Química Ambiental Capítulo 18 Jhomolos Gomes Alvesnº 15980 Rafael Felipe de Oliveiranº 15781 1/34

Química AmbientalQuímica AmbientalCapítulo 18Capítulo 18

Jhomolos Gomes AlvesJhomolos Gomes Alves nº 15980nº 15980

Rafael Felipe de OliveiraRafael Felipe de Oliveira nº 15781nº 15781

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Química AmbientalQuímica Ambiental

• SUMÁRIO• 1. A Atmosfera da Terra• 2. As Regiões Externas da Atmosfera• 3. Ozônio na Atmosfera Superior• 4. A Química e a Troposfera• 5. O Oceano do Mundo• 6. Água Doce• 7. Química Verde

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• Em jun/92 aconteceu o Eco-Rio;• O desenvolvimento econômico das nações depende de

processos químicos e muitos são prejudiciais ao meio ambiente.

• Neste capítulo serão analisadas principalmente a atmosfera e a hidrosfera, que sustentam a vida como conhecemos na Terra;

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• 1 A Atmosfera da Terra

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

• As concentrações são da ordem de ppm.

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• 1. A Atmosfera da Terra

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39,9480,00934Argônio

131,300,000000087Xenônio

44,01280,0000006Óxido nitroso

2,01590,0000005Hidrogênio

83,800,00000114Criptônio

16,0430,000002Metano

4,0030,00000524Hélio

20,1830,00001818Neônio

44,00990,000355Dióxido carbono

31,9980,20948Oxigênio

28,0130,78084Nitrogênio

Massa molecularFração em molComponente

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• 2. As Regiões Externas da Atmosfera

• Fotodissociação: O sol emite radiações, e as de comprimento de onda mais curto, têm energia suficiente para provocar modificações químicas. A ruptura de uma ligação química provocada pela absorção de um fóton é a fotodissociação. Temos a fotodissociação da molécula de O2.

O2 + h → 2 O(g)

• Nesta reação, a energia mínima necessária para provocar esta mudança é a energia de dissociação do O2, 495 kJ/mol.

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• Fotoionização: Experiências mostram que a atmosfera interfere na propagação de ondas de rádio, levando à investigação da atmosfera superior. Para cada elétron presente na atmosfera superior há um íon correspondente de carga positiva. Para que haja fotoionização, a molécula tem que absorver um fóton com energia suficiente para remover um elétron.

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• As Regiões Externas da Atmosfera


• Entre 30 e 90 km de altitude, a concentração de O2 é maior que a de O atômico, que colidem, dando O3:

O(g) + O2(g) → O3*

• Uma vez formada, a molécula não dura muito tempo, já que recebe radiação solar, se decompondo, formando esse eterno ciclo.

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• 3. Ozônio na Atmosfera Superior


• Não fosse pela camada de ozônio, a litosfera seria bombardeada por fótons de alta energia, exterminando a fauna e flora existentes.

• As moléculas de ozônio, na realidade, são continuamente dissociadas à medida que são formadas.

• Concentração de ozônio x altitude.

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• Destruição da Camada de Ozônio• Crutzen (1970) mostrou que os óxidos de nitrogênio

destroem cataliticamente o ozônio;• Rowland e Molina (1974) mostraram que o cloro dos

fluorclorocarbonos (CFC) podem destruir a camada de ozônio;

• Os CFC’s CFCl3 e CF2Cl2 possuem ligações C-Cl e C-F. As ligações C-Cl são mais fracas e por isso, se rompem com facilidade na presença de luz nos comprimentos de onda entre 190 e 225 nm, conforme equação abaixo:

CF2Cl2(g) + h → CF2Cl(g) + Cl(g)

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Química AmbientalQuímica AmbientalCl(g) + O3(g) → ClO(g) + O2(g)

• Essa reação é de segunda ordem e possui uma constante de velocidade k de 7,2 x 109 a 298 K;

• O ClO formado ainda pode reagir para liberar Cl e decompor outro O3, formando um ciclo:

2 O3(g) → 3 O2(g), catalisada pelo Cl.• Assim, quanto maior a quantidade de CFC que se

difunde na estratosfera, mais rápida a destruição da camada de ozônio;

• Iniciativas para conter o problema foram firmadas no Protocolo de Montreal (1987);

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• Em 1992, cerca de 100 nações se comprometeram a proibir a produção dos compostos até 1996;

• Outras substâncias então passaram a ser usadas para substituir os CFC’s: os hidrofluorcarbonos, em que as ligações C–H substituem as C–Cl dos CFC’s. Essa substituição também é cara e exigiu a substituição do gás em condicionadores de ar ou até mesmo do equipamento inteiro;

• Além de mais caros, os novos fluidos são também menos eficientes na refrigeração, além de consumirem mais energia.

