Professor Me. Carlos Eduardo Santana Alves
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA
AMBIENTAL
graduação
GESTÃO AMBIENTAL
MARINGÁ-pr
2012
Reitor: Wilson de Matos Silva
Vice-Reitor: Wilson de Matos Silva Filho
Pró-Reitor de Administração: Wilson de Matos Silva Filho
Presidente da Mantenedora: Cláudio Ferdinandi
NEAD - Núcleo de Educação a Distância
Diretoria do NEAD: Willian Victor Kendrick de Matos Silva
Coordenação Pedagógica: Gislene Miotto Catolino Raymundo
Coordenação de Marketing: Bruno Jorge
Coordenação Comercial: Helder Machado
Coordenação de Tecnologia: Fabrício Ricardo Lazilha
Coordenação de Curso: Silvio Silvestre Barczsz
Supervisora do Núcleo de Produção de Materiais: Nalva Aparecida da Rosa Moura
Capa e Editoração: Daniel Fuverki Hey, Fernando Henrique Mendes, Jaime de Marchi Junior, José Jhonny Coelho, Robson
Yuiti Saito e Thayla Daiany Guimarães Cripaldi
Supervisão de Materiais: Nádila de Almeida Toledo
Revisão Textual e Normas: Amanda Polli, Cristiane de Oliveira Alves, Janaína Bicudo Kikuchi, Jaquelina Kutsunugi, Keren
Pardini e Maria Fernanda Canova Vasconcelos
Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Central - CESUMAR
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ. Núcleo de Educação
a distância:
C397 Fundamentos da gestão ambiental / Carlos Eduardo Santana Alves. Maringá - PR, 2012.
158 p.
“Graduação em Gestão Ambiental - EaD”.
1. Gestão ambiental. 2. Desenvolvimento sustentável. 3. Sustentabilidade. 4.EaD. I. Título.
CDD - 22 ed. 363.7
CIP - NBR 12899 - AACR/2
“As imagens utilizadas neste livro foram obtidas a partir dos sites PHOTOS.COM e SHUTTERSTOCK.COM”.
Av. Guedner, 1610 - Jd. Aclimação - (44) 3027-6360 - CEP 87050-390 - Maringá - Paraná - www.cesumar.br
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA
AMBIENTAL
Professor Me. Carlos Eduardo Santana Alves
APRESENTAÇÃO DO REITOR
Viver e trabalhar em uma sociedade global é um grande desafio para todos os cidadãos.
A busca por tecnologia, informação, conhecimento de qualidade, novas habilidades para
liderança e solução de problemas com eficiência tornou-se uma questão de sobrevivência no
mundo do trabalho.
Cada um de nós tem uma grande responsabilidade: as escolhas que fizermos por nós e pelos
nossos fará grande diferença no futuro.
Com essa visão, o Cesumar – Centro Universitário de Maringá – assume o compromisso
de democratizar o conhecimento por meio de alta tecnologia e contribuir para o futuro dos
brasileiros.
No cumprimento de sua missão – “promover a educação de qualidade nas diferentes áreas
do conhecimento, formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento
de uma sociedade justa e solidária” –, o Cesumar busca a integração do ensino-pesquisa-extensão com as demandas institucionais e sociais; a realização de uma prática acadêmica que
contribua para o desenvolvimento da consciência social e política e, por fim, a democratização
do conhecimento acadêmico com a articulação e a integração com a sociedade.
Diante disso, o Cesumar almeja ser reconhecido como uma instituição universitária de referência regional e nacional pela qualidade e compromisso do corpo docente; aquisição de competências institucionais para o desenvolvimento de linhas de pesquisa; consolidação da extensão
universitária; qualidade da oferta dos ensinos presencial e a distância; bem-estar e satisfação
da comunidade interna; qualidade da gestão acadêmica e administrativa; compromisso social
de inclusão; processos de cooperação e parceria com o mundo do trabalho, como também
pelo compromisso e relacionamento permanente com os egressos, incentivando a educação
continuada.
Professor Wilson de Matos Silva
Reitor
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
5
Caro(a) aluno(a), “ensinar não é transferir conhecimento, mas criar as possibilidades para a
sua produção ou a sua construção” (FREIRE, 1996, p. 25). Tenho a certeza de que no Núcleo
de Educação a Distância do Cesumar, você terá à sua disposição todas as condições para se
fazer um competente profissional e, assim, colaborar efetivamente para o desenvolvimento da
realidade social em que está inserido.
Todas as atividades de estudo presentes neste material foram desenvolvidas para atender o
seu processo de formação e contemplam as diretrizes curriculares dos cursos de graduação,
determinadas pelo Ministério da Educação (MEC). Desta forma, buscando atender essas
necessidades, dispomos de uma equipe de profissionais multidisciplinares para que,
independente da distância geográfica que você esteja, possamos interagir e, assim, fazer-se
presentes no seu processo de ensino-aprendizagem-conhecimento.
Neste sentido, por meio de um modelo pedagógico interativo, possibilitamos que, efetivamente,
você construa e amplie a sua rede de conhecimentos. Essa interatividade será vivenciada
especialmente no ambiente virtual de aprendizagem – AVA – no qual disponibilizamos, além do
material produzido em linguagem dialógica, aulas sobre os conteúdos abordados, atividades de
estudo, enfim, um mundo de linguagens diferenciadas e ricas de possibilidades efetivas para
a sua aprendizagem. Assim sendo, todas as atividades de ensino, disponibilizadas para o seu
processo de formação, têm por intuito possibilitar o desenvolvimento de novas competências
necessárias para que você se aproprie do conhecimento de forma colaborativa.
Portanto, recomendo que durante a realização de seu curso, você procure interagir com os
textos, fazer anotações, responder às atividades de autoestudo, participar ativamente dos
fóruns, ver as indicações de leitura e realizar novas pesquisas sobre os assuntos tratados,
pois tais atividades lhe possibilitarão organizar o seu processo educativo e, assim, superar os
desafios na construção de conhecimentos. Para finalizar essa mensagem de boas-vindas, lhe
estendo o convite para que caminhe conosco na Comunidade do Conhecimento e vivencie
a oportunidade de constituir-se sujeito do seu processo de aprendizagem e membro de uma
comunidade mais universal e igualitária.
Um grande abraço e ótimos momentos de construção de aprendizagem!
Professora Gislene Miotto Catolino Raymundo
Coordenadora Pedagógica do NEAD - CESUMAR
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
APRESENTAÇÃO
Livro: FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL
Professor Me. Carlos Eduardo Santana Alves
Este livro foi elaborado visando dar subsídios científicos à disciplina de Fundamentos da
Química Ambiental do curso de Tecnologia em Gestão Ambiental do Centro Universitário
de Maringá – CESUMAR, sendo que a realização desta obra aconteceu pela integração da
área química, biológica e da engenharia da instituição. Dessa forma, gostaria de agradecer
a Silvano Piovan (Ciências Biológicas) e Dyeine Luchina de Almeida (Engenharia Civil) pelo
empenho e dedicação nas discussões e importantes trabalhos desenvolvidos que auxiliaram
na elaboração desta obra.
Se pensarmos como Carl Sagan em sua obra: “Bilhões e Bilhões – Reflexões sobre vida e
morte na virada do milênio”1, na qual ele apresenta o planeta como indivisível, é possível afirmar
que todas as atividades humanas realizadas em qualquer lugar do planeta têm influência sobre
todos os ecossistemas existentes no planeta.
Dentro desse contexto, a química ambiental, que é uma ciência multidisciplinar (Química,
Biologia, Geologia, Ecologia e Engenharia Sanitária), além de estudar as reações, os produtos
e as fontes das substâncias químicas, ou seja, a química dos processos naturais existentes no
ar, na água e no solo do planeta, deve estudar também os fenômenos causados pelo homem
que podem comprometer a saúde humana ou de todo o planeta.
Com a preocupação em melhorar a qualidade de vida em nosso planeta, a química
desempenhou um papel de grande importância no progresso do aumento da expectativa de
vida com mais saúde, conforto e diversão por meio do desenvolvimento de medicamentos,
computadores, automóveis, televisores e DVD’s, lâmpadas e diversas fibras sintéticas. Por
outro lado, em função desse desenvolvimento, grandes quantidades de produtos tóxicos e
corrosivos são gerados e despejados no ambiente.
“O nosso planeta é indivisível. Na América do Norte, respiramos oxigênio gerado na floresta tropical brasileira.
A chuva ácida das indústrias poluentes no meio-oeste norte-americano destrói florestas canadenses. A radioatividade de um acidente nuclear na Ucrânia compromete a economia e a cultura na Lapônia. A queima de carvão
na China aquece a Argentina. Os clorofluorocarbonetos liberados por um ar-condicionado na Terra-Nova ajudam
a causar câncer de pele na Nova Zelândia. Doenças se espalham rapidamente até os pontos mais remotos do
planeta e requerem um trabalho médico global para serem erradicadas. E, sem dúvida, a guerra nuclear e um
impacto de um asteroide representam um perigo para todo o mundo”.
1
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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Mas nos enganamos ao pensar que apenas as atividades químicas ou industriais geram
substâncias prejudiciais ao planeta, pois as atividades realizadas em cada residência podem
gerar efluentes e resíduos nocivos que afetam negativamente o meio ambiente. Atualmente
é possível perceber a atmosfera carregada com dióxido de carbono emitido pelos carros
e motores à combustão que usamos, tem-se a ocorrência de rios contaminados com alta
carga de poluentes provenientes do lançamento de esgoto doméstico, existem várias áreas
produtivas que foram cobertas por lixo doméstico.
Um ponto importante desse cenário é a capacidade que o planeta possui de lidar com esses
resíduos, convertendo-os de volta aos seus recursos naturais que chamamos de capacidade
de carga do planeta. Essa capacidade de carga do planeta é limitada e existem várias
indicações de que ela já está sendo excedida, ou seja, se produz mais resíduo e se consome
os recursos naturais mais rapidamente do que o planeta consegue convertê-los e repô-los, o
que nos mostra que nossas atividades não são sustentáveis.
Apesar de a ciência envolvida nos problemas ambientais ser altamente complexa, ela pode
ser entendida e avaliada apenas com o conhecimento detalhado dos conceitos básicos de
química. Dessa forma, ao longo deste livro será possível obter conceitos de química básica
e de alguns processos naturais que possibilitará a todos que o obterem iniciar ações que
contribuam para a melhoria da qualidade de vida dos seres vivos e das condições ambientais
do planeta.
Para um bom entendimento da relação entre as atividades humanas e a degradação ou
manutenção do meio ambiente, as unidades I e II têm como objetivo relembrar conceitos
básicos de química. Nessas unidades, serão apresentados os elementos e compostos
químicos, as ligações químicas que ocorrem entre os elementos químicos e que normalmente
são dependentes das características de cada elemento. Também serão abordadas as classes
de compostos inorgânicos, as funções inorgânicas e as propriedades de cada elemento
químico, assim como das substâncias químicas, a estrutura dos compostos orgânicos, as
principais classes de elementos orgânicos e sua relação com energia.
Todas as formas de vida na Terra dependem de água para sobreviver, sendo o ser humano
um dos que mais consomem água em suas atividades diárias. Cada vez mais água é utilizada
em atividades domésticas, como: tomar banho, lavar as mãos, lavar louça, cozinhar, irrigar os
jardins e gramados, lavar calçadas, lavar o carro etc., com o objetivo de entender os efeitos
8
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
da ação humana sobre a disponibilidade e qualidade de água para os seres vivos. A unidade
III será abordado o conceito de poluição da água, os poluentes aquáticos, os parâmetros
indicativos de poluição da água (físicos e químicos), eutrofização, conteúdo orgânico (DBO e
DQO), classificação do esgoto doméstico e dos resíduos industriais e as principais formas de
poluição existentes.
