2,13 -2,69 -1,5 essencial, principalmente para organismos

marinhos e plantas

Cr 2,00 -4,3 -1,5 essencial, funo pouco conhecidaMn 2,97 -2,7 0,01 funo enzimtica, decomposio da gua nafotossntese

Fe 4,69 -2,7 1,70 funo enzimtica e transportadora de oxignioCo 1,39 -4,0 -1,4 funo enzimtica, constituinte da vitamina B12 Ni 1,87 -2,7 -1,4 funo desconhecida, provavelmente no essencialCu 1,74 -2,5 0,6 funo enzimtica e transportadora de oxignioZn 1,84 -2,0 1,40 funo enzimtica------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Nb 1,30 -5,0 no essencial, presente em alguns organismos

marinhosMo 0,17 -2,0 -0,7 funo enzimtica, fixao do nitrognio molecularCd -0,7 -3,95 no essencial, poluente, txicoPt -2,0 no essencial, componente de drogas contra o

cncerAu -2,4 -5,4 no essencial, componente de drogas paratratamento de artrite

Hg -1,1 -4,5 no essencial, poluente, txicoLn lantandeos, no essenciais------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2.2 - Ciclo dos elementos da biosfera

A troca de elementosentre a atmosfera, litosfera e hidrosfera um ponto essencialpara a existncia da biosfera. Assim, importante levar em conta a disponibilidade doelemento, decorrente no apenas da sua abundncia natural, mas tambm da forma em que seencontra e dos modos de captura pelos sistemas biolgicos.

Apesar de constituir 78% da atmosfera, o nitrognio molecular nem sempre pode serconsiderado disponvel, por ser pouco reativo. Sua transformao em produtos mais teis,como a amnia, NH3, envolve aprecivel gasto de energia, necessitando de catalisadores, almde presses e temperaturas elevadas. Esse obstculo foi superado em sistemas biolgicos quesintetizam enzimas nitrogenases. Tais enzimas contm ferro (Fe) e molibdnio (Mo), e socapazes de converter nitrognio molecular em amnia, em condies ambientes, utilizandoenergia produzida pelo metabolismo. So encontradas em microorganismos que vivem livres,ou associados a razes de plantas, como as leguminosas. Dessa maneira, tornam o nitrognioatmosfrico disponvel biosfera.

O oxignio disponvel biosfera, como componente fundamental da gua e do ar. Naforma de oxignio molecular, sua assimilao e transporte so feitos atravs de pigmentos quecontm ferro (por exemplo, hemoglobina e mioglobina) ou cobre (por exemplo, hemocianina).Enzimas redox que contm ferro ou cobre, se encarregam da oxidao dos substratosorgnicos pelo oxignio molecular, dando como produtos finais CO2 e H2O. O processoinverso, que fecha o ciclo do elemento na biosfera, desempenhado pelo pigmento verde dasplantas, a clorofila. Na fotossntese, CO2 e H2O so convertidos em carboidratos, sob a ao


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da luz, liberando oxignio molecular. Ao mesmo tempo, o carbono incorporado biosfera.

Os elementos metlicos, assim como os ons haletos, fosfato, sulfato e nitrato, sofornecidos biosfera, continuamente, pela hidrosfera e litosfera. Mecanismos desenvolvidosde incorporao permitem a acumulao seletiva dessas espcies nso seres vivos, distribuindo-as segundo um padro incrivelmente complexo pelas diversas partes do organismo.2.3 - Ciclos biogeoqumicos na natureza

Todos os elementos que se encontram no meio ambiente e que, de alguma forma, soaproveitados pelos seres vivos fazem parte de um reservatrio permanente. Sofrem uma sriede transformaes bioqumicas, retornam ao seu estado original e, por fim, so devolvidos aomeio ambiente. Isso necessrio, pois, mesmo quando abundantes, os elementosindispensveis vida existem em quantidade limitada. Caso no fossem continuamentereciclados, se esgotariam em pouco tempo.

Os ciclos dos elementos componentes da natureza so denominados biogeoqumicos,por envolverem atividades biolgicas, qumicas e fenmenos geolgicos. Biolgicas, porquegrande parte das transformaes se sucedem com a participao dos seres vivos; qumicas,porque consistem em reaes que ocorrem entre elementos qumicos; e so tambm fenmenosgeolgicos, visto que a origem primria de todos esses elementos est ligada composiobsica da superfcie do globo terrestre. Por essas trs caractersticas, convencionou-se chamaros ciclos naturais dos elementos qumicos na biosfera deciclos biogeoqumicos .

Os grandes reservatrios do nosso planeta - litosfera, hidrosfera e atmosfera -geralmente mantm uma massa relativamente elevada das substncias envolvidas nessesreservatrios. Matria constantemente trocada entre os reservatrios, sendo que a grandemaioria das transformaes e, pelo menos parte das trocas, acontecem por meio de reaes

qumicas realizadas pelos seres vivos.Nos reservatrios, as velocidades de troca e o estoque das substncias participantes dos

ciclos so praticamente constantes (no considerada a escala geolgica do tempo), sendo queas trocas e as transformaes acontecem de modo tal que as alteraes causadas porinterferncia so, em princpio, minimizadas.

A circulao de alguns elementos muito rpida. Em compensao, h casos em queessa circulao entre os meios abitico e bitico, com o retorno ao primeiro, demanda umtempo exageradamente longo; s vezes de milhes de anos. A ttulo de exemplo, voc pode atimaginar um tomo de carbono na composio de uma molcula de CO2, resultante de umacombusto qualquer. Se essa molcula for incorporada por uma planta verde no processofotossinttico, em pouco tempo aquele carbono estar compondo uma molcula orgnica daplanta. Um inseto, ao devorar essa planta, receber aquele tomo de carbono. Mas, pela suaprpria atividade respiratria, o inseto no tardar em devolver o carbono ao ambienteabitico, sob a forma de dixido de carbono. Esse um ciclo rpido. Mas muitos tomos decarbono ficaram soterrados, compondo a matria de organismos, animais e plantas, retidos emterrenos geolgicos de milhes de anos, originando o petrleo e a hulha. Hoje, essescombustveis, extrados e queimados, liberam outra vez o carbono para o ar atmosfrico,permitindo o seu reaproveitamento pelas plantas e o seu retorno s cadeias alimentares.


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atmosfrico ou dissolvido na gua, e H2O em matria orgnica. Alm do carboidrato produzido O2, substncia essencial respirao aerbia (reao inversa a da fotossntese),atravs da qual a grande maioria dos seres vivos (seres aerbios) vegetais e animais faz uso daenergia contida na matria orgnica.

A fotossntese envolve oxidao e reduo, e o processo pode ser separado em duassemi-reaes:

2 H2O O2 + 4 H+ + 4 e-

CO2 + 4 H+ + 4 e- [CH2O] + H2O____________________________________

H2O + CO2 O2 + [CH2O]

ondeG = 471 J/mol CH2O (suprida por ftons do sol)

Qualquer molcula que absorva luz e alcance um estado excitado que dure o bastantepara sofrer oxidao ou reduo, capaz de iniciar processos fotoqumicos. Clorofilas e outrospigmentos acessrios, presentes nos vegetais fotossintetisantes, preenchem este requisito. Noentanto, nos vegetais fotossintetisantes, a energia absorvida por estes pigmentos ,aparentemente, transferida para uma molcula especial de clorofila, capaz de promoverprocessos de xido-reduo com a ajuda de enzimas e outras molculas transportadoras deenergia.

O carboidrato sintetizado, representado por sua frmula mnima [CH2O], a glicose,C6H12O6 que, incorporada ao vegetal na forma de polmero (celulose e amido), a base para asntese das outras substncias que compem o organismo vivo.

2.3.1.1 - O ciclo do carbono e o aquecimento global

As atividades humanas tm causado distrbios no balanceamento do ciclo do carbono.Desde o advento da Revoluo Industrial, os homens vm aumentando a queima decombustveis fsseis - carvo, leo e gs natural. Esta tendncia, juntamente com uma maiorutilizao da madeira como combustvel e a queima de grandes reas de florestas tropicais, tmlanado dixido de carbono na atmosfera numa velocidade maior do que o ciclo natural decarbono pode suportar.