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• A temperaturas muito baixas e a 20 km de altitude existem as nuvens estratosféricas polares, que aceleraram a destruição do ozônio, principalmente na primavera dos pólos. Estas nuvens removem o NO2 da atmosfera, que impede a remoção do ClO.

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•Quando a Antártica recebe luz solar, o Cl2 é fotodissociado em átomos de Cl, que reagem com o ozônio para formar ClO e O2. Como a quantidade de NO2 é pequena, o ClO não é removido, e reage consigo mesmo, formando Cl2O2, molécula que dissocia pela ação da luz em O2 e Cl livres, que reagem com mais ozônio, recomeçando o ciclo.


• 4. Química e a Troposfera• A troposfera é constituída principalmente por N2 e O2,

que respondem por cerca de 99 % da atmosfera.

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• Os compostos de enxofre estão entre os poluentes gasosos mais desagradáveis e prejudiciais à atmosfera;

• A queima de combustíveis é uma das principais causas de SO2 na atmosfera (carvão e derivados de petróleo);

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O SO2 pode se oxidar, formando o SO3, que se dissolve na água, formando o H2SO4;A presença do SO2 e do H2SO4 é responsável pela chuva ácida;

Chuva Ácida


• A chuva ácida é mais ácida que o normal (pH 5), atingindo valores próximos de 4, afetando formações lacustres, reduzindo populações de peixes e atingindo danosamente muitas comunidades ecológicas;

• Quando o pH < 4, todos os vertebrados, a maioria dos invertebrados e muitos microrganismos são destruídos;

• Os lagos mais sensíveis ao ataque das chuvas ácidas são os com concentrações baixas de íons alcalinos;

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


• Uma maneira de reduzir a emissão de SO2 na atmosfera é removê-lo do carvão e do óleo antes da combustão. Por exemplo, injeta-se calcário CaCO3 pulverizado nas fornalhas de uma usina termelétrica, formando CaO e CO2, que reage com o SO2, formando CaSO3;

• As partículas sólidas de CaSO3 e o SO2 inalterado são removidos do gás de combustão por suspensão aquosa de cal. Nem todo o SO2 é removido. Diante da grande quantidade de combustível consumido, a poluição pelo SO2 continuará a ser um grande problema no futuro;

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• O CO é proveniente da combustão incompleta de materiais que contêm carbono;

• O monóxido de carbono, CO, é um sério problema à saúde humana, através das hemácias, que contém a hemoglobina, responsável pelo transporte de oxigênio às células do corpo;

• A afinidade da hemoglobina humana pelo CO é 210 vezes maior do que pelo O2, ou seja, o CO se liga à hemoglobina formando a carboxiemoglobina, inativando fração significativa de hemogloblina no sangue e fragilizando o transporte de oxigênio;

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• Os óxidos de nitrogênio são os responsáveis pela névoa fotoquímica, realidade em grandes cidades, onde a queima de combustíveis forma o NOx, conforme a reação N2 + O2 → 2 NO, ∆H = 180,8 kJ;

• Como a reação ocorre em temperaturas elevadas (2400 K), a constante de velocidade se eleva drasticamente. No ar, o NO é oxidado a NO2, ∆H= -113,1kJ, diminuindo a constante de equilíbrio para 10-5 a 2400 K. A fotodissociação do NO2 inicia a seqüência de reações associadas à névoa química:

NO2(g) + h → NO(g) + O(g)

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• O oxigênio atômico formado pode reagir com o gás oxigênio gerando o ozônio:

O(g) + O2 + M(g) → O3 + M*(g)

• O ozônio é um dos componentes principais da névoa fotoquímica. Na troposfera, ele pode criar problemas respiratórios por ser tóxico e reativo;

• Os hidrocarbonetos não-queimados também são poluentes, e a redução ou eliminação da névoa fotoquímica exige a eliminação dos seus constituintes essenciais, presentes no gás de descarga de automóveis, através de conversores catalíticos.

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• Os dois componentes responsáveis pela manutenção da temperatura na superfície terrestre são a água e o CO2.