Analisando o aumento da utilização dos compostos químicos orgânicos na agricultura e em
atividades de proteção à saúde humana, é possível observar consequências ambientais
graves devido à toxicidade desses compostos com relação à saúde humana especialmente
no que diz respeito ao câncer e defeitos congênitos e ao bem-estar de organismos inferiores.
Para compreender os problemas ambientais associados ao uso dos pesticidas, a unidade
IV contém informações a respeito dos conceitos de bioacumulação e biomagnificação das
propriedades e estrutura dos pesticidas, princípios gerais de toxicologia relacionados aos
efeitos na saúde humana, características e propriedades das dioxinas e furanos, além dos
efeitos destes compostos à saúde humana.
Em função do grande desenvolvimento da sociedade, os metais têm sido cada vez mais
utilizados, incluindo metais que são venenosos para os seres humanos, os chamados metais
pesados, que são os mais perigosos para o meio ambiente por seu uso intensivo e sua
toxicidade. Apesar disso, eles não penetraram no meio ambiente de maneira a constituírem
grande perigo, mas em regiões menores eles já foram encontrados em níveis tóxicos. Com
o intuito de permitir a prevenção da contaminação por metais pesados e a recuperação de
áreas contaminadas com esses metais, a unidade V apresenta informações a respeito das
propriedades e forma apresentada pelos metais pesados na natureza, bem como os princípios
gerais de toxicologia relacionados aos efeitos na saúde humana.
Vários problemas ambientais, provavelmente semelhantes àqueles existentes onde você vive,
podem ser resolvidos ou prevenidos se aprendermos mais sobre eles, portanto a química
ambiental se tornará mais que um tópico de interesse apenas acadêmico, ela se tornará um
assunto que fará parte da sua vida diária de forma muito prática.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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Sumário
UNIDADE I
QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA
IONIZAÇÃO..............................................................................................................................21
LIGAÇÕES QUÍMICAS............................................................................................................24
PROCESSOS ENDOTÉRMICOS E EXOTÉRMICOS..............................................................30
ÁCIDOS E BASES...................................................................................................................30
SOLUÇÕES-TAMPÃO..............................................................................................................34
A CONCENTRAÇÃO DE H+ E OS SISTEMAS BIOLÓGICOS.................................................35
OS ÍONS HIDROGÊNIO E OS METAIS PESADOS................................................................37
UNIDADE II
QUÍMICA ORGÂNICA
ESTRUTURAS DAS MOLÉCULAS ORGÂNICAS...................................................................45
MOLÉCULAS ORGÂNICAS E ENERGIA................................................................................53
UNIDADE III
QUÍMICA DA POLUIÇÃO HÍDRICA
PRINCIPAIS FORMAS DE POLUIÇÃO ..................................................................................61
PRINCIPAIS POLUENTES AQUÁTICOS.................................................................................65
PARÂMETROS INDICATIVOS DA POLUIÇÃO DAS ÁGUAS.................................................69
EUTROFIZAÇÃO......................................................................................................................90
CONTEÚDO ORGÂNICO........................................................................................................92
UNIDADE IV
Poluentes orgânicos e persistentes
BIOACUMULAÇÃO E BIOMAGNIFICAÇÃO............................................................................98
TOXINAS E FURANOS..........................................................................................................100
AGROQUÍMICOS...................................................................................................................106
DDT........................................................................................................................................ 112
UNIDADE V
Metais pesados
CÁDMIO.................................................................................................................................136
ARSÊNIO...............................................................................................................................137
CHUMBO...............................................................................................................................138
MERCÚRIO............................................................................................................................140
ALUMÍNIO..............................................................................................................................144
BÁRIO....................................................................................................................................145
COBRE...................................................................................................................................146
MANGANÊS........................................................................................................................... 147
CROMO..................................................................................................................................148
NÍQUEL..................................................................................................................................149
ZINCO.................................................................................................................................... 151
CONCLUSÃO.........................................................................................................................154
REFERÊNCIAS......................................................................................................................155
UNIDADE I
QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA
Professor Me. Carlos Eduardo Santana Alves
Objetivos de Aprendizagem
• Relembrar conceitos básicos da química.
• Compreender a Tabela Periódica e como é organizada.
• Compreender como ocorrem as ligações químicas.
• Estudar a Nomenclatura de compostos inorgânicos.
• Estudar os Conceitos sobre pH.
Plano de Estudo
A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade:
• Ionização
• Ligações Químicas
• Distribuição Eletrônica
• Massa Atômica
• Nomenclatura de Compostos Inorgânicos
• Processos Endotérmicos e Exotérmicos
• Ácidos e Bases
• Escala de pH
• Soluções-tampão
INTRODUÇÃO
Toda matéria existente no mundo é formada por uma enorme variedade de combinações entre
aproximadamente 100 elementos químicos diferentes. Sendo que mais de 97% da massa
da maioria dos organismos é atribuída a apenas seis deles: oxigênio, carbono, hidrogênio,
nitrogênio, fósforo e enxofre. Além desses, mais 23 elementos foram encontrados em diversos
organismos vivos. Cinco deles, em sua forma iônica, são necessários a todos os organismos:
Ca2+, Cl-, Mg2+, K+ e Na+. Para compreender a diversidade no comportamento químico da matéria
e determinar como as propriedades de uma substância se relacionam com os tipos de átomos
que ela contém, precisamos analisar de forma submicroscópica alguns desses elementos.
Como os átomos se combinam para formar moléculas inorgânicas ou orgânicas, benéficas ou
não para o meio ambiente? O que a especificidade das propriedades físicas e químicas dos
compostos tem haver com a estrutura atômica? Essas serão questões aqui abordadas a fim
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
de melhor entender a relação da química com o meio ambiente.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
17
O termo “produto químico” muitas vezes é usado com sentido pejorativo, sendo responsabilizado
pelos problemas de poluição. No entanto, a maioria dos problemas ambientais como, por
exemplo, a contaminação biológica da água potável foi resolvida com uma grande contribuição
da química. Portanto, produtos químicos ou substâncias químicas sintéticas podem ou não ser
tóxicos, isso dependerá de suas propriedades.
O meio ambiente é constituído por diferentes substâncias capazes de alterar sua forma
química em função de fatores bióticos e abióticos (ver Quadro 1). Especulando sobre a
natureza da matéria, Demócrito (460 – 370 a.C.) e outros filósofos gregos antigos pensavam
que a matéria era formada por partículas indivisíveis chamadas átomos. Mais tarde, Platão
e Aristóteles formularam a hipótese de que não poderia haver partículas indivisíveis. Mas foi
somente quando os químicos aprenderam a medir a quantidade de matéria que reagia com
outra para formar uma nova substância que os átomos passaram a ser considerados como os
componentes químicos fundamentais da natureza.
Quadro 1 − Fatores Bióticos e Abióticos
Em ecologia são considerados Fatores Bióticos:
• produtores;
• macroconsumidores;
• microconsumidores.
Fatores Abióticos:
• substâncias inorgânicas;
• compostos orgânicos;
• regime climático;
• temperatura;
• luz;
• pH;
• oxigênio e outros gases;
• umidade;
• solo.
Fonte: baseado em Brown (2005)
De acordo com John Dalton (1766-1844), átomos são as menores partes de um elemento que
mantêm a identidade química desse elemento. Como observado nos postulados da teoria de
18
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
Dalton, um elemento é composto por apenas uma espécie de átomo, enquanto um composto
contém átomos de dois ou mais elementos.
Dalton chegou à sua conclusão sobre átomos com base nas observações químicas no
universo macroscópico do laboratório. Porém, à medida que novos métodos de investigação
mais detalhados foram desenvolvidos, o átomo, que se supunha indivisível, começou a mostrar
sinais de ser uma estrutura mais complexa. Em 1897, o cientista britânico J. J. Thomson publicou
um artigo em que apresentou suas observações e concluiu que os raios catódicos são jatos de
partículas com massa carregadas negativamente. O artigo de Thomson é conhecido como a
descoberta daquilo que chamamos de elétron.
No início do século XX, Thomson argumentou que, já que os elétrons compreendiam apenas
uma pequena fração igualmente pequena do tamanho do átomo, este consistia em uma
esfera positiva uniforme de matéria, na qual os elétrons estavam incrustados. Em 1911, Ernest
Rutherford (1871-1937) e seus colaboradores contestaram o modelo de Thomson postulando
que a maioria da massa do átomo e toda sua carga positiva residiam em uma região muito
pequena e extremamente densa, que ele chamou de núcleo. Os nêutrons foram descobertos
em 1923 pelo cientista britânico James Chadwick (1981-1972).
Desde o tempo de Rutherford, novas descobertas aumentaram a lista de partículas que
compõem o núcleo atômico. Porém, para nossos estudos, podemos adotar uma visão muito
simples do átomo, pois apenas três partículas subatômicas – próton, nêutron e elétron –
influenciam o comportamento químico e a organização dos elementos na tabela periódica.
Muitos elementos apresentam similaridades muito fortes entre si. A organização desses
elementos em ordem crescente de número atômico (número de prótons existentes no núcleo
de um átomo), que considera ainda outras propriedades químicas, é conhecida como tabela
periódica (Figura 1). As colunas na tabela periódica chamam-se grupos (numeradas de 1A
a 8A ou de 1 a 18). As linhas na tabela periódica chamam-se períodos. Os metais estão
localizados no lado esquerdo da tabela periódica (a maioria dos elementos são metais), os não
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
19
metais na parte superior do lado direito. Já os elementos com propriedades similares, tanto
com os metais quanto com os não metais, são chamados metaloides ou semimetais e estão
localizados no espaço entre os metais e os não metais. Alguns dos grupos na tabela periódica
recebem nomes especiais. Esses nomes indicam as similaridades entre os membros de um
grupo:
Grupo 1A: Metais alcalinos.
Grupo 2A: Metais alcalinos terrosos.
Grupo 6A: Calcogênios.
Grupo 7A: Halogênios.
Grupo 8A: Gases nobres.
Figura 1 – Tabela periódica
Fonte: < http://www.tabelaperiodicacompleta.com/>
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
IONIZAÇÃO
Ao analisar a tabela periódica (Figura 2), é possível observar no canto superior esquerdo
um elemento de destaque, o Hidrogênio. Esse não metal é o elemento mais abundante no
universo, encontrado na natureza como um gás incolor, H2(g) ou formando moléculas com
diferentes átomos. Para tanto, o Hidrogênio em forma de íon (H+) apresenta grande poder de
interação com elétrons de moléculas polares como a água (H2O).
Figura 2 – Grupo 1A: destaque para o Hidrogênio
Fonte: <http://www.tabelaperiodicacompleta.com/>
Para entender o conceito de ionização, vamos analisar as propriedades químicas do elemento
em questão. Note que, na tabela periódica, o Hidrogênio possui configuração 1s1 e número
atômico 1, o que significa que possui apenas um elétron na eletrosfera e um próton no núcleo.
Os átomos, de forma geral, são constituídos de elétrons (carregados negativamente) dispostos
em um ou mais orbitais que formam a eletrosfera e por um núcleo formado por partículas
subatômicas: prótons (carregados positivamente) e nêutrons (de carga neutra, formados por
partículas menores, os quarks). No caso do Hidrogênio, o núcleo possui apenas uma partícula
subatômica, um próton.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
21
Em um átomo, o núcleo não se torna carregado por processos químicos ordinários, mas os
átomos podem facilmente ganhar ou perder elétrons. Dessa forma, durante o processo de
ionização, o átomo não sofre alterações no núcleo, mas o que se altera é o número de elétrons.