O lento, mas contnuo aumento da concentrao de CO2 na atmosfera , provavelmente,a causa de mudanas que vm ocorrendo no clima, um fenmeno conhecido como aquecimentoglobal. O aquecimento global pode resultar na elevao dos nveis dos mares, mudanas nosmodelos de precitao, morte de florestas, extino de animais e plantas e problemas para aagricultura. provvel tambm que force o abandono de milhares, ou at mesmo milhes, depessoas de suas moradias, particularmente aquelas que vivem em regies costeiras.

Segundo algumas teorias, o aumento da concentrao de CO2 leva a um aumento, no


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desprezvel, na absoro, pela atmosfera, da energia que emitida pela superfcie da terra emdireo ao espao. Esta interceptao da radiao emitida pela terra anloga quela exercidapela placa de vidro (que opaco radiao infravermelha) num coletor solar; por este motivoeste efeito do CO2 denominado efeito estufa.

A partir de 1945 a temperatura mdia da terra, depois de passar por um mximo,comeou a cair. Na poca, esta nova tendncia foi explicada por alguns grupos como sendoresultante do aumento da refletividade, ou do gradativo aumento na opacidade da atmosfera,em decorrncia da emisso antrpica de particulado que permanece em suspenso no ar.Climatologistas tm desenvolvido modelos matemticos que permitem predizer a extenso doefeito conjunto do CO2 e das partculas em suspenso.

Sabendo-se que a combusto de combustveis fsseis tem competido de maneira nodesprezvel com a respirao na produo de CO2 e, adicionalmente, que em ambas existe umconsumo de O2 proporcional ao CO2 produzido, surge a pergunta: O desbalanceamento nesteciclo capaz de diminuir apreciavelmente a concentrao de O2 na atmosfera como um todo?

Dados numricos mostram que a combusto no traz problemas quanto disponibilidade de O2 na atmosfera, porm ela produz, alm do CO2, um grande nmero desubstncias txicas aos seres vivos, e este sim um problema srio que tem merecido e devemerecer ateno especial.

Finalmente resta analisar a possibilidade de desequilbrio entre a produo e o consumode O2 em algumas regies mais ou menos delimitadas, j que a atmosfera no corre este risco ea hidrosfera tem at uma produo lquida de O2.

Quando ecossistemas aquticos so analisados, verifica-se que, em muitos deles, aconcentrao de O2 em suas guas menor do que a esperada concentrao de saturao. Rios

e lagos (ou pelo menos parte deles), cujas guas mantm uma concentrao de O2 inferiorquela necessria para a sobrevivncia de grande nmero de animais, no so difceis de seremencontrados. Mais raros, porm existentes, so corpos de gua onde houve esgotamento totaldo oxignio dissolvido e, por isso mesmo, s podem abrigar vida anaerbia.

As caractersticas de pelo menos dois parmetros, permitem que tais situaes aconteam:

a) a solubilidade de gases na gua tem um limite que, no caso do O2 deaproximadamente 8 mg O2 / litro de gua. Esta baixa solubilidade faz com que mesmopequenos consumos sejam importantes e torna impossvel a armazenagem de O2 produzido emexcesso em certos perodos.

b) adissoluo de gases na gua um processo lento, principalmente em guas poucoturbulentas. Deste modo, a reposio do deficit de oxignio por dissoluo do O2 atmosfrico normalmente demorada.

O excesso do consumo de O2 no meio aqutico o principal efeito da poluio dasguas por lanamento de detritos, assunto do qual trataremos futuramente.

Na atmosfera, os dficits de oxignio so desprezveis mesmo naquelas regies onde


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os processos de combusto so intensificados como, por exemplo, regies industriais e/ou comtrfego intenso. Esta constatao pode ser entendida analisando-se os mesmos parmetrosreferidos anteriormente.

a) no existe limite de solubilidade do O2 na atmosfera. A concentrao de O2 naatmosfera de 21% em volume, ou seja, 35 vezes a da gua saturada de O2 (se considerada arelao volume/volume).

b) a homogeneizao do ar, comparada com a da gua, se d rapidamente.

2.3.2 - O ciclo do nitrognio

O nitrognio participa, obrigatoriamente, das molculas das protenas e outroscompostos essenciais vida. , portanto, um dos elementos mais importantes constituiodas clulas e, consequentemente, dos seres vivos.

Atravs da fotossntese, as plantas produzem os carboidratos, compostos ternrios quepossuem carbono (C), hidrognio (H) e oxignio (O). No entanto, a partir da, s ser possvela obteno de compostos quaternrios contendo C, H, O e N, se tais plantas reagirem osprodutos ternrios com substncias nitrogenadas. S assim surgiro as aminas, as amidas, osaminocidos e, finalmente, as protenas. Isso d a dimenso da importncia do nitrognio nacomposio da matria viva.

A atmosfera constitui um suprimento praticamente ilimitado de gs nitrognio (N2),uma molcula diatmica. Entretanto, o nitrognio molecular to estvel, que no pode serincorporado pela grande maioria dos vegetais produtores e por qualquer animal, os quais socapazes de utiliz-lo apenas aps sua fixao, ou seja, aps sua oxidao ou reduo e fazendo

parte de uma substncia que possa ser utilizada por esses organismos.O ciclo do nitrognio pode ser descrito em cinco etapas:

1- Fixao do nitrognio2- Nitrificao3- Assimilao4- Produo de amnia5- Desnitrificao

1- Fixao do nitrognio O primeiro passo no ciclo do nitrognio chamado defixao do nitrognio. Este

corresponde converso do nitrognio gasoso (N2) em amnia (NH3). O processo recebe estenome pelo fato de que o nitrognio fixado numa forma que permite sua utilizao pelos seresvivos. A outra parte da fixao natural produz NO e acontece na atmosfera somente em certassituaes, envolvendo suficiente energia para quebrar a molcula de N2. Destacam-se, porexemplo, a ao vulcnica, quedas de meteoros e ocorrncia de relmpagos. Nestes casos soalcanadas altas temperaturas e a oxidao do N2 (N2 + O2 2 NO) se torna possvel.


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Inicialmente, as nitrosomonas, que so bactrias quimiossintetisantes, oxidam amnia a nitritosegundo a reao:

NH4+ + 3/2 O2 NO2- + H2O + 2 H+

Em seguida, as nitrobactrias realizam a oxidao final, dada por:

NO2- + 2 O2 NO3-

Uma justificativa possvel para a necessidade da nitrificao que, mesmo que asplantas absorvam tanto amnia como nitrato, o nitrato tem maior mobilidade no solo, podendochegar mais facilmente s razes do vegetal.

3- Assimilao

Na assimilao, o nitrognio fixado, como amnia (NH3) ou nitrato (NO3-), absorvidopelos vegetais, incorporando o nitrognio dessas espcies nas protenas das plantas e cidosnucleicos.

4- Produo de amnia

Organismos vivos produzem resduos que contm nitrognio, tais como uria e cidorico. Estas substncias, mais os compostos de nitrognio que ocorrem em organismos semvida, so decompostos, liberando o nitrognio para o ambiente abitico na forma de amnia(NH3). Esta amnia entra no ciclo do nitrognio, tornando-se disponvel para os processos denitrificao e assimilao.

5- Desnitrificao

Bactrias como as nitrosomonas desnitrificantes so responsveis pelo retorno donitrognio atmosfera. Estas bactrias, facultativas, na ausncia de oxignio, utilizam NO2- eNO3- como oxidantes na respirao, reduzindo-os a N2 ou N2O, da seguinte maneira:

(CH2O) + NO3- CO2 + 2 H2O + OH- + 2 N2O e

5 (CH2O) + 4 NO3- 5 CO2 + 3/2 H2O + 4 OH- + 2 N2

Se no fosse a grande produo industrial de fertilizantes nitrogenados, poder-se-iaesperar por um balanceamento entre a retirada de nitrognio da atmosfera (fixao) e o seuretorno (desnitrificao). Atualmente, no se tem segurana nem da extenso destebalanceamento, nem das consequncias que este fato poderia trazer a longo prazo, seconsiderada a biosfera. O que existe de concreto que o carreamento de compostosnitrogenados (e tambm fosforados) pelas guas de escoamento, tem acelerado o processonatural de fertilizao de lagos, ou seja, acelerado o processo de eutrofizao, cujos problemassero discutidos mais tarde.


