A QUIMICA DO
AMBIENTE
Lucas Ribeiro Fortes
Rômulo de Paiva e Silva
Sumário
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Introdução
A atmosfera terrestre
Regiões externas da atmosfera
O ozônio na atmosfera superior
A química na troposfera
O oceano do mundo
A água doce
Química verde
Introdução
O desenvolvimento econômico depende
criticamente dos processos químicos, alguns
dos quais bastante prejudiciais ao ambiente.
Analisaremos a natureza da atmosfera e
hidrosfera terrestres a fim de indicar as
alterações no respectivo comportamento
químico provocadas por nossas ações.
A atmosfera terrestre
Dividida em quatro regiões:
• Com o aumento de
altitude a temperatura
diminui na troposfera e
aumenta na estratosfera.
• Sua composição não é uniforme.
• 99% da atmosfera é constituída de N2 e
O2.
• O O2 é muito mais reativo que o N2.
Troposfera e Estratosfera
• Possuem 99,9% da massa total da
atmosfera.
• Em toda a atmosfera ocorre a diminuição
da pressão de acordo com o aumento de
altitude.
• Na troposfera ocorrem os fenômenos
associados ao “tempo”.
Nuvens
Chuvas
Vento
Regiões externas da atmosfera
A região superior à estratosfera constitui uma
defesa contra a radiação e as partículas de grande
energia que incidem continuamente sobre o
planeta.
Nessa interação, as moléculas e os átomos na
atmosfera superior sofrem transformações
químicas.
Fotodissociação
Ruptura de uma ligação química provocada pela
absorção de um fóton por uma molécula.
O2 ( g )  h  2 O( g )
• A energia dos fótons deve ser suficiente para
desencadear o processo químico.
• As moléculas devem absorver estes fótons.
• O O2 absorve boa parte da radiação proveniente
do sol, antes que possa atingir o solo.
oxigênio atômico mais abundante que O2
400km
50% de oxigênio atômico e 50% de O2
130km
O2 mais abundante que oxigênio atômico
• A energia de dissociação do N2 é muito
alta.
• O N2 não absorve facilmente os fótons.
• Pouco nitrogênio atômico é formado na
atmosfera externa.
Fotoionização
• Os elétrons existentes na atmosfera superior provêm da
fotoionização das moléculas provocadas pela radiação
solar.
• Para que ocorra, a molécula tem que absorver um fóton
com energia suficiente para remover um elétron.
N2  h  N  e

2

Os comprimentos de onda desses fótons estão na
região do ultravioleta e eles são completamente filtrados
da radiação que atinge o solo, em virtude desses
processos de absorção.
O ozônio na atmosfera superior
• Entre 30 e 90 km de altitude os átomos de O
colidem frequentemente com as moléculas de O2,
provocando a formação do O3.
O( g )  O2 ( g )  O ( g )
*
3
• O asterisco indica que a molécula de O3 está com
excesso de energia, que deve ser afastada
rapidamente da molécula, senão o ozônio se
decompõe em O e O2, num processo inverso.
• A molécula pode perder esse excesso de energia
nas colisões com outros átomos ou moléculas.
O ( g )  M( g )  O3 ( g )  M ( g )
*
3
*
A velocidade de formação do O3 depende de
dois fatores:
• Presença de átomos de O (grandes altitudes).
• Grande concentração de moléculas para favorecer
os choques entre O e O2 e entre O3 e M (baixas
altitudes).
• Em virtude dessa dependência de fatores, a
velocidade de formação do O3 tem um máximo
numa camada a uma altura da ordem de 50 km,
perto da estratopausa.
• O ozônio pode absorver radiação solar,
decompondo-se em O e O2.
• Se não fosse pela camada de ozônio na
estratosfera, fótons de alta energia atingiriam a
superfície da Terra e a vida animal e vegetal não
poderia sobreviver na presença dessa radiação
de alta energia.
Destruição da camada de ozônio
Clorofluorcarbonos
• Utilizado em latas de spray, como gases
refrigerantes, condicionamento de ar e como
agentes espumantes para plásticos.
• Praticamente não reativos na atmosfera
mais baixa.
• Relativamente insolúveis em água, por
isso não são removidos da atmosfera
através da chuva.
• A falta de reatividade permite que eles
sobrevivam na atmosfera e difundam-se
eventualmente para a estratosfera.
• Na estratosfera, devido à radiação, as ligações
C – Cl são quebradas, formando átomos de cloro
livres com facilidade.
• Os átomos de cloro reagem rapidamente com o
ozônio para dar monóxido de cloro e oxigênio
molecular.
Cl( g )  O3 ( g )  ClO( g )  O2 ( g )
• Em certas condições as moléculas de ClO podem
regenerar os átomos de Cl livres, que podem
assim reagir com mais O3.
O buraco na camada de ozônio
Que susbstâncias podem substuituir os
CFCs?
• Até o momento os hidrofluorcarbonetos
são as principais alternativas.