Se um elétron é adicionado a eletrosfera do átomo, forma-se um íon carregado negativamente
(1-) chamado ânion. Se um elétron é removido, forma-se um íon carregado positivamente (1+)
chamado cátion. Por possuir apenas um elétron, o átomo de hidrogênio, ao perdê-lo, tornase o íon denominado próton: H+. Este é o isótopo (ver Quadro 2) mais comum do hidrogênio,
constitui 99,9844% do hidrogênio natural.
Dois outros isótopos são conhecidos: o 1H2, cujo núcleo contém um próton e um nêutron, e
H3, chamado de trítio, cujo núcleo contém um próton e dois nêutrons. O isótopo 1H2, também
1
chamado de deutério, constitui 0,0156% do hidrogênio natural. Em geral, representa-se o
deutério com o símbolo D nas fórmulas químicas, como em D2O (óxido de deutério), conhecido
como “água pesada”.
Pelo fato de um átomo de deutério possuir número de massa aproximadamente duas vezes
maior que um próton, as propriedades das substâncias com deutério variam em relação
àquelas constituídas por próton. Os pontos de fusão e ebulição do D2O, por exemplo, são
3,81°C e 101,2°C respectivamente, enquanto para H2O são 0,00°C e 100,00°C.
22
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
Quadro 2 – Isótopos, isóbaros e isótonos
• ISÓTOPOS:
São átomos que apresentam o mesmo número atômico* e diferentes
números de massas**.
H1
1
H2
H3
1
1
• ISÓBAROS:
São átomos que apresentam diferentes números atômicos e mesmo
número de massa.
K40
19
20
Ca40
• ISÓTONOS:
São átomos que apresentam diferentes números atômicos,
diferentes números de massa e mesmo número de nêutrons.
Cl37
17
20
Ca40
*NÚMERO ATÔMICO = número total de prótons.
**NÚMERO DE MASSA = número total de prótons mais nêutrons
em um átomo.
Fonte: Brown (2005)
O terceiro isótopo 1H3, também chamado de trítio, é formado continuamente na atmosfera mais
alta nas reações nucleares induzidas pelos raios cósmicos. Entretanto, por causa de sua meia-vida (ver Quadro 3) curta, apenas pequenas quantidades existem naturalmente.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
23
Quadro 3 – Tempo de meia-vida
MEIA-VIDA:
O decaimento radioativo é um processo cinético de primeira ordem, ou seja, tem meia-vida característica, que é o tempo necessário para metade de certa quantidade de uma
substância reagir.
O trítio é radioativo, com meia-vida de 12,3 anos. Assim, se começarmos com 10,0g de
trítio, apenas 5,0g desse isótopo permaneceriam após 12,3 anos.
Fonte: Brown (2005)
Os íons hidrogênio merecem destaque especial, pois são altamente reativos. Quando presentes
em altas concentrações em um ambiente aquático podem afetar de forma significativa a
atividade biológica.
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
LIGAÇÕES QUÍMICAS
Quando átomos ou íons estão muito ligados a outros, dizemos que existe uma ligação química
24
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
entre eles. Existem três tipos gerais de ligações químicas: iônica, covalente e metálica.
A ligação iônica é a força eletrostática que existe entre íons de cargas de sinais contrários.
Esse tipo de ligação ocorre entre metais e não metais. A transferência de elétrons para formar
íons de cargas opostas ocorre quando os átomos envolvidos diferem em suas atrações por
elétrons. O cloreto de sódio (NaCl), por exemplo, é um composto iônico comum, pois consiste
em um metal de baixa energia de ionização e um não metal com alta eletroafinidade (ver
Quadro 4).
Quadro 4 – Propriedades periódicas
• Energia de Ionização:
É a energia necessária para remover o elétron mais periférico de um átomo isolado.
• Eletroafinidade:
É a energia mínima necessária para arrancar um elétron
de um ânion no estado gasoso, gerando assim um átomo
neutro.
• Eletronegatividade:
É a tendência que um átomo tem de atrair elétrons em
uma ligação química.
• Eletropositividade:
É a tendência que um átomo tem de perder elétrons em
uma ligação química.
Fonte: Brown (2005)
A ligação covalente resulta do compartilhamento de elétrons entre dois átomos. Normalmente
ocorre entre elementos não metais. O exemplo mais simples de ligação covalente é a que
acontece na molécula de H2. Quando dois átomos de hidrogênio estão próximos um do outro,
ocorrem interações eletrostáticas entre eles. Os dois núcleos carregados positivamente
repelem-se mutuamente, assim como os dois elétrons carregados negativamente, enquanto o
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
25
núcleo e os elétrons atraem um ao outro (Figura 3).
Elétron
Atração
Repulsão
Núcleo
Figura 3 – Atrações e repulsões entre elétrons e núcleo da molécula de hidrogênio
Fonte: Brown (2005)
A ligação metálica ocorre em metais como cobre, ferro e alumínio. Nesses metais, cada
átomo está ligado a vários átomos vizinhos. Os elétrons vizinhos estão relativamente livres
para mover-se pela estrutura tridimensional do metal. São essas ligações que conferem aos
metais as propriedades metálicas, tais como altas condutividades elétricas e brilho.
Distribuição eletrônica
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
26
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
A distribuição eletrônica descreve a forma como os elétrons estão distribuídos em um átomo,
fornecendo o número de elétrons em cada nível ou subnível. Os subníveis são preenchidos
em ordem crescente de energia, sendo que um subnível só começa a ser preenchido quando
outro estiver completo. Em um átomo neutro, a distribuição só é possível se soubermos qual
seu número atômico, uma vez que em um átomo neutro o número de prótons é igual ao
número de elétrons. A Tabela 1 descreve o número máximo de elétrons existentes em cada
nível de energia e os respectivos subníveis.
Tabela 1 – Distribuição dos elétrons em cada nível e subnível.
Nível
Camada
Número máximo de
elétrons
1º
K
2
1s²
2º
L
8
2s²
2p 6
3º
M
18
3s²
3p 6
3d10
4º
N
32
4s²
4p6
4d10
4f 14
5º
O
32
5s² 5p6
10
5f14
6º
P
18
6s²
7º
Q
8
Subníveis
7s²
5d
6p6
6d10
7p 6
Fonte: baseado em Brown (2005)
A ordem enérgica dos subníveis de energia não é igual à ordem geométrica. Isso porque
subníveis de níveis superiores possuem energia total menor que subníveis inferiores. Dessa
forma, a distribuição eletrônica de um átomo de Iodo (Z= 53) acontece na seguinte ordem de
subníveis (seguindo a sequência das setas pontilhadas apresentadas na Tabela 1):
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27
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p4
ordem crescente de energia
Massa atômica
Os átomos possuem massas extremamente pequenas. A massa do átomo mais pesado,
por exemplo, é da ordem de 4x10 -22g. Usa-se a unidade de massa atômica (u) para expressar essa massa, uma vez que seria inconveniente expressar valores tão pequenos em
gramas. Uma unidade de massa atômica (u) definida a partir de um átomo padrão é igual
a 1,66054x10 -24g. Em 1961, a International Union of Pure and Ampplied Chemistry (IUPAC)
oficializou como átomo padrão o isótopo 12C de carbono com número de massa 12 (6 prótons
+ 6 nêutrons em seu núcleo). Dessa forma, a massa atômica é definida como a soma do total
de prótons (1,0073 u cada), nêutrons (1,0087 u cada) e elétrons (5,486x10 -4 u cada) contidos
em um átomo.
A maioria dos elementos é encontrada na natureza como mistura de isótopos. Podemos
determinar a massa média de um elemento usando as massas de seus vários isótopos e
suas abundâncias relativas. O carbono encontrado na natureza, por exemplo, é composto
de 98,93% de C12 e 1,07% de C13. Considerando que as massas desses nuclídeos são
respectivamente 12 u e 13,00335 u, calculamos a massa atômica média do carbono a partir da
abundância fracionada de cada isótopo e a massa daquele isótopo:
(0,9893)(12 u) + (0,0107)(13,00335 u) = 12,01 u
Nomenclatura de compostos inorgânicos
A nomenclatura de compostos é dividida em compostos orgânicos (aqueles que contêm C) e
compostos inorgânicos (os demais elementos da tabela periódica). Neste tópico abordaremos
os compostos inorgânicos. Em compostos iônicos, normalmente estão ligados entre si metais
e não metais. Os metais formam os íons positivos, e os não metais, os negativos.
Os cátions formados a partir de um metal têm o mesmo nome do metal, por exemplo: Na+ = íon
de sódio. Se o metal puder formar mais de um cátion, a carga é indicada entre parênteses após
o nome do metal como, por exemplo: Cu+ = cobre(I); Cu2+ = cobre(II). Os cátions formados de
não metais têm a terminação –io, por exemplo: NH4+ íon amônio.
28
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Os ânions monoatômicos (com apenas um átomo) são chamados -eto. Exemplo: Cl- é o íon
cloreto. Exceções: hidróxido (OH-), cianeto (CN-), peróxido (O22-). Os ânions poliatômicos
(com muitos átomos) que contêm oxigênio têm a terminação -ato ou -ito. (Aquele com mais
oxigênio é chamado -ato), por exemplo: NO3- é o nitrato, NO2- é o nitrito. Os ânions poliatômicos
contendo oxigênio com mais de dois membros na série são denominados como se segue (em
ordem decrescente de oxigênio): per-….-ato, -ato, -ito, hipo-….-ito. Os ânions poliatômicos que
contêm oxigênio com hidrogênios adicionais recebem o nome adicionando-se hidrogeno ou
bi- (um H), dihidrogeno (dois H) etc., ao nome, como se segue: CO32- é o ânion carbonato,
HCO31- é o ânion hidrogenocarbonato (ou bicarbonato), H2PO41- é o ânion dihidrogenofosfato.
Os nomes dos ácidos estão relacionados com os nomes dos ânions que ao receber H+ tornamse compostos ácidos (Figura 4): -eto transforma-se em ácido….-ídrico; -ato transforma-se em
ácido.....-ico; -ito transforma-se em ácido.....-oso.
Ânion
eto
(cloreto,Cl )
ato
(cloreto, ClO3 )
(perclorato, ClO4 )
ito
(clorito, ClO2 )
(hipoclorito, ClO )
adiciona
H
íons
adiciona
H
íons
adiciona
H
íons
Ácido
Ácido
ídrico
(ácido clorídrico, HCl)
Ácido
ico
(ácido clórico, HClO3)
(ácido perclórico, HClO4)
Ácido
oso
(ácido cloroso, HClO2)
(ácido hipocloroso, HClO)
Figura 4 – Nomenclatura de ácidos
Fonte: Brown (2005)
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29
PROCESSOS ENDOTÉRMICOS E EXOTÉRMICOS
São chamados de processos endotérmicos aqueles que ocorrem com absorção de calor pelo
sistema. Durante esse processo como, por exemplo, a fusão do gelo, o calor flui da vizinhança
para dentro do sistema. Se uma pessoa, como parte da vizinhança, tocar o recipiente no qual
o gelo está derretendo, ele nos passa a sensação de frio porque o calor passou das mãos da
pessoa para o recipiente.
O processo em que o sistema emite calor é chamado exotérmico. Durante esse processo,
como, por exemplo, a combustão de gasolina, o calor flui para fora do sistema em direção
a sua vizinhança. Se uma pessoa toca o motor de um carro que acabara de ser usado por
algum tempo, ele passará a sensação de calor porque o calor passou do motor para as mãos
da pessoa.