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2.3.3 - O ciclo do fsforo

O fsforo na biosfera no segue um ciclo no sentido absoluto do termo, sendo quenaturalmente existe uma perda aprecivel de fsforo para os sedimentos profundos do mar.Uma outra caracterstica que, ao contrrio do carbono, do oxignio e do nitrognio, o fsforono se encontra acumulado num grande reservatrio, sendo encontrado em baixssimaconcentrao nas guas ou disperso na litosfera. De qualquer forma, um elemento raro,mesmo no ltimo caso.

As principais fontes de fsforo so as rochas fosfatadas, os depsitos de guano e osdepsitos de fsseis. Destas fontes, sob a ao do intemperismo natural, o fosfato continuamente removido. Sua ltima escala, depois de absorvido pelos produtores e deatravessar a cadeia alimentar, o sedimento marinho. Parte deste fsforo retorna terraatravs do excremento de aves (guano), ou atravs do particulado produzido pela turbulnciado mar, ou ainda atravs do peixe capturado pelo homem. No entanto, parte do fsforo,mesmo que pequena, levada para o sedimento profundo do mar, de onde o seu retorno a terrapelos caminhos citados acima praticamente impossvel, o motivo sendo a ausncia deprodutores em tal profundidade.

O uso de compostos fosforados, tanto nos fertilizantes como na carga de detergentessintticos, tem levado a uma crescente explorao das reservas, alm de aumentar a quantidadeque arrastada pelas guas de escoamento para os lagos e mares. A frao que carreada paraos lagos, ainda que tenha o seu retorno a terra garantido, seguramente tem acelerado o processode eutrofizao.

A quantidade de fsforo consumida como aditivo para detergentes sintticos no pequena. Porm, mais importante do que este consumo, o fato de que os detergentes,

possivelmente, constituem a principal fonte do fsforo carregado para o meio aqutico,avaliando-se sua contribuio em 30 a 40 %, como mdia mundial, chegando ao duplo destevalor em algumas regies.

2.3.4 - O ciclo da gua

O ciclo da gua, conhecido comociclo hidrolgico, resultante do balanceamentoentre a gua dos oceanos, a gua da litosfera e a gua da atmosfera.

A gua , quantitativamente, o elemento mais abundante na constituio dos seresvivos. Cerca de 70% do peso do homem e 90% do peso de alguns animais aquticos formado por gua. Em vista disso, a massa de seres vivos existente em qualquer parte dasuperfcie terrestre proporcional disponibilidade de gua. Isso significa que em regies defortes chuvas a vida muito mais exuberante e intensa do que em reas desrticas.

Pesquisas geolgicas tm revelado a existncia de enormes reservas de gua entre asrochas que constituem o manto, situado abaixo da crosta terrestre. No entanto, a guapresente na litosfera, na hidrosfera e na atmosfera que garante a vida no planeta.

A maior parte da gua da atmosfera est na forma gasosa, ou seja, de vapor. E quandoela se acumula em grande quantidade, ao sofrer um resfriamento, condensa-se, dando lugar


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formao das nuvens . Nessa fase, h uma enorme mobilidade das reservas de gua em funodos ventos. Isso faz com que uma nuvem formada em um determinado ponto venha a seprecipitar na forma de chuva, a uma longa distncia do ponto de origem.

Essa quantidade de gua existente na atmosfera no muito grande. Se todo o vaporde gua fosse condensado e espalhado na superfcie da Terra, resultaria uma camada de apenas3 centmetros de espessura. Mesmo assim, todo o ciclo da gua est fundamentado nessepequeno volume.

Com a precipitao na forma de chuvas, grande parte da gua que estava na atmosferacai diretamente nos oceanos. A outra parcela vai para os continentes. Dessa parcela, umaparte substancial infiltrada no solo. O restante escoa superficialmente em direo aospontos baixos. Isso contribui para a formao de crregos, rios e lagos que, por sua vez,escoam para o oceano. J a poro infiltrada renova as guas subterrneas, ou seja, olenol

fretico , um depsito de gua disponvel para a vegetao. O excedente de gua dos lenispode retornar superfcie na forma de nascentes ou rios.

O retorno da gua dos oceanos, rios e lagos (ou mesmo diretamente do solo) para aatmosfera d-se porevaporao . Alm da evaporao, grande parte dessa gua volta atmosfera atravs da transpirao das folhas dos vegetais. Como a superfcie total das folhasde uma rvore muitas vezes superior rea do solo que ela ocupa, os vegetais tm umimportante papel multiplicador do fenmeno de evaporao da gua. Alm disso, eles exercemenorme influncia na manuteno da umidade do ar e nas precipitaes pluviomtricas. soma da evaporao direta do solo, da gua, e da transpirao vegetal d-se o nome deevapotranspirao.

Referncias [1] H. E. Toma, Qumica Bioinorgnica, Programa regional de desenvolvimento cientfico

e tecnolgico, Washington (1984).[2] J. C. Kotz e K. F. Purcell, Chemistry and Chemical Reactivity, Saunders CollegePublishing (1990).

[3] N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Pergamon Press (1986). [4] B. M. Vieira, Cincias do ambiente para o curso de engenharia, Departamento de

Qumica - Instituto Tecnolgico de Aeronutica - ITA, So Jos dos Campos, SP.[5] P. H. Raven, L. R. Berg, G. B. Johnson, Environment , Saunders College Publishing,

(1995).[6] S. M. Branco, E. Murgel,Poluio do ar , Editora Moderna, (1995).

[7] E. P. Odum,Fundamentos de Ecologia , Fundao Calouste Gulbenkian, 4a edio.


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Captulo 3

A ATMOSFERA TERRESTRE E OS PRINCIPAIS PROBLEMAS AMBIENTAIS

3.1- A atmosfera terrestre

3.1.1- Principais funes

A atmosfera terrestre um manto protetor que favorece a vida na Terra e a protegecontra o ambiente hostil do espao externo. Sua importncia evidente quando se leva emconsiderao suas principais funes:

- fonte de CO2 para a fotossntese;- fonte de N2 que utilizado pelas bactrias fixadoras de nitrognio e pelo homem para

produzir nitrognio fixado, essencial para a vida;- transporta a gua do mar para a terra, funcionando comocondensador de um vasto

destilador que utiliza o sol como fonte de energia;- exerce o efeito tampo sobre o pH dos oceanos;- absorve a maioria dos raios csmicos provenientes do espao externo, protegendo a

vida dos seus efeitos;- absorve a maior parte da radiao eletromagntica do Sol;- filtra radiaes ultravioleta abaixo de 300m (1m = 10-9 m), que so prejudiciais

vida;- mantm o equilbrio de calor na Terra, absorvendo a energia reemitida pela terra e

evitando variaes bruscas de temperatura.

3.1.2- Composio

O ar natural seco ao nvel do mar compe-se, essencialmente, dos gases nitrognio (N2)e oxignio (O2):

Nitrognio, 78,08% Oxignio, 20,95%(composio em volume)

Os demais constituintes, menos que 1%, so: Argnio (Ar), 0,934% Dixido de carbono (CO2), 0,035%

Nenio (Ne), 1,818 x 10-3% Hlio (He), 5,24 x 10-4 % Criptnio (Kr), 1,14 x 10-4 % Xennio (Xe), 8,7 x 10-6%

O ar atmosfrico tambm apresenta gua em sua composio, mas com concentraobastante varivel, podendo ser encontrados desde alguns centsimos de porcento em regiesridas, at 6% em volume em regies quentes e midas.


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a) a atmosfera inferior ou homosfera, vai do nvel do mar at cerca de 80 -100 km e suacaracterstica o fato da composio ser relativamente homognea. Isto ocorre devido movimentao intensa das espcies que constituem esta regio;

b) na heterosfera, a variao na composio qumica ocorre devido fotodissociaodas molculas presentes no ar atmosfrico, produzida pela radiao solar. Isto provoca umadiminuio no peso molecular mdio do ar e uma alta concentrao de eltrons e onspositivos, sendo que a densidade eletrnica mxima ocorre prximo de 300 km de altitude.Por esta razo tambm chamadaionosfera.