• Mudar dos CFCs para alternativas como
os HFCs é caro.
• Os substitutos do CFC atual são menos
eficientes em relação à refrigeração,
necessitando de um pouco mais de
energia para igualá-los.
Química na troposfera
Compostos de enxofre
• Concentração natural muito pequena diante das
concentrações acumuladas em ambientes urbanos e
industriais.
• A combustão de carvão e de óleo é responsável por
mais de 80% do total de SO2 presente na atmosfera.
• O SO2 pode ser oxidado a SO3, que quando se dissolve
na água, forma ácido sulfúrico.
SO3 ( g )  H2O( l )  H2SO4 ( aq )
• É principalmente a presença de SO2 e de H2SO4, na
atmosfera que provoca o fenômeno da chuva ácida.
• Óxidos de nitrogênio, que formam o ácido nítrico,
também contribuem para a chuva ácida.
• A acidez afeta muitas formações lacustres,
reduzindo a população de peixes e afetando
toda a comunidade ecológica das florestas
vizinhas ao lago.
• A chuva ácida reage com metais e com
carbonatos e ataca, por isso, os materiais
metálicos e muitos materiais de construção civil.
• Remoção do SO2 dos gases da combustão
através da injeção de calcário.
CaCO3 ( s ) 
CaO( s )  CO2 ( g )

• O CaO reage com o SO2 e forma sulfito de
cálcio.
CaO( s )  SO2 ( g )  CaSO3 ( s )
• As partículas sólidas de CaSO3 e boa parte do
SO2 inalterados são removidos do gás da
combustão por uma suspensão aquosa de cal.
Monóxido de carbono
• É o mais abundante dos gases poluentes.
• É incolor e inodoro.
• Oferece risco à saúde humana, pois tem uma
afinidade 210 vezes maior com a hemoglobina do
que o O2.
• Quantidades relativamente pequenas de CO
podem inativar frações significativas de
hemoglobina no sangue e prejudicar o transporte
de oxigênio, podendo levar à morte.
Óxidos de nitrogênio e névoa fotoquímica
• O NO forma-se nos motores de combustão interna.
N2 ( g )  O2 ( g )  2NO( g )
• Os óxidos de nitrogênio são os componentes principais
das névoas urbanas.
• No ar, o NO é oxidado a NO2, que inicia as reações
associadas com a névoa fotoquímica.
• O ozônio é componente chave da névoa
fotoquímica.
• É um poluente indesejável na troposfera.
• Também é extremamente reativo e tóxico.
• Problema: diminuição na estratosfera e aumento
na troposfera.
• A redução da névoa exige que os ingredientes
essenciais para sua formação sejam removidos
das descargas dos automóveis.
• Os conversores catalíticos são desenvolvidos
para reduzir drasticamente os níveis desses
ingredientes.
Vapor de água, dióxido de carbono e clima
• A atmosfera é essencial para manter a temperatura
da Terra.
• O dióxido de carbono e o vapor de água são os
componentes atmosféricos mais importantes na
manutenção da temperatura.
• O planeta está em equilíbrio térmico, isto quer dizer
que a Terra irradia energia para o espaço numa
taxa igual à que absorve.
• Esses gases atmosféricos absorvem muito da
radiação que sai da superfície da Terra.
• A influência dos gases atmosféricos na
temperatura da Terra é chamada efeito
estufa.
• A queima mundial de combustíveis fósseis
tem aumentado visivelmente o nível de
CO2.
• Esse aumento, de acordo com alguns
cientistas, já está interferindo no clima da
Terra.
Metano como gás de efeito estufa
• Cada molécula de CH4 tem aproximadamente
25 vezes o efeito estufa de uma molécula de
CO2.
• O CH4 é formado em ambientes com pouco
oxigênio.
• Bactérias anaeróbicas que florescem nos
pântanos, aterros sanitários, próximas das
raízes do arroz e no sistema digestivo dos
animais ruminantes, produzem metano.
• Também escapa na extração e transporte de
gás natural.
• Na troposfera o metano é atacado por
espécies reativas como radicais OH, ou
óxidos de nitrogênio, eventualmente
produzindo outros gases de efeito estufa,
como o O3.
• Reduções importantes do efeito estufa
poderiam ser atingidas pela redução das
emissões do metano ou capturando-se as
emissões para uso como um combustível.
O oceano do mundo
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Água do mar
97,2% da água está no oceano do mundo.
A salinidade da água do mar é em média 35 g/L.
Existem muitas substâncias dissolvidas no
oceano, mas ele não é usado como fonte de
matéria prima, pois o custo de extração é muito
alto.
Somente 3 substâncias são retiradas em
quantidades significativas da água do mar: cloreto
de sódio, bromo e magnésio.
Dessalinização
• A água do mar é imprópria para o consumo
humano devido ao seu alto teor de sal.
• O processo para remover o sal da água e tornála própria para o consumo é chamado de
dessalinização.
• Pode ser feita por destilação ou por osmose
invertida.