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
ÁCIDOS E BASES
Na ano de 1880, o químico sueco Svante Arrhenius (1859-1927) propôs que a concentração
dos íons H+ em uma solução é chamada de acidez (ver Quadro 5). Sendo que, quanto maior
for essa concentração, mais ácida será a solução. No caminho inverso, temos o conceito de
solução básica (ver Quadro 6) ou alcalina definido pela alta concentração de íons OH-.
30
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Quadro 5 – Propriedades dos ácidos
• Possuem sabor azedo (como o vinagre e frutas cítricas);
• Conduzem corrente elétrica em solução aquosa;
• A maior parte é solúvel em água.
Fonte: Brown (2005).
Quadro 6 – Propriedade das bases
• Sabor cáustico ou adstringente (leite de magnésia);
• Hidróxidos alcalinos e alcalino-terrosos possuem estrutura iônica, os
demais apresentam estrutura molecular;
• Conduzem a corrente elétrica em solução aquosa e, conduzem a
corrente elétrica quando fundidos;
• A maior parte é insolúvel em água (apenas os hidróxidos alcalinos e
o NH4OH são solúveis.
Fonte: Brown (2005).
Em 1923, o químico dinamarquês Johannes Bronsted (1879-1947) e o químico inglês Thomas
Lowry (1874-1936) propuseram uma definição mais geral para ácidos e bases. O conceito
deles é baseado no fato de que as reações ácido-base envolvem a transferência de íons
H+ de uma substância para outra. Ao examinarmos a reação que ocorre quando HCl (ácido
clorídrico) se dissolve em água, é possível observar que a molécula de HCl transfere um íon
H+ para uma molécula de água
HCl(g)
+
H2O(l) → H3O+(aq) + Cl-(aq)
Figura 05 − Dissolução do ácido clorídrico em água
Fonte: Brown (2005)
Como já vimos, o hidrogênio é um átomo que possui em seu núcleo apenas um próton e, em
sua eletrosfera, apenas um elétron. Assim, ao tornar-se o íon H+, passa a ser simplesmente um
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próton sem nenhum elétron de valência em sua vizinhança. Essa pequena partícula carregada
positivamente interage com os pares de elétrons ligantes de água para formar os íons H3O+(aq).
A partir dessa conclusão, Bronsted e Lowry propuseram definir ácidos e bases em termos de
suas habilidades de transferir prótons. De acordo a definição deles, “um ácido é uma substância
(molécula ou íon) que pode doar um próton para outra substância”. Então “uma base é uma
substância que pode receber um próton”. A amônia (NH3), por exemplo, é definida como base
porque em solução aquosa recebe um próton da H2O. Segundo Arrhenius, a amônia é uma
base porque adicionando-a à água há um aumento da concentração de OH-(aq):
NH3(aq)
+
H2O(l) ↔ NH4+(aq)
+ OH-(aq)
Figura 06 – Adição de amônia em água
Fonte: Brown (2005)
Escala de pH (potencial Hidrogeniônico)
Geralmente a concentração molar de H+ em uma solução aquosa é muito pequena, então usa-se o cologaritmo na base 10 de [H+]1, o pH.
Na água pura, em um dado momento, uma pequena fração de uma molécula de H2O é
dissociada em seus íons hidrogênio (H+) e hidróxido (OH-). O pH da água pura, definido como
pH neutro, é 7, o que significa que a concentração de íons de hidrogênio é 10 -7 (0,0000001)
moles por litro (mol/L-1). Por outro lado, ácidos como o HCl se dissociam quase completamente
em solução aquosa, produzindo valores de pH que se aproximam de 0, ou seja, 1 mole de H+
por litro.
Segundo Ricklefs (2003), a maioria das águas naturais contém ácidos fracos, tais como o ácido
carbônico (H2CO3) e vários ácidos orgânicos, e tendem a possuir valores de pH próximo ao
neutro. Algumas águas naturais são de algum modo básicas, ou alcalinas (pH > 7), possuindo
um excesso de OH- em relação ao H+, como a água do mar com pH entre 8 e 9. A variação
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normal de pH nas águas naturais está entre 6 e 9, como é mostrado na Figura 7.
Figura 7 – Escala de pH para águas naturais
Fonte: Environment Canada (<http://www.ns.ec.gc.ca>)
Para calcular o pH de uma solução neutra a 25°C (na qual [H+] = 1,0 x 10 -7 mol/L), por exemplo,
usamos a seguinte equação:
pH = -log [H+]
Assim, temos:
pH = -log (1,0 x 10 -7) = -(-7,00) = 7,00
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33
Uma solução ácida é aquela a qual [H+] > 1,0 x 10 -7 mol/L. Em função do sinal negativo da
equação apresentada anteriormente, o pH diminui à medida que a [H+] aumenta. Portanto, o
pH de uma solução ácida na qual [H+] = 1,0 x 10 -3 mol/L é:
pH = -log (1,0 x 10 -3) = -(-3,00) = 3,00
Uma solução básica é aquela na qual [OH-] > 1,0 x 10 -7 mol/L. Portanto, para calcular o pH
de uma solução básica na qual [OH-] = 2,0 x 10 -3 mol/L, primeiramente usamos a seguinte
equação para calcular [H+] para essa solução (em que KW = 1,0 x 10 -7):
K
[H ] = [OH
]
+
w
−
Assim, temos:
[ H ] = 12,,00××1010
+
−7
−3
= 5,0 ×10 −12 mol/L
A partir do resultado obtido, calculamos o pH da solução:
pH = -log (5,0 x 10 -12) = 11,30
SOLUÇÕES-TAMPÃO
Soluções que contêm um par ácido-base conjugado fraco, podem resistir drasticamente
às variações de pH com a adição de pequenas quantidades de ácido ou base forte. Elas
são chamadas de soluções-tampão. Muito do comportamento químico da água do mar
é determinado por seu pH, tamponado a aproximadamente 8,1 a 8,3 nas proximidades da
superfície.
34
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Um tampão resiste às variações no pH porque ele contém tanto espécies ácidas para
neutralizar os íons OH- quanto espécies básicas para neutralizar os íons H+. Entretanto, as
espécies ácidas e básicas que constituem o tampão não devem consumir umas as outras pela
reação de neutralização.
A CONCENTRAÇÃO DE H+ E OS SISTEMAS BIOLÓGICOS
Em sistemas biológicos, muitas reações envolvem transferência de prótons e têm velocidades
que dependem da [H+]. Como as velocidades dessas reações são cruciais, o pH dos fluidos
biológicos deve ser mantido dentro de limites estreitos. Por exemplo, o sangue humano tem
pH normal na faixa de 7,35 a 7,45. Variações além dessa estreita faixa trazem consequências
negativas para os processos biológicos, uma vez que afetaria a atividade da maioria das
enzimas (ver Quadro 7) em nosso organismo.
Quadro 7 – Enzimas
Enzimas são moléculas grandes de proteínas com massa variando entre 10 mil e 1
milhão de u. Essas moléculas são catalisadoras de reações químicas nos seres vivos,
ou seja, altera a velocidade das reações sem que elas mesmas sofram variações
químicas permanentes no processo.
A reação é catalisada em posição muito específica da enzima chamada sítio ativo.
A atividade de uma enzima é interrompida se alguma molécula é capaz de ligar-se
fortemente ao sítio ativo e bloquear a entrada das moléculas das soluções a serem
catalisadas, bem como quando variações no pH alteram a distribuição espacial da
enzima. Nos dois casos, ocorrem alterações no sítio ativo da enzima.
Fonte: Ricklefs (2003)
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35
As enzimas que estão presentes em nosso cérebro são sensíveis tanto ao pH, como já estudado,
quanto a temperaturas, devido a isso a febre pode ser prejudicial assim como fatal quando a temperatura atingir e/ou ultrapassar os 42º C.
Por causa da sua alta reatividade, os íons hidrogênio dissolvem os minerais das rochas e solos
como, por exemplo, o carbonato de cálcio (CaCO3) que compõe as rochas calcárias:
H+(aq) + CaCO3(s)→ Ca2+(aq) + HCO3-(aq)
A reação química acima mostra que houve a remoção de H+ do meio e desse modo aumenta
o seu pH. Já as águas que contêm uma concentração alta de Ca2+, assim como Mg2+ e outros
cátions, são chamadas de “água dura” e possuem pH relativamente alcalino. Apesar de a
presença desses íons não ser um risco para saúde, eles podem tornar a água imprópria para
alguns tipos de uso doméstico e industrial. Quando a água, contendo íons cálcio (Ca2+) e
íons bicarbonato (HCO3-), for aquecida, parte do dióxido de carbono (CO2) é expelida. Como
resultado, a solução torna-se menos ácida e forma-se carbonato de cálcio (CaCO3) insolúvel:
Ca2+(aq) + HCO3-(aq)→CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l)
O CaCO3 sólido reveste a superfície de sistemas de água quente reduzindo a eficiência na
transferência de calor e o fluxo de água. Os íons cálcio são importantes para os processos
biológicos e sua presença em altas concentrações é vital para organismos que formam
conchas de carbonato de cálcio, como caracóis e ostras.
36
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OS ÍONS HIDROGÊNIO E OS METAIS PESADOS
Como se pode constatar, os íons hidrogênio são essenciais para tornar determinados nutrientes
disponíveis. No entanto, esta mesma propriedade também ajuda a dissolver metais pesados
altamente tóxicos, tais como arsênico (As), cádmio (Cd) e mercúrio (Hg), chumbo (Pb), que são
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
prejudiciais à vida.
Esses metais nas suas formas de elementos livres condensados não são particularmente
tóxicos. Porém, os quatro são perigosos nas suas formas catiônicas (M2+, onde M é As, Cd, Hg
ou Pb) e também quando ligados a cadeias curtas de átomos de carbono (C). Sua toxicidade
deriva da forte afinidade de M+ pelo enxofre (S), portanto, pelo fato de a ligação metal-enxofre
acontecer de maneira fácil, a ingestão destes metais pesados afeta os grupos sulfidrila (SH) que
se localizam comumente nas enzimas que controlam a velocidade das reações metabólicas,
influenciando a saúde do organismo que é afetado de maneira desfavorável e às vezes fatal.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta unidade, foi apresentada a estrutura atômica e que todos os elementos da tabela
periódica, representados por símbolos, são átomos com número de elétrons, nêutrons e
prótons diferentes.
Foi possível observar que de acordo com as características dos átomos eles são organizados
de maneira sistemática na tabela periódica. A partir do entendimento das diferenças entre
elementos químicos e compostos químicos foi demonstrado a formação de íons (ionização)
utilizando para este processo o conceito de distribuição eletrônica. Em seguida, com a
formação dos íons foram demonstrados os tipos de ligações químicas (metálica, iônica e
covalente) levando em consideração os elementos químicos e seus íons. Também conheceu
as classes de compostos inorgânicos (ácido, base, sal e óxido), com exemplos de aplicação e
formação no meio ambiente, e compreendeu as propriedades das substâncias químicas.
Para finalizar a unidade, foi apresentado o conceito de pH e suas aplicações em conjunto com
uma breve demonstração das relações entre os íons de hidrogênio e os sistemas biológicos e
os metais pesados.
ATIVIDADE DE AUTOESTUDO
01 (UEPG) – Sobre o modelo de Rutherford, assinale o que for correto.
01) O átomo não é maciço, apresentando predominantemente espaços vazios.
02) Rutherford supôs que o átomo era uma esfera uniforme de matéria carregada positivamente, dentro da qual circulavam milhares de elétrons.
04) Nas experiências realizadas por Rutherford foi observado que a maior parte das partículas alfa, de cargas positivas, ao incidirem sobre uma folha de ouro não eram desviadas,
o que indicou que os elétrons ocupavam espaço externo ao núcleo atômico.