II- Com base na variao da temperatura, a atmosfera pode ser dividida nas seguintesregies:

__________________________________________________________________________ Regio Faixa de Altitude (km) Espcies qumicas

temperatura (oC) mais importantes__________________________________________________________________________Troposfera 15 a -56 0 a 11 N2, O2, CO2, H2O

Estratosfera -56 a -2 11 a 50 O3

Mesosfera -2 a -92 50 a 85 O2+, NO+

Termosfera -92 a 1200 85 a 500 O2+, O+, NO+ __________________________________________________________________________

Troposfera -Na ausncia de poluio, sua composio bastante homognea. A temperatura

decresce com a altitude e o gradiente mdio da temperatura de 6,5o

C/km. A troposferarecebe a energia trmica da superfcie terrestre, a qual absorve a radiao solar. Oaquecimento do ar pela radiao infravermelha emitida pela superfcie causa movimentosverticais intensos (conveco). Estes transportam calor, vapor dgua e outros traosconstituintes da superfcie para nveis mais altos da troposfera. Nestas correntes ascendentes oar se resfria, provocando a condensao do vapor dgua. Assim, o ciclo da gua se d,essencialmente, na troposfera. Como neste processo os gases solveis e os aerossis soabsorvidos pelas nuvens e pela precipitao (remoo mida), ele o responsvel pelastrajetrias de muitos outros constituintes trao.

Estratosfera- Caracteriza-se pelo aumento da temperatura com o aumento da altitude. Istoocorre devido presena de O2 e O3. O oznio pode chegar a 10 ppm (partes por milho) emvolume na regio mediana da estratosfera e, juntamente com o O2, absorve energia sob a formade radiao ultravioleta, causando um aumento na temperatura.

Mesosfera- Na mesosfera a temperatura cai medida que cresce a altitude, devido diminuio dos nveis das espcies que absorvem a radiao, principalmente o oznio. aregio que atinge menor temperatura.


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Termosfera - As espcies desta regio absorvem radiao altamente energtica, decomprimento de onda menor que 200m, responsveis pela elevao da temperatura at1200oC.

Devido ao delicado equilbrio existente na atmosfera, qualquer modificao maisprofunda na sua composio pode provocar efeitos negativos, como chuva cida, efeito estufa,smog fotoqumico, etc., todos com efeitos danosos para os seres vivos.

3.2- Efeito estufa

Quando a radiao solar que chega Terra, sob a forma de luz visvel, atinge o solo,esta convertida em outras formas de energia, inclusive a radiao infravermelha que estassociada ao calor. Se a Terra absorvesse toda a energia solar que recebe, sua temperaturaalcanaria nveis insuportveis. Todavia, existe um ciclo envolvendo todo esse processo e quepermite um equilbrio entre a energia recebida, absorvida e refletida de volta para o espao.

Ao incidir sobre o nosso planeta, a radiao solar encontra, em primeiro lugar, aatmosfera. Esta constituda principalmente de N2 e O2, alm de outros gases (por exemplo,CO2, H2O, O3, CH4,...), em percentagens mnimas, os quais permitem a passagem de 70% daradiao solar incidente, refletindo de volta os outros 30%. Da radiao que atravessa aatmosfera, parte ser absorvida, aquecendo o solo, os oceanos e a prpria atmosfera,provocando a evaporao (com formao de nuvens e chuvas), ventos e correntes ocenicas.

Neste processo, dever ser estabelecido um equilbrio, e parte desse calor, sob a formade radiao infravermelha, deve ser reemitida para o espao. Para sair da ao da Terra, essaradiao deve atravessar a atmosfera. Entretanto, esta que era praticamente transparente luz

solar, retm a maior parte da radiao infravermelha, pois molculas de CO2, H2O, O3, CH4,entre outras, tm uma estrutura que permite a elas vibrarem nas frequncias correspondentes ada radiao infravermelha. Isso provoca uma maior absoro de calor pela atmosfera e,consequentemente, maior reflexo de calor para o solo. Apesar destas molculas existirem emnmero relativamente pequeno, apresentam a concentrao adequada para manuteno doequilbrio da temperatura terrestre. Na ausncia destas, a radiao infravermelha emitida pelosolo retornaria para o espao, provocando muito frio noite.

O mesmo ocorre nos automveis fechados, sob a ao da luz solar: a radiao solarpenetra no veculo atravs dos vidros, provocando o aquecimento interno. Ao tentar devolverparte desta energia, sob a forma de radiao infravermelha, esta retida pois s uma pequenaparte consegue atravessar o vidro, que isolante trmico. Deste modo, a temperatura internatorna-se bem maior que a externa. Este efeito corresponde ao que ocorre numa estufa e porisso denominado de EFEITO ESTUFA.

Pode-se dizer ento que o efeito estufa existe como um processo natural, e benfico.A temperatura do planeta seria da ordem de - 18oC na sua ausncia. No entanto, o equilbriotrmico do ambiente pode ser alterado em funo da mudana da concentrao dos gasesestufa. Desde meados do sculo passado, devido ao desenvolvimento tecnolgico e a


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de gases-estufa neles observados consideravelmente menor que nos pases desenvolvidos,tendo sido, porm, convidados a aderirem voluntariamente, fazendo cortes. As sanes aospases que violarem o Protocolo de Kyoto tambm no foram estipuladas desta vez. Etampouco foram detalhadas as medidas para que tais objetivos sejam alcanados.

Apesar disto, os ambientalistas que acompanharam de perto a Conferncia de Kyoto,relacionaram alguns exemplos do que os governos podem fazer para cumprirem ocompromisso assumido. So eles:

estimular a troca do carvo e do petrleo por combustveis que emitam menosdixido de carbono, como o gs natural;

construir projetos de energia nuclear, solar ou elica, que no produzem gasesestufa;

incentivar a criao de tecnologias automotrizes mais eficientes, como motores

hbridos, que substituiriam, aos poucos, os atuais motores de combusto interna; melhorar os sistemas de transporte pblico;

cortar subsdios ao carvo e outras fontes de altas emisses de gases;

criar impostos sobre o carvo, aumentando o preo dos combustveis poluentes ereduzindo suas vendas;

plantar e proteger melhor as florestas que absorvem o dixido de carbono, principalgs causador do efeito estufa;

fixar novos patamares de qualidade, obrigando o desenvolvimento deeletrodomsticos mais eficientes.

3.3- Camada de oznio

O oznio, O3, uma das formas naturais de associao dos tomos de oxignio. Noestado lquido, o oznio adquire propriedades explosivas. Sua alta reatividade o transformaem elemento txico, capaz de destruir microorganismos (protenas) e prejudicar o crescimentode plantas. No estado puro e livre naestratosfera, esse gs participa de interaes essenciaispara a defesa da vida. L, os raios ultravioleta oriundos do Sol so suficientemente intensospara separar os dois tomos que compem a molcula de oxignio, O2, produzindo o chamado

oxignio atmico, O. A equao qumica deste processo dada por:

O2 + h O + O

onde h representa a energia correspondente luz ultravioleta, necessria para a ocorrncia dadissociao.


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A produo de oznio, realizada numa etapa imediatamente posterior, resulta daassociao de um tomo de O com uma molcula de O2, sempre na presena de um terceiroparceiro M. Este pode ser qualquer molcula do gs majoritrio (em geral, nitrognio ou oprprio oxignio) e no participa da reao qumica propriamente dita, sendo necessria paramanter o balano de energia. O processo pode ser representado por:

O + O2 + M O3 + M

A criao do oznio, O3, acompanhada, na prpria estratosfera, por vrios outrosprocessos, como os que envolvem reao com os compostos nitrogenados, que atuam emsentido contrrio, isto , destrem a molcula recm-criada. Assim, a concentrao do oznioem estado estacionrio resulta, em cada camada atmosfrica, do equilbrio que se estabeleceentre processos de produo e de perda, cuja incidncia varia com a altura. No estranha,portanto, a existncia de uma faixa de mxima concentrao, situada em torno de 30 km dealtura (na estratosfera) e conhecida como camada de oznio.