Água doce
• Um adulto precisa beber aproximadamente 2
litros de água por dia, mas consumimos uma
média de 300 litros por dia.
• Quando usamos água, ela se torna carregada
com materiais adicionais dissolvidos, inclusive
dejetos da sociedade humana.
• Se a população e a produção de poluentes
ambientais aumentam, verificamos que devemos
gastar quantidades cada vez maiores de
recursos financeiros para garantir o fornecimento
de água doce.
Oxigênio dissolvido e qualidade da água
• A quantidade de O2 na água é um importante
indicador de sua qualidade.
• As bactérias aeróbicas consomem oxigênio para
oxidar os materiais biodegradáveis.
• Quantidades excessivas de materiais
biodegradáveis prejudicam a vida animal.
• Sem oxigênio, bactérias anaeróbicas prosperam e
produzem substâncias que causam mal cheiro.
• O nitrogênio e o fósforo estimulam o crescimento
desmesurado de plantas, o que contribui para a
proliferação de algas e a turvação das águas.
• À medida que se desenvolvem as plantas,
aumenta também a quantidade de matéria
vegetal morta e em decomposição, o que é
chamado de eutroficação.
• Os vegetais decadentes consomem O2,
por serem biodegradáveis, levando à
exaustão do O2 na água. O que torna
insustentável a manutenção da vida
animal.
• As fontes mais importantes de nitrogênio e
fósforo são: esgotos domésticos,
agricultura e pecuária.
Tratamento de fontes de água municipais
• Boa parte da água da rede de abastecimento é água
“usada”, isto é, a água que já circulou por um ou mais
de um sistema de esgotos ou de processos industriais.
• Essa água deve receber tratamento apropriado antes de
ser consumida.
• Etapas: filtração grossa, sedimentação, filtração em
areia, aeração e esterilização.
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Abrandamento da água
2
2
Ca
Mg
A água com íons
e
e outros cátions
divalentes é chamada água dura.
Embora a presença desses íons não seja
prejudicial à saúde, eles tornam a água imprópria
para o uso doméstico e industrial.
A água com os íons cálcio e bicarbonato perde
dióxido de carbono ao ser aquecida, liberando
CaCO3, que reveste a superfície de sistemas de
água quente e chaleiras, reduzindo a eficiência
de aquecimento.
Esses depósitos são chamados de crostas ou
incrustações.
• A remoção desses íons é chamada
abrandamento da água.
• O processo calcário-barrilha é bastante
adotado no processo de abrandamento. A
água é tratada com calcário, CaO e cinzas
de barrilha, Na2CO3.
• Existe também o processo da troca iônica,
em que a água dura passa por um leito de
resina de troca iônica.
• Nesse processo, um íon é trocado por
outro.
• A água amaciada dessa forma contém maior

Na
concentração de íons
.
• Não é recomendado que pessoas que sofram de
hipertensão bebam desta água.
• Para regenerar a resina, ela é limpada com jatos
de solução de NaCl concentrada.
Abrandamento por troca iônica
Química verde
• Promove o desenvolvimento e aplicação de
produtos e processos químicos compatíveis com
a saúde humana que preservam o meio
ambiente.
• É melhor evitar os rejeitos do que tratá-los.
• As substâncias geradas devem possuir pouca
ou nenhuma toxidade à saúde humana e ao
ambiente.
• Substâncias tóxicas devem ser transformadas
em inócuas quando possível.
Solventes e reagentes
• O uso de compostos orgânicos voláteis, como
solvente para reações, é motivo de
preocupação nos processos químicos.
• O solvente não é consumido na reação, mas
existem liberações inevitáveis para a atmosfera.
• Ele pode ser tóxico ou se decompor durante a
reação, criando rejeitos.
• O uso de fluidos supercríticos representa uma
maneira de substituir o solvente convencional
por CO2.
Outros processos
• A lavagem a seco de roupas usa solventes que
podem provocar câncer. O uso desses solventes
tem contaminado a água do subsolo. Há um
método alternativo que usa CO2 supercrítico.
• As carrocerias metálicas são revestidas para
prevenir a corrosão. Uma das etapas-chave é a
eletrodeposição de uma camada de íons. No
passado era usado o chumbo, mas por ele ser
altamente tóxico, seu uso tem sido eliminado.
Purificação da água
• A desinfecção da água é uma das maiores
inovações em saúde pública.
• Tem diminuído drasticamente os índices de
doenças causadas por bactérias provenientes da
água.
• A cloração da água produz um grupo de produtos
secundários que são chamados de trialometanos
(THMs).
• Alguns THMs são cancerinógenos e outros
interferem no sistema endócrino.
• Apesar disso, é viável o uso dos THMs pois há
uma incidência muito maior de cólera e tifo do que
câncer causado por eles.
Referências bibliográficas
• QUÍMICA: A Ciência Central – 7ª. edição
• QUÍMICA: A Ciência Central – 9ª. edição
• www.google.com