08) A maior parte da massa do átomo se encontra em uma pequena região central chamada núcleo.
16) Rutherford concluiu que a carga do núcleo era composta por nêutrons, partículas de
massa muito maior que o elétron e de carga igual em grandeza a de um elétron.
38
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02 (UEM) – Assinale o que for correto.
01) De acordo com Thomson, os átomos eram semelhantes a bolas de bilhar. Mais tarde,
também na tentativa de elucidar o átomo, Rutherford descobriu a radioatividade.
02) Um elétron identificado com os números quânticos principal e magnético iguais a 4 e
-1, respectivamente, pode ser um dos elétrons de valência do cálcio.
04) Quando dois orbitais atômicos p se aproximam paralelamente, tem-se a formação de
uma ligação π (pi) ou de um orbital molecular do tipo π (pi).
08) O sódio possui maior caráter metálico do que o césio.
16) A hibridização na molécula de BF3 é do tipo sp2 e sua geometria é trigonal plana.
03 Considerando os dois elementos químicos, listados a seguir, assinale o que for
correto.
I – 11Na23
II – 17Cl35
01) A espécie química representada como Cl– possuirá 18 elétrons.
02) Se o elemento I perder um elétron, ele passará a apresentar número de massa igual
a 22.
04) O elemento I apresenta número atômico igual a 11.
08) O elemento II possui 18 nêutrons.
04 (UEPG) – O CO2 presente na atmosfera é responsável pela chuva ácida em um
ambiente não poluído. Entretanto, óxidos de enxofre, como o SO2 e o SO3, e óxidos
de nitrogênio, tais como o NO2, agravam esse fenômeno tornando a chuva mais
ácida. Nesse contexto, assinale o que for correto.
01) São óxidos ácidos de não metais que não apresentam átomos de hidrogênio em suas
estruturas, mas que reagem com a H2O para produzir íons H+.
02) O CO2 se dissolve pouco em água formando um ácido fraco, H2CO3, que se ioniza em
pequena extensão para formar o íon H+ e íons bicarbonato, HCO3.
04) São necessários 2 mols de dióxido de nitrogênio para que ocorra a reação com a H2O,
formando o ácido nítrico e o ácido nitroso.
08) O óxido gasoso SO2 se combina com o O2 do ar formando o trióxido de enxofre. Esse
por sua vez resulta no ácido sulfúrico ao se misturar com a H2O.
16) A ordem crescente do grau de acidez dos ácidos obtidos a partir dos óxidos ácidos é
a seguinte: H2CO3, H2SO3 e H2SO4.
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05(UEPG)–Emcondiçõesnormais,opHdosanguesitua-seentre7,3e7,5.Contribuindoparaamanutençãodessevaloroequilíbriodogáscarbônico,emmeio
aquoso, dado pela equação:
CO2(g) + H2O(l)→H+(aq) + HCO3-(aq)
Combasenessasinformações,assinaleoqueforcorreto.
01) No equilíbrio a concentração molar de íons H+ está próxima de 10– 7.
02) O pH do sangue não se torna alcalino pelo deslocamento desse equilíbrio.
04) A aceleração da respiração, com grande remoção do CO2, desloca o equilíbrio para
a direita.
08) A dificuldade em respirar pode tornar o pH do sangue mais alcalino, pelo acúmulo de
CO2.
16) No equilíbrio o sangue é um líquido próximo da neutralidade.
gabarito:
01- 01 + 04 + 08 = 13
02- 02 + 16 = 18
03- 01 + 04 + 08 = 13
04- 01 + 02 + 04 + 08 + 16 = 31
05- 01 + 16 = 17
Saiba mais sobre química geral. Este material fornece a possibilidade de uma revisão rápida dos
temas básicos da química inorgânica, tais como: modelos atômicos, tabela periódica, ligação química,
funções inorgânicas e reações químicas. Ideal para quem faz algum tempo que não tem contato com
a química e precisa complementar o estudo proporcionado pelo livro.
<http://www.gilvan.pro.br/Quimicageral1.pdf>.
Os itens apresentados a seguir trazem um resumo rápido e direto sobre as principais funções inorgânicas estudadas no livro, sendo recomendados para quem precisa de um texto sucinto e com informações gerais sobre essas funções inorgânicas e podem servir como uma fonte para uma consulta
rápida e direta sobre o tema:
40
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Ácidosebases:<http://www.fisica.net/quimica/resumo10.htm>e<http://www.fisica.net/quimica/resumo11.htm>.
Óxidos:<http://www.fisica.net/quimica/resumo13.htm>.
Sais:<http://www.fisica.net/quimica/resumo12.htm>.
Saiba mais sobre pH: por este link é possível obter um resumo interessante sobre pH, que pode contribuirparaumarevisãoeparaafixaçãodoconteúdoabordadonolivro.
<http://educar.sc.usp.br/quimapoio/ph.html>.
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41
UNIDADE II
QUÍMICA ORGÂNICA
Professor Me. Carlos Eduardo Santana Alves
Objetivos de Aprendizagem
• Compreender as estruturas das moléculas orgânicas.
• Compreender os hidrocarbonetos.
• Compreender os grupos funcionais da Química Orgânica.
Plano de Estudo
A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade:
• Estruturas das moléculas orgânicas
• Moléculas orgânicas e energia
• Grupos funcionais
• Hidrocarbonetos
INTRODUÇÃO
O carbono não é considerado um elemento abundante, constitui apenas 0,027% da crosta
terrestre. A maioria do carbono é encontrada na forma combinada, porém, parte se apresenta
na forma elementar como grafite, diamante ou fulerenos. Mais de 16 milhões de compostos
contendo carbono são conhecidos, cerca de metade ocorre em compostos carbonatos, como
CaCO3. O carbono é também encontrado no carvão, no petróleo e no gás natural.
A importância do elemento origina-se em grande parte de sua presença em todos os seres
vivos: a vida como conhecemos é baseada nos compostos de carbono. O estudo dos compostos
de carbono constitui um ramo separado da química, conhecido como química orgânica. Esse
termo originou-se das crenças do século XVIII de que os compostos orgânicos poderiam ser
formados apenas por seres vivos. Essa ideia foi desmentida em 1828 pelo químico alemão
Friedrich Wöhler quando sintetizou a ureia (H2NCONH2), uma substância orgânica encontrada
na urina dos mamíferos, por meio do aquecimento de cianato de amônio (NH4OCN), substância
inorgânica.
Os organismos são compostos por carboidratos, lipídios, proteínas e outras moléculas
biológicas. Estes compostos contêm energia na forma de ligações químicas, principalmente
entre átomos de carbono. A energia nessas ligações pode ser liberada para uso do organismo
por meio de reações que quebram as ligações.
ESTRUTURAS DAS MOLÉCULAS ORGÂNICAS
As moléculas orgânicas apresentam três tipos de hibridização no carbono central. Hibridização
é o processo de misturar e, por meio disso, variar os orbitais atômicos à proporção que os
átomos se aproximam um do outro para formar ligações. Entretanto, o número total de orbitais
atômicos em um átomo permanece constante, logo o número de orbitais híbridos em um
átomo é igual ao número de orbitais atômicos misturados. O carbono forma quatro ligações
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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em praticamente todos os compostos. Quando as quatro ligações são simples, os pares de
elétrons são dispostos em um arranjo tetraédrico. Na molécula de metano (CH4), por exemplo,
o carbono está ligado a quatro outros átomos e os orbitais 2s e 2p são hibridizados sp3 (Figura
8).
Figura 8 – Estrutura molecular com carbono hibridizado (sp3)
Fonte: Brown (2005)
Quando existe uma ligação dupla como, por exemplo, no formaldeído (CH2O) e o carbono está
ligado a três outros átomos, o arranjo é trigonal plano (hibridização sp2 - Figura 9).
Figura 09 – Estrutura molecular com carbono hibridizado (sp2)
Fonte: Brown (2005)
Com duas ligações duplas ou uma tripla, ele é linear (hibridização sp), como acontece na
acetonitrila (C2NH3) onde o carbono está ligado a dois átomos (Figura 10).
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
Figura 10 − Estrutura molecular com carbono hibridizado (sp)
Fonte: Brown (2005)
As ligações entre C–H ocorrem em quase toda molécula orgânica. Uma vez que o nível de
valência de H pode comportar apenas dois elétrons, o hidrogênio forma apenas uma ligação
covalente. O carbono forma ligações fortes com uma variedade de elementos, especialmente
com H, O, N, os halogêneos e a si próprio, formando uma variedade de moléculas com cadeias
ou anéis de átomos de carbono.
Hidrocarbonetos
Os compostos formados apenas por carbono e hidrogênio formam a classe mais simples de
compostos orgânicos, os hidrocarbonetos. Tanto nesses compostos quanto em muitas outras
substâncias orgânicas, a estrutura é resultado de ligações carbono-carbono estáveis. O carbono é o único elemento capaz de formar cadeias estendidas e estáveis de átomos unidos
por ligações simples, duplas e triplas. Dependendo dos tipos de ligações carbono-carbono, os
hidrocarbonetos podem ser divididos em quatro tipos: alcanos, alcenos, alcinos e hidrocarbonetos aromáticos.
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Alcanos
São hidrocarbonetos que contêm apenas ligações simples, chamados de hidrocarbonetos
saturados como o etano (C2H6):
Figura 11 − Exemplo de alcanos e sua estrutura molecular
Fonte: Brown (2005)
A Tabela 2 relaciona vários dos mais simples alcanos. Muitas dessas substâncias são
conhecidas porque são muito usadas. O metano é o principal componente do gás natural,
utilizado para aquecimento doméstico e em fogões a gás. O propano é o principal componente
do gás engarrafado (GLP) usado para aquecimento doméstico e também em fogões. O butano
é usado em isqueiros descartáveis. Alcanos que contêm de 5 a 12 átomos de carbono por
molécula são encontrados na gasolina.
Tabela 2 − Alcanos de cadeia linear
Fonte: Brown (2005)
O nome dos alcanos varia de acordo com o número de átomos de C presentes na cadeia.
Primeiramente é preciso identificar a cadeia mais longa e a utilizar como o nome do composto.
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
Em seguida, são numerados os átomos de carbono começando com a ponta mais próxima
ao substituinte. E, finalmente, é dado o nome e a posição de cada substituinte. Quando estão
presentes dois ou mais substituintes, estes são listados em ordem alfabética.
Alcenos
São chamados de hidrocarbonetos insaturados, ou seja, não possuem apenas ligações
simples, são moléculas que contêm dupla ligação (C=C) (Figura 12). Os alcenos recebem seus
nomes da mesma forma que os alcanos, com o sufixo –eno substituindo o –ano dos alcanos.
A posição da ligação dupla é indicada por um número.
Figura 12 – Exemplos de alcenos e suas estruturas moleculares
Fonte: Brown (2005)
Na Figura 12 estão representados à direita dois isômeros geométricos. Esses compostos
possuem a mesma fórmula molecular e os mesmos grupos ligados entre si, mas diferem
no arranjo espacial dos grupos. No isômero cis, os dois grupos metil estão no mesmo lado
da ligação dupla, enquanto no isômero trans eles estão em lados opostos. São possíveis
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49
isômeros geométricos, uma vez que não há rotação em torno de uma ligação dupla. Esses
compostos possuem propriedades físicas distintas e, geralmente, diferem significativamente
no comportamento químico.
Alcinos
Também são hidrocarbonetos insaturados. São moléculas que contêm uma ou mais triplas
ligações (C ≡ C) (Figura 13). Os alcinos recebem seus nomes da mesma forma que os alcenos,
com o sufixo –ino substituindo o –eno dos alcenos.