A radiao ultravioleta tambm pode dissociar o oznio. O O3, atravs desta reao,absorve a radiao ultravioleta, sem a qual a superfcie terrestre seria atingida por estaradiao, provocando assim danos nas formas de vida e contribuindo para o aquecimentoglobal do planeta. Este processo pode ser representado por:

O3 + h O2 + O

O nvel de oznio na estratosfera est diminuindo em todo o mundo, a uma taxa de0,5% ao ano. Entretanto, o oznio sobre a Antrtica est diminuindo rapidamente a uma taxade 2,5% ao ano. Durante outubro de 1985 os nveis de oznio nessa regio diminuiram cercade 50%, voltando posteriormente a nveis prximos do normal. Novamente, em 1987, foiobservada, na mesma regio e no mesmo perodo do ano, nova queda de 50% na concentrao

de O3. Esta enorme flutuao chamou a ateno dos cientistas, pois cada diminuio de 1% nacamada de oznio pode levar a um aumento de 2% nos casos de cncer de pele.

Na Antrtica o inverno comea em abril. Durante este perodo, a regio permanece noescuro. Os ventos (vortex polar) giram em crculos com velocidades de at 100 km/h, atraindomassas de ar de outras partes da Terra. Nessa poca a temperatura na estratosfera pode chegara - 90oC, suficientemente frio para formar nuvens. Neste cenrio, no fim do inverno, emsetembro, quando os primeiros raios ultravioleta atingem a Antrtica, podem ocorrer reaesheterogneas especiais, envolvendo os clorofluorcarbonetos (CFC) e oznio, na superfcie daspartculas das nuvens, provocando o buraco de oznio. Alm dos CFC, vrios radicais livrestambm podem destruir o O3 na estratosfera.

Os clorofluorcarbonetos foram descobertos em 1928 pelos pesquisadores da DivisoFrigidaire, da General Motors. Em 1988, o consumo mundial de CFC era superior a ummilho de toneladas anuais. Os CFC (o freon 12, CCl2F2 o mais comum) so compostosinertes; porm, na estratosfera, em presena de radiao UV e das nuvens polares, soliberados tomos de cloro que reagem diretamente com o oznio, conforme as reaes abaixo:


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CCl2F2 (g) + h CClF2 (g) + Cl (g)

Cl (g) + O3(g) ClO (g) + O2 (g)

ClO (g) + h Cl (g) + O (g)

O (g) + O3 (g) 2 O2(g)

Este fenmeno foi reconhecido pela primeira vez em 1974 por M. J. Molina, professorde cincias ambientais no MIT, e F. S. Rowland, professor de qumica na Universidade daCalifrnia, Irvine. A partir de experincias em laboratrio, os dois pesquisadores previram queo uso continuado dos CFC levaria destruio significativa da camada de oznio que envolvea Terra. Os dois pesquisadores receberam o prmio Nobel de qumica de 1995 pelo trabalhopioneiro que publicaram.

A comunidade cientfica entendeu como necessrio o banimento dos CFCs. Dados de

cifras mundiais de 1989 revelaram que os CFCs eram utilizados em quatro setores: nas bombasde aerossol (25%), como fluidos de refrigerao (30%), nas espumas plsticas (25%), comosolventes (20%). At ento tinham tudo para agradar: no-inflamveis, no-txicos para ohomem, muito estveis, baixo custo...at que se descobriu sua responsabilidade no buraco dooznio e tambm no efeito estufa. Os compostos bromados utilizados nos extintores, otetracloreto de carbono (solvente e extintor) e o clorofrmio de metila (solvente) tambmforam incriminados.

O alerta da comunidade cientfica levou bem depressa a comunidade poltica mundial aassinar um acordo em 1987, o Protocolo de Montreal, revisto em Londres em 1990 e depoisem Copenhague em 1992, banindo a produo em 1994 dos compostos bromados e, em 1996,dos CFCs, do tetracloreto de carbono e do clorofrmio de metila. Atualmente esto sendofeitas pesquisas no sentido de se encontrar produtos de substituio inofensivos. H pormdificuldades. Por exemplo, os substitutos que se conhecem para os CFC so menos eficientescomo refrigerantes. Estima-se que os aparelhos domsticos consumiro 3% a mais deeletricidade, o que aumentar o custo para os usurios. Alm disso, como a eletricidade nosEstados Unidos gerada pela combusto de combustveis fsseis, a quantidade de CO2 produzida aumentar, o que ir contribuir para o efeito estufa. Os riscos e benefcios emsituaes como essas devem ser bem analisados. Mesmo com a produo dos CFC totalmenteparalisada, a ameaa persistir pelos prximos cem anos, pois a vida mdia dessa molcula naatmosfera de 75 anos.

Na troposfera, a regio mais baixa da atmosfera terrestre e onde vivemos, a situao emrelao ao oznio o inverso da estratosfera, onde este bem vindo. O O3 um poderosooxidante e como tal ataca as plantas, os pulmes, borrachas, obras de arte, etc., alm de reagircom outros poluentes do ar formando substncias irritantes para os olhos e pulmes.

A nica rota conhecida de formao de O3 na troposfera atravs da fotlise do NO2.Por sua vez, o oznio oxida o NO para a formao de NO2, no resultando em aumento naconcentrao de O3.


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NO2 (g) + h NO (g) + O (g)

O (g) + O2 (g) + M O3 (g) + M

NO (g) + O3 (g) NO2 (g) + O2 (g)

Entretanto, a fotlise e a oxidao de compostos orgnicos leva produo de radicaislivres que oxidam o NO sem destruir o oznio, contribuindo assim para o aumento naconcentrao de O3 na troposfera, o que indesejvel.

3.4- Chuva cida

Convencionalmente, considerada cida a chuva que apresenta valores de pH menoresque 5,6. Este valor expressa o equilbrio qumico estabelecido entre o dixido de carbono(CO2) atmosfrico e sua forma cida solvel, o on bicarbonato (HCO3-), em gua pura. O pH

define o grau de acidez de uma soluo, ou seja, o teor de ons hidrognio (H+

) livres. Odecrscimo de uma unidade de pH significa um aumento de dez vezes na concentrao do onhidrognio.

Em reas geogrficas no contaminadas por emisses antrpicas, o pH da chuva aproximadamente 5,6. O equilbrio entre o dixido de carbono e o on bicarbonato mostradoabaixo.

H2CO3 H+ + HCO3-

Na Europa e Estados Unidos j foram observadas amostras de chuva com pH menorque 3. No Brasil, em medidas efetuadas em amostras de chuva coletadas em Niteri e no Riode Janeiro, foram encontrados valores de pH entre 4,3 e 5,3.

Vrios compostos qumicos tm grande influncia na acidez da chuva. Dentre elesdestacam-se o SO2, os xidos de nitrognio e os cidos inorgnicos volteis. O SO2 atmosfrico pode sofrer oxidao cataltica, atravs H2O2, O3 e/ou radicais OH., resultando naproduo de cido sulfrico. A reao pode ocorrer em fase gasosa ou em fase lquida quandoo SO2 est dissolvido em microgotas de chuva, nuvens ou neblinas. Inmeros metais podemagir como catalisadores.

OH., H2O2, O3 SO2 ----------------------- H2SO4

Fe, Mn, V

Os xidos de nitrognio (NO, NO2 e N2O5) participam de uma srie de reaes queproduzem cido ntrico. A presena ou no de radiao solar pode determinar a predominnciade algumas reaes:


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O3 h - durante o dia NO------------ NO2 ------------- HNO3

OH.

H2O- durante a noite N2O5 ----------- HNO3

Por outro lado, a amnia, produzida naturalmente por algas e bactrias atravs deprocessos biolgicos, quando presente na atmosfera age como neutralizante dos cidos fortes.

2 NH3 + H2SO4 ------------- (NH4)2SO4

NH3 + HNO3 ------------- NH4NO3

A partir das reaes qumicas equacionadas acima verifica-se que o dixido de enxofre

(fonte original do cido sulfrico), o cido ntrico e a amnia (NH3) presente na atmosfera soba forma de gs, so os principais controladores do pH da chuva. Se os cidos ntrico esulfrico acarretam o aumento da acidez na chuva com a liberao de ons hidrognio, aamnia contribui de forma contrria. Isto porque, para cada molcula de amnia que sehidrolisa na formao dos ons amnio (NH4+), um on hidrognio consumido. Por outrolado, a acidez da gua da chuva no aumentada pela presena de todo e qualquer sulfato, mass daquele que se forma a partir do dixido de enxofre atmosfrico.