• A Terra está em equilíbrio dinâmico com as vizinhanças. A Terra vista do espaço parece mais fria (254 K) do que quando observada da superfície do solo. Isso ocorre porque a água e o CO2 absorvem radiações infravermelhas do Sol, mantendo a temperatura uniforme e suportável. Essa influência da água, do CO2 e outros gases é chamada de efeito estufa;

• O aumento da concentração de CO2 tem preocupado os cientistas com o aumento das temperaturas, causando o derretimento das calotas polares e alterando o clima mundial;

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• 5. O Oceano do Mundo

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• Dessalinização

• A salinidade da água do mar é a massa em gramas dos sais secos em 1 kg de água do mar. No oceano, a salinidade média é 35;

• A dessalinização consiste na remoção dos sais da água do mar ou das águas salobras;

• A água do mar pode ser dessalinizada através da destilação, mas um dos inconvenientes é a precipitação dos sais quando a concentração fica alta;



• Outro método é através da osmose reversa, invertendo o sentido do fluxo do solvente, se à solução concentrada for aplicada pressão mais elevada que a pressão osmótica. Assim, o solvente passará para a solução mais diluída;

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A maior usina de dessalinização fica na Arábia Saudita, responsável por 50% do abastecimento de água potável usada no país.


• 6. Água Doce• Um adulto normal consome 2 litros de água diariamente.

Essa quantidade varia conforme a disponibilidade de recursos hídricos e desenvolvimento econômico;

• A água doce é formada pela evaporação das águas oceânicas e terrestres e posterior condensação sob forma de chuva e neve;

• O O2 dissolvido na água é importante para muitas espécies aquáticas. A existência de materiais orgânicos, faz com que bactérias os oxidem, consumindo o O2 da água;

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• Estes materiais biodegradáveis são chamados rejeitos consumidores de oxigênio;

• As bactérias aeróbicas consomem o oxigênio dissolvido para oxidar os rejeitos;

• Com carência de O2, as bactérias anaeróbicas sintetizam CH4, NH3, H2S etc., responsáveis pelo mal cheiro de águas poluídas;

• Os nutrientes (adubos) estimulam o crescimento de plantas aquáticas, proliferando algas e turvando a água, aumentando a deposição de matéria orgânica, levando ao processo descrito anteriormente.

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• O tratamento de água de abastecimento urbano é realizado em cinco etapas: filtração grossa, sedimentação, filtração em areia, aeração e esterilização;

• Para a sedimentação, adiciona-se CaO, tornando a água alcalina, e depois adiciona-se Al2(SO4)3, formando precipitado gelatinoso de Al(OH)3, que arrasta as partículas finas em suspensão e bactérias;

• A água passa por filtros de areia e logo depois é areada;• Na esterilização, utiliza-se o Cl2, pois pode ser liquefeito,

engarrafado e borbulhado na água. A quantidade de Cl2 depende da flora bacteriana. A ação esterilizante se deve à reação: Cl2 + H2O → HClO + H+ + Cl-.

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• 7. Química Verde• A química verde consiste em promover o

desenvolvimento e aplicação de produtos e processos químicos compatíveis com a saúde química e o meio ambiente;

• Resumindo os princípios da química verde, percebe-se que “é melhor prevenir do que remediar”, não gerar ou gerar poucos resíduos tóxicos para o ambiente, utilizar suprimentos renováveis, utilizar catalisadores com substâncias comuns e seguras, realizar com eficiência e segurança os processos químicos;

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• Uma das principais preocupações é o uso de solventes voláteis nas reações. Além disso, podem ser tóxicos ou gerar rejeitos para o ambiente;

• Alternativas são o uso de fluidos supercríticos (como o CO2, gás não-tóxico já presente na atmosfera);

• Outra substância benévola é o dimetilcarbonato, que possui caráter polar, substituindo dimetilsulfatos e haletos de metila;

• Nas lavagens a seco são utilizadas substâncias cloradas tóxicas, que provocam câncer. Uma alternativa é o uso de CO2 supercrítico;

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• O revestimento das carrocerias dos carros é necessário para prevenir a corrosão. Antigamente, o chumbo era o metal para inclusão na mistura de eletrodeposição, porém, a toxicidade do chumbo causou o seu desuso. Uma alternativa é o hidróxido de ítrio;

• A cloração da água tratada pode levar à formação dos trialometanos (THM, formado por qualquer halogênio), que são cancerígenos, ou alteram o sistema endócrino. Entretanto a cloração a níveis seguros é a alternativa mais sensata;

• Filtros de carvão ativado entre outros absorventes são capazes de remover os THM da água;

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• Referência Bibliográfica:• Livro-texto: T. L. Brown, H. E. LeMay Jr., B. E. Bursten

e J. R. Burdge. Química: A Ciência Central, 9ª. ed.. São

Paulo: Pearson, 2005.

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