Figura 13 – Exemplo de alcino e sua estrutura molecular
Fonte: Brown (2005)
Hidrocarbonetos aromáticos
Os hidrocarbonetos aromáticos são membros de uma classe grande e importante de
hidrocarbonetos (Figura 14). O membro mais simples dessa série é o benzeno (C6H6).
Sua estrutura plana e altamente simétrica, com seus ângulos de 120°, sugere alto grau
de insaturação, porém, o comportamento químico do benzeno é diferente dos outros
hidrocarbonetos insaturados. O benzeno e outros hidrocarbonetos aromáticos são muito mais
estáveis que os alcenos e alcinos. A seguir, estão representados algumas estruturas e nomes
de compostos aromáticos:
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Figura 14 – Exemplos de hidrocarbonetos aromáticos e suas estruturas moleculares
Fonte: Brown (2005)
Grupos funcionais
Para tornar molécula orgânica reativa, adiciona-se grupos funcionas (Tabela 3). Os grupos
funcionais controlam como uma molécula funciona, os mais complexos contêm outros
elementos diferentes de C ou H (heteroátomos). Moléculas contendo grupos funcionais podem
tanto ser saturadas (álcoois, éteres, aminas etc.) como insaturadas (ácidos carboxílicos,
ésteres, amidas etc.). Normalmente, usamos R para representar grupos alquila.
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Tabela 3 – Grupos funcionais comuns em compostos orgânicos
Fonte: Brown (2005)
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MOLÉCULAS ORGÂNICAS E ENERGIA
Nos sistemas biológicos, uma das mais comuns reações em que ocorre quebra de ligações
é a oxidação das formas orgânicas do carbono. Os carboidratos (Cx(H2O)y) são oxidados
durante a respiração na presença de O2 liberam e CO2. Assim, a oxidação reduz o potencial de
energia química do átomo de carbono, e a energia liberada pode ser utilizada para outra ação
bioquímica como a construção de membranas celulares. O oposto da oxidação é a redução.
O dióxido de carbono é reduzido na presença de H2O na fotossíntese e forma carboidratos.
A redução do carbono aumenta o potencial de energia do átomo e permite que ele reaja com
outros átomos de carbono ou de nitrogênio para formar moléculas orgânicas.
Os vários tipos de grupos funcionais abordados aqui geram vasta matriz de moléculas com
reatividades químicas muito específicas. A síntese de grandes moléculas é um aspecto notável
da bioquímica, que coloca grandes demandas aos sistemas químicos nos organismos vivos.
Os organismos constroem biomoléculas a partir de substâncias menores e mais simples
disponíveis na biosfera. A síntese dessas moléculas requer energia porque a maioria das
reações é endotérmica. A fonte fundamental dessa energia é o Sol. Os mamíferos e outros
animais praticamente não têm capacidade para usar a energia solar diretamente, em vez disso,
dependem da fotossíntese vegetal para suprir grande parte das necessidades energéticas.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta unidade, foram apresentados os compostos que apresentam o átomo de carbono como
átomo essencial que são conhecidos como compostos orgânicos. Esses compostos são
divididos em compostos alifáticos e cíclicos e compreendem um grande número de famílias
como, por exemplo, os hidrocarbonetos.
Dentro desse grupo, foi dada uma atenção especial aos hidrocarbonetos, que são compostos
formados apenas por carbono e hidrogênio e formam a base do petróleo. Dependendo dos
tipos de ligações carbono-carbono, os hidrocarbonetos podem ser divididos em quatro tipos:
alcanos, alcenos, alcinos e hidrocarbonetos aromáticos, sendo discutido detalhadamente cada
um destes grupos.
A propriedade desses compostos serem insolúveis em água, devido ao fato de que estas
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substâncias químicas orgânicas abordadas em sua maioria são apolares, ocasionam grandes
problemas ambientais quando lançados no meio ambiente, sendo perigosos para a saúde e
para o meio ambiente. Uma das classes que merece destaque são os organohalogenados, por
serem persistentes no meio ambiente e extremamente tóxicos ao homem e animais.
ATIVIDADE DE AUTOESTUDO
01 (UEPG) – O acetileno (etino) é um composto muito versátil, com numerosas
aplicações, entre as quais destaca-se como matéria-prima para a obtenção de numerosos produtos. Considere as equações químicas não balanceadas abaixo e
assinale o que for correto.
01) Tanto o composto formado na reação (III) como em (IV) podem polimerizar-se em
condições adequadas.
02) A oxidação do produto da reação (I) forma o metanol.
04) A reação (II) é exotérmica e visa à obtenção de chamas de elevadas temperaturas.
08) O reagente acetileno pode ser obtido a partir da desidratação intramolecular do etanol.
16) Utilizando-se excesso de HCl na reação (IV) ocorre a formação do composto
H3CCHCl2.
02 (UEM) – Assinale o que for correto.
01) Carbono, hidrogênio e oxigênio são os principais constituintes dos compostos inorgânicos.
02) A hibridização é um modelo utilizado para explicar a quantidade de ligações formadas
somente para o átomo de carbono.
04) No estado fundamental, o átomo de carbono possui dois elétrons desemparelhados
nos orbitais p.
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08) Na molécula do ácido cianídrico, o carbono efetua duas ligações sigma e duas ligações pi.
16) O átomo de carbono pode formar compostos moleculares e iônicos.
03 (UEPG) – O metano, composto majoritário do gás natural, queima com chama
clara e pouca emissão de fumaça através da reação abaixo. Sobre esse processo
e os compostos nele envolvidos, assinale o que for correto.
CH4 + 2O2 → CO2↑ + 2 H2O
01) É uma reação de combustão parcial envolvendo transferência de elétrons.
02) O reagente metano é um composto onde as ligações intermoleculares são do tipo
ligações (pontes) de hidrogênio.
04) Os reagentes e os produtos são compostos covalentes.
08) Cada molécula reagente de O2 apresenta uma ligação sigma e uma ligação pi.
16) O gás carbônico formado é um composto molecular resultante do compartilhamento
de elétrons.
04 (UEPG) – O ácido pantotênico ou vitamina B5 apresenta diversas funções biológicas no organismo humano. Analise a estrutura química do composto representada abaixo e assinale o que for correto.
01) O composto é um aminoácido.
02) O composto apresenta a função amida.
04) O composto apresenta a função éster.
08) O composto apresenta a função cetona.
16) O composto apresenta as funções álcool primário e secundário.
Gabarito:
01- 01 + 04 + 16 = 21
02- 04 + 08 + 16 = 28
03- 04 + 08 + 16 = 28
04- 02 + 16 = 18
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UNIDADE III
QUÍMICA DA POLUIÇÃO HÍDRICA
Professor Me. Carlos Eduardo Santana Alves
Objetivos de Aprendizagem
• Compreender os malefícios da poluição hídrica.
• Compreender as classificações dos tipos de poluição hídrica.
• Conhecer as classificações dos poluidores.
Plano de Estudo
A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade:
• Principais Formas de Poluição
• Classificação dos Resíduos Industriais
• Principais Poluentes Aquáticos
• Classificação de Esgoto Doméstico
• Conteúdo Orgânico
• Eutrofização
INTRODUÇÃO
A água cobre 70% da superfície da Terra, sendo uma das substâncias mais comuns
existentes na natureza e pode ser encontrada em diversas formas. Na sua maior parte se
encontra no estado líquido e é considerada como um recurso natural renovável devido ao
ciclo hidrológico existente na Terra. Além disso, é indispensável para a sobrevivência de todos
os organismos vivos, sendo fundamental que tenha condições físicas e químicas adequadas
para sua utilização, ou seja, que contenha substâncias essenciais à vida e seja isenta de
outras substâncias que possam ter efeitos maléficos aos organismos que dela fizerem uso.
Dessa forma, a quantidade de água em uma determinada região e sua qualidade influencia
significativamente o conjunto de seres vivos dessa região.
A água pode ser caracterizada pela quantidade e pela sua qualidade, estando estas duas
características intimamente relacionadas, pois a qualidade da água depende da quantidade de
água disponível para dissolver, diluir e transportar as substâncias benéficas e maléficas para
os seres que fazem uso dela.
A água é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio que se caracteriza por ser
incolor, inodora e insípida. Ela pode ser encontrada, dependendo das condições de pressão e
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
temperatura, nos estados sólido, líquido e gasoso.
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A densidade da água varia com a temperatura, a concentração de substâncias dissolvidas e a
pressão, variando relativamente pouco em relação a estes fatores do ponto de vista numérico,
mas do ponto de vista ambiental, vários fenômenos importantes ocorrem a partir dessas
variações. A água no estado sólido (gelo) é menos densa que no estado líquido, fazendo com
que o gelo flutue permitindo que a superfície dos corpos d’água congele e a parte inferior fique
no estado líquido mantendo a vida aquática.
Graças ao seu alto calor específico, a água possui a característica de liberar ou absorver
grandes quantidades de calor em função de pequenas variações de temperatura do ambiente,
tornando-se um importante recurso para controle de temperatura de regiões do planeta, o que
pode ser observado facilmente em regiões desérticas onde as variações diárias de temperatura
são bem grandes. Por outro lado, essa característica faz com que as variações de temperatura
no meio aquático sejam amenas, tornando a vida aquática menos adaptada para sobreviver
a grandes variações de temperatura e mais suscetíveis a danos ambientais na ocorrência de
despejo de efluentes aquecidos nos meios aquáticos.
A poluição da água pode ser definida como a alteração das características estéticas, fisiológicas
ou ecológicas da água por quaisquer ações ou interferências naturais ou provocadas pelo
homem (Figura 15). A poluição da água ou os efeitos dos poluentes introduzidos em um
ambiente aquático dependem da natureza do poluente, do caminho que este poluente percorre
no meio e para que este meio aquático é utilizado.
Como os termos poluição e contaminação são muitas vezes utilizados como sinônimos,
precisamos distingui-los, pois contaminação refere-se à transmissão de substâncias ou
microrganismos nocivos à saúde pela água. Portanto, a contaminação da água não significa
que há um desequilíbrio ecológico no meio aquático ou, de maneira análoga, um meio aquático
poluído não implica em risco a saúde de todos os organismos que fazem uso dos recursos
hídricos poluídos.
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Figura 15 – Exemplos de poluição hídrica
Fonte: IFECT – Rio Grande do Norte
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
PRINCIPAIS FORMAS DE POLUIÇÃO
Considerando como premissa que a qualidade da água pode ser afetada pelas atividades
do homem, sejam elas domésticas, comerciais ou industriais, é provável que cada atividade
gere poluentes característicos que influenciarão de maneiras diferentes a qualidade do corpo
receptor.
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61
A poluição pode ter origem química, física ou biológica, sendo que a adição desses poluentes
altera também as outras características da água, portanto é de extrema importância conhecer
as interações entre as relações de causa e efeito para cada poluente, de maneira que se possa
lidar da melhor forma possível com as fontes de poluição.
Em geral, os efeitos de cada poluente dependem das suas concentrações, do tipo de corpo
d´água que o recebe e dos usos da água. Assim, podemos classificar as fontes de poluição
quanto ao tipo de introdução dos poluentes no corpo de água que, segundo Tucci (1998),
citado em Pereira (2004), são: atmosféricas, pontuais, difusas e mistas.
–– A poluição atmosférica é o tipo de poluição que se dispersa mais facilmente por se
tratar, na maioria das vezes, de gases e pode ser classificada em 4 tipos:
–– as fixas, que provém principalmente das indústrias;
–– as móveis que são causadas por veículos automotores, aviões, navios entre outros;
–– as naturais, que são os fenômenos causados pela força da natureza, como as queimadas provocadas por raios e as atividades vulcânicas;
–– as artificiais que têm como causa a atividade humana por exemplo: emissão de gases
de automóveis e a queima de combustíveis fósseis.