Muitos danos so causados pela chuva cida. Nos Estados Unidos, Sucia e Canadverificou-se que para valores de pH menores do que 5, o nmero de peixes nos lagos diminuisensivelmente. No Canad, estudos recentes em lagos, aos quais foi adicionado cido,revelaram que, aps 4 anos, devido ao aumento da acidez, o camaro desapareceu e as trutasapresentaram alteraes morfolgicas.

A acidez da chuva provoca tambm um arraste de metais txicos do solo, como o Al eo Cu, que prejudica a microflora dos lagos, alterando a concentrao de bactrias, algas efungos, podendo conduzir esterilidade da vida animal.

Nas florestas, o efeito da acidez da chuva nas rvores atravs do solo maior do queaquela que atinge a copa. No solo, as folhas e detritos vegetais oxidam o SO2 (aquoso)depositado, o qual somado aos aerossis depositados na copa das rvores, que so arrastadospara o solo pela chuva, contribuindo assim para o aumento da acidez. Esta, por sua vez,provoca uma diminuio na produo de humos, aumenta a produo de compostos denitrognio (que gera mais acidez) e lixivia o alumnio que txico para as plantas.

Monumentos e edifcios tambm esto submetidos a duros ataques pela precipitaocida. Estes possuem mrmore ou estruturas metlicas passveis de ataque por solues cidas.

Apesar de no serem conhecidos efeitos diretos sobre a sade humana, vriospesquisadores tm chamado a ateno para a possibilidade do surgimento de problemasmentais causados por determinadas concentraes de alumnio e outros metais na gua potvel,


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como tambm a existncia de problemas respiratrios e cardacos causados pela presena deaerossis contendo cido sulfrico.

3.5- Smog fotoqumico

A partir de 1940 observou-se um novo tipo de poluio ambiental, que se processavasobre grandes concentraes urbanas possuidoras de um nmero elevado de veculosautomotores. Deu-se a esta poluio o nome de SMOG (de smoke = fumaa e fog = nevoeiro).Esta caracterizada pela presena de substncias irritantes, colorao castanha (devido presena de NO2) e constitui, na realidade, um aerossol formado por material particulado egases diversos. Este material pode prejudicar o organismo humano, causando ou complicandodoenas pulmonares, e tambm os vegetais, provocando danos imensos agricultura. Outroefeito importante a reduo da visibilidade para cerca de 4,5 km.

Devido ao nmero imprevisvel de reaes envolvidas na atmosfera durante o smogfotoqumico, impossvel conhecer-se, ao certo, as reaes que ali ocorrem. Todavia, sabe-seque o papel mais importante desempenhado por reaes fotoqumicas, que se iniciam pelaabsoro de ftons da luz solar. Esta a razo pela qual a existncia do smog estcondicionada existncia de forte radiao solar na regio. Isto explica tambm o porqu donome smog fotoqumico.

A presena de um grande nmero de automveis importante, porque no interior dosmotores exploso que o processo se inicia. Uma parte do oxignio reage com o nitrognio doar, formando NO. Este expelido para a atmosfera, onde reage com o oxignio, formando odixido de nitrognio. A sequncia de reaes a seguinte:

calorO2 + N2 ------------- 2 NO (xido ntrico)

2 NO + O2 ------------- 2 NO2 (dixido de nitrognio)

A molcula de NO2 capaz de absorver ftons com tanta eficincia que a molcula separte:

NO2 + h ------------ NO + O

As molculas de NO, por sua vez, reagem com mais O2, gerando mais NO2. Os tomosde oxignio liberados pela reao fotoqumica podem reagir com molculas de O2, formandooznio:

O2 + O ------------ O3

Vrias reaes podem ocorrer quando NO2, O e O3 esto em presena de molculas dehidrocarbonetos. Quando os motores dos veculos eliminam combustvel no-queimado,


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devem ser veculos de emisso nula. Um caminho o de conseguir motores a gasolina oudiesel livre de emisses, o que um complicado problema de engenharia. Outra via usarveculos eltricos, ativados por baterias ou pilhas de combustveis. Os motores a gasolinausados nos carros modernos resultaram do produto de anos de desenvolvimento de engenharia.Para que se desenvolva, num prazo relativamente curto, um sistema de propulso eficiente eprtico, com emisso nula, ser necessrio esforo significativo de muitos qumicos eengenheiros nas universidades e na indstria.

Referncias[1] J. C. Kotz e K. F. Purcell, Chemistry and Chemical Reactivity, Saunders College

Publishing (1990).

[2] B. M. Vieira, Cincias do ambiente para o curso de engenharia, Departamento deQumica - Instituto Tecnolgico de Aeronutica - ITA, So Jos dos Campos, SP.

[3] P. H. Raven, L. R. Berg, G. B. Johnson, Environment , Saunders College Publishing,(1995).

[4] S. M. Branco, E. Murgel,Poluio do ar , Editora Moderna, (1995).

[5] S. E. Manahan, Environmental Chemistry , Lewis Publishers, 5th edition (1991).

[6] J. B. de Andrade e P. Sarno, Qumica Nova,13, 213 (1990).

[7] W. Z. Mello e J. S. T. Motta, Cincia Hoje,6, 40 (1987).

[8] A. L. Rabello, Cincia Hoje,5, 50 (1987).

[9] V. W. J. H. Kirchhoff, A. G. Motta, S. O. Azambuja, Cincia Hoje,5, 28 (1987).[10] F. A. Esteves e F. A. R. Barbosa, Cincia Hoje,5, 57 (1986).

[11] J. C. Kotz e P. Treichel Jr., Chemistry and Chemical Reactivity, Saunders CollegePublishing, 3th edition, (1996).

[12] CETESB - A participao dos veculos na poluio do ar de So Paulo.

[13] CETESB - Guia de atividades didticas - Operao rodzio - Coordenadoria deEducao Ambiental.


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Captulo 4

OS METAIS

4.1- Qumica de coordenao

Os ons metlicos nunca se encontram livres na natureza. O ambiente qumico que oscerca constitudo pelos ligantes (L) que definem a esfera interna de coodenao, conformefigura 4.1. Nessa esfera, os ligantes, representados por ons ou molculas que podem ser doprprio solvente, interagem diretamente com o on metlico central e se orientam em funo derequisitos eletrnicos e estricos (geometria). A esfera mais externa (delimitada pela linhatracejada) menos orientada. Nela predominam molculas do solvente interagindo por meiode foras dipolares e de pontes de hidrognio com a primeira esfera de coordenao. medidaque a distncia aumenta, o grau de ordem diminui at se confundir com o do solvente puro.

M METAL (tomo ou on) L LIGANTES (nions, molculas neutras) S SOLVENTE Figura 4.1-Esferas interna (linha cheia) e externa (tracejada) de coordenao

Normalmente, o on metlico considerado um receptor de pares de eltrons, ao passoque o ligante tido como doador de pares de eltrons. Contudo, a interao metal-ligante podeenvolver uma dualidade de comportamento.

Chama-sedenticidadeao nmero de tomos doadores de um ligante. Um grupo quecontenha apenas um tomo doador chama-semonodentadoou unicoordenativo; um quecontenha mais de um tomo doador em potencial chamadomultidentado oumulticoordenativo. O amonaco um exemplo comum de ligante monodentado (denticidade=1). Outros unicoordenativos so a gua (H2O) e o on cianeto (CN-). A molculaetilenodiamina, H2NCH2CH2NH2, tem dois tomos de nitrognio, cada um dos quais doa umpar de eltrons solitrio ao on metlico; ento, a sua molcula um exemplo de ligantebicoordenativo (denticidade = 2). Um ligante que forme apenas uma ligao coordenativa chamado de ligante monodentado . Os ligantes que formam 2, 3, 4 ou mais ligaescoordenativas so chamados respectivamente de bidentados, tridentados, tetradentados e assimpor diante; de um modo geral, polidentados . Tanto a palavra denticidade como o sufixo

dentado provm da palavra latina dentatus, que significa tendo (tantos) dentes, ou projeescomo dentes.

4.2- Complexos do tipo quelato


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Um ligante di ou polidentado em que 2 (ou mais) tomos doadores esto dispostos demodo que podem, todos, ficar coordenados com o mesmo elemento central chamado ligantequelante (do grego chele, que significa garra). Um ligante quelante forma, com o tomo ouon central, um ou mais anis do tipo quelato, e o complexo que resulta chamado decomplexo quelato, ou simplesmente quelato.