Já a poluição pontual refere-se à introdução ou lançamento que ocorre em um determinado
ponto específico do corpo d´água. As estações de tratamento de esgoto e as indústrias são
exemplos típicos de causa desse tipo de poluição.
Na poluição difusa não é possível localizar um ponto definido de introdução ou lançamento
no corpo d´água, dificultando o controle da poluição. Temos, como exemplo, o escoamento
de água de chuva nos campos agrícolas, assim como o lançamento das drenagens urbanas.
A poluição mista caracteriza-se por possuir conjuntamente as características de todas as
outras fontes citadas acima, cada uma determinando um grau de poluição no corpo de água
que é obtido por meio do estudo das purezas existentes, obtendo-se assim os parâmetros
necessários para identificar a qualidade da água.
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Classificação dos resíduos industriais
Segundo o site <http://www.ambientebrasil.com.br>, os resíduos são classificados:
Quanto às características físicas:
Seco: papéis, plásticos, metais, couros tratados, tecidos, vidros, madeiras, guardanapos
e tolhas de papel, pontas de cigarro, isopor, lâmpadas, parafina, cerâmicas, porcelana,
espumas, cortiças.
Molhado: restos de comida, cascas e bagaços de frutas e verduras, ovos, legumes,
alimentos estragados etc.
Quanto à composição química:
Orgânico: é composto por pó de café e chá, cabelos, restos de alimentos, cascas e
bagaços de frutas e verduras, ovos, legumes, alimentos estragados, ossos, aparas e
podas de jardim.
Inorgânico: composto por produtos manufaturados como plásticos, vidros, borrachas,
tecidos, metais (alumínio, ferro etc.), tecidos, isopor, lâmpadas, velas, parafina, cerâmicas,
porcelana, espumas, cortiças etc.
Quanto à origem:
Domiciliar: originado da vida diária das residências, constituído por restos de alimentos
(tais como cascas de frutas, verduras etc.), produtos deteriorados, jornais, revistas,
garrafas, embalagens em geral, papel higiênico, fraldas descartáveis e uma grande
diversidade de outros itens. Pode conter alguns resíduos tóxicos.
Comercial: originado dos diversos estabelecimentos comerciais e de serviços, tais como
supermercados, estabelecimentos bancários, lojas, bares, restaurantes etc.
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Serviços públicos: originados dos serviços de limpeza urbana, incluindo todos os
resíduos de varrição das vias públicas, limpeza de praias, galerias, córregos, restos de
podas de plantas, limpeza de feiras livres etc., constituído por restos de vegetais diversos,
embalagens etc.
Hospitalar: descartados por hospitais, farmácias, clínicas veterinárias (algodão, seringas,
agulhas, restos de remédios, luvas, curativos, sangue coagulado, órgãos e tecidos
removidos, meios de cultura e animais utilizados em testes, resina sintética, filmes
fotográficos de raios X). Em função de suas características, merece um cuidado especial
em seu acondicionamento, manipulação e disposição final. Deve ser incinerado e os
resíduos levados para aterro sanitário.
Portos, aeroportos, terminais rodoviários e ferroviários: resíduos sépticos, ou seja, que
contêm ou potencialmente podem conter germes patogênicos. Basicamente originamse de material de higiene pessoal e restos de alimentos, que podem hospedar doenças
provenientes de outras cidades, estados e países.
Industrial: originado nas atividades dos diversos ramos da indústria, tais como: o
metalúrgico, o químico, o petroquímico, o de papelaria, da indústria alimentícia etc. O lixo
industrial é bastante variado, podendo ser representado por cinzas, lodos, óleos, resíduos
alcalinos ou ácidos, plásticos, papel, madeira, fibras, borracha, metal, escórias, vidros,
cerâmicas. Nesta categoria, inclui-se grande quantidade de lixo tóxico. Esse tipo de lixo
necessita de tratamento especial pelo seu potencial de envenenamento.
Radioativo: resíduos provenientes da atividade nuclear (resíduos de atividades com urânio,
césio, tório, radônio, cobalto), que devem ser manuseados apenas com equipamentos e
técnicas adequados.
Agrícola: resíduos sólidos das atividades agrícola e pecuária, como embalagens de
adubos, defensivos agrícolas, ração, restos de colheita etc. O lixo proveniente de
pesticidas é considerado tóxico e necessita de tratamento especial.
Entulho: resíduos da construção civil: demolições e restos de obras, solos de escavações.
O entulho é geralmente um material inerte, passível de reaproveitamento.
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Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
PRINCIPAIS POLUENTES AQUÁTICOS
De acordo com a natureza e os impactos causados por um poluente lançado em um meio
aquático, pode-se classificá-los em:
Poluentes orgânicos biodegradáveis
Matéria orgânica biodegradável é composta principalmente por proteínas, carboidratos e
gorduras e pode ser degrada por organismos decompositores existentes no meio aquático por
meio de bactérias aeróbicas que utilizam o oxigênio dissolvido no meio para decomposição
do material ou por bactérias anaeróbicas que farão a decomposição do material na ausência
de oxigênio.
No caso aeróbico, se o consumo de oxigênio for maior que a taxa de reposição de oxigênio
na água, poderá haver a extinção dos organismos que dependem de oxigênio no meio. Já no
caso anaeróbico, ocorre a formação de gases como o metano e o gás sulfídrico que podem
ser tóxicos.
Dessa forma, o despejo de esgotos domésticos em corpos de água tem um impacto na fauna
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e flora aquática principalmente pela diminuição do oxigênio dissolvido na água e não pela
presença de substâncias tóxicas constituintes do esgoto.
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
Poluentes orgânicos não biodegradáveis
Esses compostos não são biodegradáveis ou possuem taxas de biodegradação muito lentas
e por isto também recebem o nome de recalcitrantes ou refratários. Essa característica de
não degradação está associada muitas vezes a não existência de microrganismos capazes
de digeri-la, e o impacto desses compostos dependem da sua toxicidade e não do consumo
de oxigênio para sua decomposição. Outro fator que deve ser observado é o efeito da
bioacumulação, pois, mesmo em baixas concentrações, esses compostos podem ter grandes
impactos sobre os organismos que não possuírem mecanismos metabólicos para eliminá-los.
Alguns exemplos desses poluentes são os defensivos agrícolas, os detergentes sintéticos e o
petróleo.
Metais
Por ação natural, os metais tóxicos estão presentes em pequenas quantidades no meio
aquático, entretanto, por meio da ação humana, podem ser despejados em quantidades
significativas, seja por atividades industriais, agrícolas ou de mineração.
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Os metais podem causar danos à saúde dependendo de sua toxicidade, da quantidade
ingerida ou de seu potencial carcinogênico, mutagênico ou teratogênico. Todos os metais são
solúveis em água, mas podem ser difíceis de serem detectados, pois podem precipitar para o
fundo dos corpos de água e serem colocados em recirculação por meio de reações químicas.
Os organismos aquáticos podem ser sensíveis à ação tóxica de um metal ou não ser sensíveis,
mas potencializar o seu efeito nocivo ao longo da cadeia alimentar através da bioacumulação.
Nutrientes
Nutrientes como sais de nitrogênio e fósforo, que chegam aos corpos de água por erosões do
solo, fertilização artificial das plantações ou pela decomposição natural da matéria orgânica,
podem causar o crescimento exagerado de alguns organismos aquáticos (algas), acarretando
prejuízo ao uso de recursos hídricos.
Saiba mais sobre Sais: Um sal é um composto químico que possui ao menos um cátion diferente de
H+ e um ânion diferente de OH-. São sólidos (devido à atração eletrostática ser muito forte na ligação
iônica) e, em meio aquoso ou fundido, conduzem corrente elétrica.
Ao contrário dos óxidos, os sais podem ser compostos binários ou não. Assim, a maioria dos ânions
orgânicos pode formar sais (como o CH3COONa – acetato de sódio).
São classificados como ácidos (provenientes de uma neutralização parcial de um ácido, como:
NaHSO4), básicos (provenientes de uma neutralização parcial de uma base, como: Fe(OH)SO4), ou
neutros (provenientes de uma neutralização total, como: NaCl).
Fonte: <http://www.infoescola.com/quimica/quimica-inorganica/>. Acesso em: 20 set. 2012.
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Organismos patogênicos
A água é um grande vetor de transmissão de doenças principalmente para populações menos
desenvolvidas, onde o saneamento básico é precário ou mesmo inexistente, causando a
incapacitação temporária ou mesmo a morte destas pessoas.
As principais classes de organismos patogênicos e algumas doenças transmitidas pela água
são:
a) bactéria: doenças como leptospirose, a febre tifoide e paratifoide, a cólera etc.;
b) vírus: hepatite infecciosa e a poliomelite;
c) protozoários; amebíase e a giardíase;
d) helmitos: esquistossomose e a ascaridíase.
Sólidos em suspensão
A ocorrência de sólidos em suspensão aumenta a turbidez da água o que reduz a ocorrência
de fotossíntese de alguns organismos e dificulta a procura de alimento de outras espécies,
produzindo um desequilíbrio na cadeia alimentar do meio aquático. Além disto, os sedimentos
podem carregar substâncias tóxicas prejudicando a reprodução dos peixes e das espécies
bentônicas devido à sua deposição nos fundos dos rios e lagos.
Calor
A temperatura da água afeta suas características físicas, químicas e biológicas, impactando,
por exemplo, na migração de peixes, no aumento de organismos termófilos, e favorecer
sinergismos maléficos ao meio etc. As grandes variações de temperatura dos corpos de água
são causadas geralmente pelo lançamento de efluentes aquecidos.
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Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
PARÂMETROS INDICATIVOS DA POLUIÇÃO DAS ÁGUAS
A água contém geralmente diversos componentes, os quais provêm do próprio ambiente
natural ou foram introduzidos a partir de atividades humanas. Para caracterizar uma água,
são determinados diversos parâmetros, os quais representam as suas características físicas,
químicas e biológicas. Esses parâmetros são indicadores da qualidade da água e constituem
impurezas quando alcançam valores superiores aos estabelecidos para determinado uso.
A composição química das diversas substâncias presentes nos esgotos domésticos é
extremamente variável, dependendo dos hábitos da população e diversos outros fatores. Essa
variação vem sendo verificada devido à utilização de modernos produtos químicos de limpeza
utilizados nas residências. O grau de complexidade da composição química de tais substâncias
vem aumentando significativamente, sendo exemplo notório a presença de detergentes em
concentrações cada vez maiores, bem como alguns inseticidas e bactericidas que já merecem
estudos específicos de região para região.
Segundo o Instituto Mineiro de Gestão das Águas e o Laboratório de Qualidade da água da
Universidade Federal de Viçosa, os parâmetros físicos e químicos que indicam a poluição de
águas são descritos da seguinte forma:
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Físicos
Cor
A cor é originada de forma natural, da decomposição da matéria orgânica, principalmente
dos vegetais - ácidos húmicos e fúlvicos, além do ferro e manganês. Está associada ao grau
de redução de intensidade que a luz sofre ao atravessá-la, devido à presença de sólidos
dissolvidos, principalmente material em estado coloidal e inorgânico. A origem antropogênica
surge dos resíduos industriais e esgotos domésticos. Apesar de ser pouco frequente a relação
entre cor acentuada e risco sanitário nas águas coradas, a cloração da água contendo a matéria
orgânica dissolvida responsável pela cor pode gerar produtos potencialmente cancerígenos,
dentre eles, os trihalometanos. No controle da qualidade das águas nas estações de tratamento,
a cor é um parâmetro fundamental de operação e controle da qualidade da água bruta, da
água decantada e da água filtrada, servindo como base para a determinação das dosagens
de produtos químicos a serem adicionados, dos graus de mistura, dos tempos de contrato
e de sedimentação das partículas flocadas. Para os problemas de lançamento de efluentes
industriais, deverá ser levada em consideração a necessidade de atendimento aos padrões de
cor do corpo receptor.