Os quelatos so mais estveis que complexos semelhantes com ligantes monodentados,pois a dissociao do complexo envolve a ruptura de mais de uma ligao. Quanto maior onmero de anis formados, mais estvel ser o complexo. Agentes quelantes com trs, quatroe seis tomos doadores de eltrons so chamados de ligantes tri, tetra e hexadentados. Umimportante exemplo deste ltimo o on etilenodiaminotetra-actico (EDTA4-), que se liga aometal atravs de dois tomos de nitrognio e quatro tomos de oxignio, formando assim cincoanis. Nestas condies, mesmo ons grandes como o Ca2+podem formar complexos estveis.

Diversos complexos do tipo quelato tm importncia biolgica. A hemoglobina dasclulas vermelhas do sangue contm um complexo de ferro e porfirina; a vitamina B12 umcomplexo de cobalto, a clorofila das plantas verdes contm um complexo de magnsio eporfirina, e as oxidases (enzimas) do citocromo contm ferro e cobre. O organismo humanocontm diversas substncias que formam quelatos com metais, como por exemplo a adrenalina,cido ctrico e cortisona. A intoxicao com metais como chumbo, cobre, ferro, cromo enquel ocorre por causa da formao destes complexos indesejados, que impedem ometabolismo normal. A dermatite provocada por sais de cromo e nquel tratada com cremescontendo EDTA. Intoxicaes por chumbo e cobre so combatidas por ingesto de preparados base de EDTA; os complexos metal-EDTA so excretados pela urina.

4.3 - Assimilao de ons metlicos pelas plantas e animais

A assimilao de metais pelos sistemas biolgicos ocorre por diversas vias; nas plantaspor meio das razes e folhas; e nos animais, mediante ingesto de alimentos e pela viarespiratria. Os metais alcalinos e alcalinos-terrosos encontram-se livres nas guas e nosfluidos biolgicos. Sua captura pela clula possvel pela interao com grupos existentes nasuperfcie da membrana. Outros ons so extrados na forma de complexos que podem serabsorvidos ou transportados atravs da membrana.

A eficincia com que os ons so retirados depende de sua abundncia, da forma emque se encontram e dos mecanismos de captura. No caso de elementos traos, como Zn, Cu,Fe, Co e Mn, a extrao requer agentes complexantes com constantes de estabilidade elevadas,capazes de discrimin-los dos ons alcalinos e alcalino-terrosos, mais abundantes.

Os organismos aquticos extraem da gua o oxignio dissolvido e os alimentos. Comisso esto sempre expostos aos ons metlicos existentes no meio. Os moluscos, apresentandosistema respiratrio relativamente simples, concentram ons metlicos com muita facilidade noseu interior.

No homem, a absoro de metais essenciais ocorre pela via alimentar. A distribuiodiria, em mg, sobre um total acumulado, tomando-se como base um indivduo de 70 kg


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mostrada na tabela 4.1.

4.4- Aspectos toxicolgicos

O organismo apresenta um mecanismo homeosttico, por meio do qual mantm asconcentraes dos elementos traos a nveis aproximadamente constantes no organismo.Quando o elemento essencial, sua atividade benfica cresce com a concentrao, at atingirum nvel de saturao, determinado por esse mecanismo. Nesse nvel, todo o excesso eliminado; contudo, quando por alguma razo a concentrao se eleva, a ponto de tornar omecanismo de defesa ineficiente, o carter txico se manifesta. Algumas doenas,relacionadas com a falta ou excesso de elementos traos, so apresentadas na tabela 4.2.

Tabela 4.1- Distribuio diria (mg) sobre um total acumulado(base: indivduo de 70 kg)

METAISQUANTIDADESDIRIAS (mg)

TOTAL ACUMULADO(mg)

VANDIO - V 2,5 30

CROMO - Cr 0,06 < 6

MANGANS - Mn 5 20

FERRO Fe 15 4100

COBALTO - Co 0,03 1NQUEL - Ni 0,45 < 10

COBRE Cu 3,2 100

ZINCO Zn 12 2300

MOLIBDNIO - Mo 0,35 9

Tabela 4.2- Doenas associadas com alguns elementos qumicosELEMENTO DEFICINCIA EXCESSO


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COBALTO ANEMIA POLICITEMIA

CRMIO ANOMALIA NOMETABOLISMO DA

GLUCOSE

CHUMBO ANEMIA

COBRE ANEMIA DOENA DE WILSON

FERRO ANEMIA HEMOCROMATOSE

IODO BCIO

MANGANS ANOMALIAESQUELETAL

ATAXIA

ZINCO ANANISMO

SELNIO NECROSE DE FGADO

CDMIO NEFRITE

MERCRIO PARESTESIA, ATAXIA,DISARTRIA, CEGUEIRA

A toxicidade dos metais um problema extremamente complexo. Relaciona-secom pelo menos trs tipos de influncias:

a) bloqueio de grupos funcionais essenciais atuao de uma biomolcula;b) deslocamento de outros metais presentes no sistema ec) modificaes na conformao de stios ativos e na estrutura quaternria de protenas.

O carter essencial dovandio ficou demonstrado no caso de ratos mantidos sob dietacontrolada; contudo, sua importncia no ser humano ainda discutvel. encontrado emalimentos como o leite, cereais e vegetais, frutos do mar, alm de leos e gorduras. A maiorparte ingerida excretada na urina. Tm sido constatadas doenas no sistema respiratrio detrabalhadores expostos a compostos de vandio.

O crmio parece ser til no metabolismo da glucose; contudo, sua funo ainda no bem conhecida. Uma quantidade diria, ao redor de 250g de crmio, consideradasuficiente na alimentao. encontrado na carne, laticnios, cereais integrais e levedura decerveja.

Omangans essencial na formao da estrutura ssea e no funcionamento do sistemanervoso central. Participa como cofator de grande nmero de enzimas, como as fosfatasessseas e sanguneas, e outras encontradas no fgado e intestino, ou em arginases, carboxilases ecolinesterases. A maior parte do mangans concentra-se nas mitocndrias, principalmente nofgado e no rim. Nas clulas vegetais, o mangans necessrio na fotodecomposio da guapela clorofila. As fontes principais desse elemento so os vegetais, as frutas e os cereaisintegrais. Exposio muito intensa e excesso de mangans afeta o sistema nervoso,provocando uma doena degenerativa, conhecida como doena de Parkinson, cuja


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caracterstica a perda de coordenao.

A importncia biolgica do ferro dispensa maiores comentrios. A absoro desseelemento ocorre principalmente no estmago e no duodeno. Nos alimentos, uma grande partedo ferro encontra-se na forma reduzida que, sendo mais solvel, pode ser absorvida pelasclulas mucosas. Nestas, o on oxidado ao estado frrico (Fe

3+) e combina-se com aapoferritina, cuja funo armazenadora. Uma protena do sangue, a transferrina, encarrega-

se da captao do ferro por meio de grupos fenolatos, transportando-o para as diversas partesdo organismo. A frao maior transportada para as clulas produtoras de hemoglobina,localizadas na medula ssea. A deficincia de ferro manifesta-se sob a forma de anemia. Aabsoro excessiva leva ao acmulo de ferro nos tecidos, que pode ser acompanhado deformao de pigmentao bronzeada na pele, conhecida como hemocromatose, alm dedistrbios hepticos.

O cobalto deve sua importncia biolgica vitamina B12, que tem papel fundamentalna formao do sangue. Apesar de os sais de cobalto serem de fcil absoro pelo organismo,eles no se acumulam, pois so eliminados na urina e nas fezes. A carncia de cobalto produzsintomas de anemia. A ingesto excessiva conduz ao aparecimento de policitemia,caracterizada pelo aumento exagerado de glbulos vermelhos.

Onquel no tem funo biolgica conhecida at o momento, apesar de se encontrar emvegetais e legumes, e de existir em pequena quantidade no organismo.

O cobre , assim como o ferro, participa de um nmero muito grande de processosbiolgicos. Esse elemento transportado por uma albumina, concentrando-se nos msculos,nos ossos e no fgado. Uma anomalia no transporte de cobre manifesta-se sob a forma dedoena de Wilson, em que o cobre permanece associado albumina, para depositar-se sobre

tecidos do fgado e do crebro.O zinco componente de grande nmero de enzimas hidrolticas e desidrogenases, e

encontra-se ligado a uma variedade de protenas, incluindo a insulina. Distribui-se noorganismo, principalmente no fgado, rins, msculos e pncreas. O teor de zinco encontradono pncreas de diabticos chega a ser metade do correspondente aos indivduos normais. Adeficincia do elemento pode causar retardao no mecanismo, hipogonadismo e nanismo,alm de alteraes no metabolismo de substratos, incluindo possivelmente o lcool. Encontra-se na carne, fgado, ovos e alimentos marinhos, bem como no leite e produtos de cereaisintegrais.

Entre os elementos no essenciais, a toxicidade associada aomercrio e cdmio deveser destacada. Estes metais apresentam afinidade bastante grande por ligantes que contmenxofre. O organismo se defende por meio de mecanismos homeostticos, acumulando-os noscabelos e eliminando-os aps a queda; ou ento, removendo-os com uma protena chamadametalotionena. Essa protena apresenta alto teor de grupos sulfidrila (SH), e sua sntese induzida no fgado e nos rins por ons como Cd, Zn, Cu e Hg.

O cdmio um poluente bastante srio. Sua natureza txica foi responsvel peloenvenenamento crnico ocorrido h 40 anos, no Japo, numa populao que se alimentava de


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cereais contaminados. As caractersticas qumicas do cdmio so semelhantes s do zinco,inibindo enzimas. Em alguns casos, contudo, a substituio do zinco pelo cdmio leva aoaumento na atividade cataltica. O acmulo desse metal observado no fgado eprincipalmente nos rins, produzindo nefrite. A ingesto prolongada, associada disfunorenal, conduz excreo de protenas, glucose e fosfato. Nos casos agudos, como os ocorridosno Japo, as vtimas experimentaram dores intensas causadas pela degenerao ssea.

O mercrio um poluente natural da atmosfera e das guas. Em virtude de suautilizao industrial e agrcola, a concentrao local de mercrio pode superar aquelaproduzida naturalmente, criando problemas ambientais. Os organismos expostos de formanatural em locais com alto teor de mercrio parecem ter desenvolvido mecanismos de defesa,realizando metilao ou reduo com formao de Hg22+ e Hg, ambos volteis.

O elemento fornecido pela cadeia alimentar, principalmente na forma de compostosdo tipo CH3-Hg-R, em virtude da grande afinidade por grupos SH, abundantes nas protenas.A absoro no trato gastrointestinal ocorre com alta eficincia, principalmente sob a forma deCH3Hg+ (100%), C2H5-Hg+ (50%) e Hg (II) (20%). Isso se deve facilidade de interao coma membrana lipoprotica. Entrando para a circulao sangunea, concentra-se, principalmente,nas clulas vermelhas, podendo provocar hemlise (destruio dessas clulas). Por meio dacirculao, acaba-se acumulando principalmente no fgado e rim.

O ponto mais crtico da toxicidade do mercrio o seu longo tempo de permanncia noorganismo. O tempo de meia vida do metil mercrio, CH3-Hg+, no corpo humano de 70 - 90dias, sendo ainda maior no crebro. Geralmente a eliminao se d nas fezes. Os danosproduzidos no crebro, via sistema nervoso central, levam perda de sensibilidade nasextremidades das mos e dos ps, e de reas ao redor da boca (parestesia), seguida de perda decoordenao dos movimentos (ataxia), dificuldade de articulao das palavras (disartria), perdade audio, cegueira e morte.

Estima-se que 25 mg de metilmercrio produzam parestesia, 55 mg provoquem ataxia,90 mg causem disartria e 200 mg levem morte. Alguns relatos famosos sobre intoxicaopor mercrio so citados a seguir:

* Finale - Itlia - as emisses de uma fbrica de cloreto de mercrio, causaram gravesproblemas de poluio no ar,* Iraque - ocorreu envenenamento atravs da ingesto de pes feitos com trigo tratado comfungicida base de alquilmercrio,* Baia de Minamata - Japo- o lanamento de guas residurias de uma fbrica de cloro e sodacustica, ricas em mercrio (eletrlise do cloreto de sdio - 100 gr de Hg so produzidos paracada tonelada mdia de cloro produzido) provocou a contaminao dos peixes e, porconsequncia, da populao local.

No Brasil, o interesse pelos problemas causados pelo mercrio comeou a partir de1980 com a descoberta do ouro em Serra Pelada (Par) e outras regies da Amaznia, emfuno dos problemas causados aos garimpeiros pela inalao do mercrio volatilizado e apoluio do curso dgua pelo mercrio utilizado.

FONTES DE INTOXICAO - ATIVIDADES INDUSTRIAIS


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minerao do cinbrio e refino recuperao do ouro fabricao de produtos farmacuticos fabricao de instrumentos cientficos produo de fungicidas e inseticidas catlise pinturas baterias....

VIAS DE PENETRAO/ ABSORO

pulmonar cutnea digestiva

METABOLISMO

1- MERCRIO ELEMENTAR

vapores de mercrio atravessam facilmente as membranas celulares, sendoprontamente absorvido pelos pulmes, onde oxidado a on mercrico (Hg2+)

parte do mercrio penetra no crebro antes de ser oxidada. No crebro, oxidado amercrio II, causando danos irreversveis s clulas do sistema nervoso, com reduo dosneurnios e clulas granulares do crebro.

2- SAIS INORGNICOS DO MERCRIO

atingem a circulao e concentram-se em maior quantidade nos rins e fgado no tem sido encontrado mercrio de origem inorgnica no crebro (incapacidade

do Hg2+ e de seus biocomplexos atravessarem a barreira hemato-enceflica ou a placenta)

3- SAIS ORGNICOS DE MERCRIO

absorvidos no trato gastrointestinal (associado a solubilidade em lipdios)

em face de sua lipo-solubilidade, atravessam a barreira hemato-enceflica e se

acumulam no crebro

Resumindo, alm de afetar as propriedades do DNA, o mercrio inibe (desativa) asseguintes enzimas:

fosfatase alcalina (nos leuccitos)


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glucose-6-fosfatase (rim)

desidrogenase lctica (rim)

glutaminase (crebro)

Ochumbo outro poluente bastante srio. A contaminao, mesmo em concentraesbaixas, danifica clulas do crebro, podendo levar morte. At alguns anos atrs colocava-sena gasolina tetraetilato de chumbo, para controlar seu poder detonante. No entanto, os altosnveis de chumbo verificados no sangue das pessoas resultaram no abandono desse aditivo. OBrasil produz gasolina sem chumbo desde 1989. O acmulo desse metal ocorre nos ossos,onde se concentra 90% do total existente no corpo humano. A excreo feita por via urinriae pelas fezes.

Do mesmo modo que o Hg(II) e o Cd (II), o chumbo inibe enzimas que contm gruposSH, porm menos fortemente.

4.5- Aspectos medicinais

Os agentes quelantes so frequentemente empregados no tratamento de envenenamentopor metais, fazendo sua remoo por complexao. Para isso devem apresentar algumaspropriedades fundamentais, como:

* solubilidade aprecivel em gua;* resistncia degradao metablica e* facilidade de penetrao nos stios onde se concentram os metais.

Ao mesmo tempo, devem apresentar poder de complexao na faixa de pH fisiolgico,com velocidades relativamente altas e com carter seletivo para evitar a remoo de outrosmetais essenciais. Finalmente, tanto os agentes complexantes como os produtos, devem ser defcil excreo pelo rim.

O cido etilenodiaminotetra-actico (EDTA), na forma de sal de sdio, umcomplexante utilizado na remoo de ons metlicos. Injetado por via intravenosa, podeabaixar drasticamente o nvel de clcio, por isso sua administrao deve ser controlada.Contudo, esse efeito til na dissoluo de pedras de oxalato, carbonatos e fosfatos de clciono sistema urinrio. Utilizado na forma do sal Na2CaEDTA, no afeta o nvel de clcio nosangue, removendo seletivamente metais de transio e metais pesado

Documents

Apostila - Quimica Ambiental (2007)