Sabor e odor
O sabor e o odor resultam de causas naturais (algas; vegetação em decomposição; bactérias;
fungos; compostos orgânicos, tais como gás sulfídrico, sulfatos e cloretos) e artificiais (esgotos
domésticos e industriais). A detecção do sabor e do odor é difícil, pois depende da sensibilidade
do olfato humano, no entanto a água pura não apresenta sabor nem a sensação de odor. A
absorção em carvão ativado granular ou em pó é a técnica mais empregada e eficiente no
controle do odor.
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Turbidez
A turbidez representa o grau de interferência com a passagem da luz através da água, devido
à presença de sólidos em suspensão, tais como partículas inorgânicas (areia, silte, argila)
e de detritos orgânicos, algas e bactérias, conferindo uma aparência turva à mesma, que é
resultante de causas naturais ou artificiais, tais como: erosão do solo, lançamento de efluentes
etc. Nas estações de tratamento de água, a turbidez, conjuntamente com a cor, é um parâmetro
operacional de extrema importância para o controle dos processos de coagulação-floculação,
sedimentação e filtração. Nas águas naturais, a presença da turbidez provoca a redução de
intensidade dos raios luminosos que penetram no corpo d’água, influindo decisivamente nas
características do ecossistema presente. A alta turbidez reduz a fotossíntese de vegetação
enraizada submersa e algas. Esse desenvolvimento reduzido de plantas pode, por sua
vez, suprimir a produtividade de peixes. Logo, a turbidez pode influenciar nas comunidades
biológicas aquáticas. Há também uma preocupação adicional que se refere à presença de
turbidez nas águas submetidas à desinfecção pelo cloro. Essas partículas grandes podem
abrigar microrganismos, protegendo-os contra a ação desse agente desinfetante.
Sólidos
Sólidos nas águas correspondem a toda matéria que permanece como resíduo, após a
evaporação, secagem ou calcinação da amostra a uma temperatura pré-estabelecida durante
um tempo fixado. De um modo geral, as operações de secagem, calcinação e filtração são as
que definem as diversas frações de sólidos presentes na água, sendo eles: sólidos totais, em
suspensão, dissolvidos, fixos e voláteis.
Sólidos totais: é o resíduo que resta na capsula após a evaporação em banho-maria de
uma porção de amostra e sua posterior secagem em estufa a 103°C – 105°C até um peso
constante, e pode ser denominado também como resíduo total.
Sólidos em suspensão: é a porção dos sólidos totais que fica retida em um filtro que
propicia a retenção de partículas de diâmetro maior ou igual a 1,2µm, que pode ser denominado também como resíduo não filtrável.
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Sólidos dissolvidos: é a porção dos sólidos em suspensão que se sedimenta sob a ação
da gravidade durante um período de uma hora, a partir de um litro de amostra mantida
em repouso em um cone Imhoff.
Sólidos fixos: é a porção dos sólidos (totais, suspensos ou dissolvidos) que resta após a
ignição ou calcinação a 550°C - 600°C após uma hora para sólidos totais ou dissolvidos
fixos, ou 15 minutos para sólidos em suspensão fixos em forno mufla, e também pode ser
denominado resíduo fixo.
Sólidos Voláteis: é a porção dos sólidos (totais, suspensos ou dissolvidos) que se perde
após a ignição ou calcinação da amostra a 550°C - 600°C, durante uma hora para sólidos
totais ou dissolvidos voláteis ou 15 minutos para sólidos em suspensão voláteis, em forno
mufla, e pode ser denominado também de resíduo volátil.
Todas as impurezas da água, com exceção dos gases dissolvidos, contribuem para a carga
de sólidos presentes nos corpos d’água. Os sólidos podem ser classificados de acordo com
seu tamanho e características químicas. Os sólidos em suspensão, contidos em uma amostra
de água, apresentam, em função do método analítico escolhido, características diferentes e,
consequentemente, têm designações distintas. A unidade de medição normal para o teor em
sólidos não dissolvidos é o peso dos sólidos filtráveis, expresso em mg/L de matéria seca.
Dos sólidos filtrados pode ser determinado o resíduo calcinado (em % de matéria seca), que
é considerado uma medida da parcela da matéria mineral. O restante indica, como matéria
volátil, a parcela de sólidos orgânicos. Dentro dos sólidos filtráveis, encontram-se, além de uma
parcela de sólidos turvos, também os seguintes tipos de sólidos/substâncias não dissolvidos:
sólidos flutuantes, que em determinadas condições estão boiando e são determinados por
meio de aparelhos adequados em forma de peso ou volume; sólidos sedimentáveis, que em
determinadas condições afundam. Nesse caso, o resultado é anotado preferencialmente
como volume (mL/L) acrescentado pelo tempo de formação; sólidos não sedimentáveis, que
não dão sujeitos nem à flotação nem à sedimentação. No controle operacional de sistemas
de tratamentos de esgotos e efluentes, em processos biológicos aeróbios e anaeróbios,
as concentrações têm sido utilizadas para se estimar a concentração de microrganismos
decompositores da matéria orgânica, medida importante no controle de decantadores e outras
unidades de separação de sólidos, na qual constituem parâmetro utilizado em análises de
balanço de massa.
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
Temperatura
A temperatura da água é um fator que influencia a grande maioria dos processos físicos,
químicos e biológicos na água, assim como outros processos como a solubilidade dos gases
dissolvidos. Uma elevada temperatura faz diminuir a solubilidade dos gases, por exemplo, o
oxigênio dissolvido, além de aumentar a taxa de transferência de gases, o que pode gerar mau
cheiro, no caso da liberação de gases com odores desagradáveis. Os organismos aquáticos
possuem limites de tolerância térmica superior e inferior, temperaturas ótimas para crescimento,
temperatura preferencial em gradientes térmicos e limitações de temperatura para migração,
desova e incubação do ovo. Variações de temperatura são partes do regime climático normal,
e corpos d’água naturais apresentam variações sazonais e diurnas, bem como estratificação
vertical. A temperatura de efluentes industriais pode ser reduzida através do emprego de torres
de resfriamento. Qualquer outro processo que provoque aumento da superfície de contato ar/
água pode ser usado como, por exemplo, os aspersores e o cascateamento. Em muitos casos,
apenas o tempo de detenção hidráulico dos efluentes em tanques de equalização é suficiente
para promover a redução desejada de temperatura.
Condutividade Elétrica
A condutividade elétrica da água é determinada pela presença de substâncias dissolvidas
que se dissociam em ânions e cátions e pela temperatura. As principais fontes dos sais
naturalmente contidos nas águas correntes e de origem das atividades humanas são: as
descargas industriais de sais, o consumo de sal em residências e no comércio, excreções
de sais pelo homem e por animais. A condutância específica fornece uma boa indicação das
modificações na composição de uma água, especialmente na sua concentração mineral, mas
não fornece nenhuma indicação das quantidades relativas dos vários componentes. À medida
que mais sólidos dissolvidos são adicionados, a condutividade específica da água aumenta.
Altos valores podem indicar características corrosivas da água.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
73
Químicos
Potencial Hidrogeniônico (pH)
O pH define o caráter ácido, básico ou neutro de uma solução e representa a atividade do íon
hidrogênio na água, de forma logaritmizada, resultante inicialmente da própria molécula da
água e posteriormente acrescida de hidrogênio proveniente de outras fontes como efluentes
industriais, dissociação de ácidos orgânicos. O pH influi em diversos equilíbrios químicos que
ocorrem naturalmente ou em processos unitários de tratamento de águas. Tem influência direta
e indireta na qualidade da água. A influência direta se dá nos efeitos sobre a fisiologia das
diversas espécies, já a influência indireta contribui para precipitação de elementos químicos
tóxicos como os metais pesados. Os organismos aquáticos estão geralmente adaptados
às condições de neutralidade e, em consequência, alterações bruscas do pH de uma água
pode acarretar no desaparecimento dos seres presentes na mesma. Os valores fora das
faixas recomendadas podem alterar o sabor da água e contribuir para corrosão do sistema
de distribuição de água, ocorrendo assim uma possível extração do ferro, cobre, chumbo,
zinco e cádmio, e dificultar a descontaminação das águas. Nas estações de Tratamento de
Efluentes Industriais, em geral, procede-se à neutralização previa do pH dos efluentes antes
de serem submetidos ao tratamento biológicos. A desinfecção pelo cloro é outro processo
dependente do pH. Em meio ácido, a dissociação do ácido hipocloroso formando hipoclorito
é menor, sendo o processo mais eficiente. O pH varia de 7 a 14; se uma água é ácida, elas
são corrosivas e o pH é inferior a 7, se é neutra o pH é igual a 7 ou, se for alcalina, elas são
incrustantes e o pH será maior do que 7. O pH é padrão de potabilidade, devendo as águas
para abastecimento público apresentar valores entre 6,5 e 8,5, de acordo com a Portaria 36
do Ministério da Saúde. A vida aquática depende do pH, sendo recomendável a faixa de 6 a 9.
Salinidade
O conjunto de sais normalmente dissolvidos na água, formado pelos bicarbonatos, cloretos,
sulfatos e, em menor quantidade, pelos demais sais, pode conferir à água sabor salino e
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características incrustantes. O teor de cloreto pode ser indicativo de poluição por esgotos
domésticos.
Dureza
É a característica conferida à água pela presença de sais de metais alcalino-terrosos
(cálcio, magnésio etc.) e alguns metais em menor intensidade. A dureza é a capacidade de
precipitar sabão, isto é, nas águas que a possuem, os sabões transformam-se em complexos
insolúveis, não formando espuma até que o processo se esgote. É causada principalmente
pela presença de cálcio e magnésio, além de outros cátions. Esse índice é visível de uma
reação mais complexa que dificulta o banho e a lavagem de utensílios domésticos e roupas,
criando problemas higiênicos. A principal fonte de dureza nas águas é a sua passagem pelo
solo. Dessa forma, é muito mais frequente encontrar-se águas subterrâneas com dureza
elevada do que as águas superficiais. A poluição das águas superficiais, devido à atividade
industrial, é pouco significativa com relação à dureza. As águas duras, por conta de condições
desfavoráveis e equilíbrio químico, podem incrustar as tubulações de água quente, radiadores
de automóveis, hidrômetros, caldeiras etc.
O abrandamento das águas pode ser feito por precipitação química ou por troca iônica. Os
processos à base de troca iônica são mais eficientes, podendo eliminar totalmente a dureza da
água ou permitir que se trate apenas parte da vazão para compor a dureza que se deseje na
água tratada. Os processos são automatizados e produzem pouco lodo. Os sistemas à base
de precipitação química são menos eficientes, não sendo capazes de eliminar totalmente a
dureza da água por obedecer aos princípios do equilíbro químico.
Alcalinidade
A alcalinidade de uma amostra de água pode ser definida como sua capacidade de reagir
quantitativamente com um ácido forte até um valor definido de pH e ocorre em razão da
presença de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos, quase sempre de metais alcalinos ou
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alcalino-terrosos (sódio, potássio, cálcio, magnésio etc.). A principal fonte de alcalinidade
de hidróxidos em águas naturais decorre da descarga de efluentes de indústrias, onde se
empregam bases fortes como soda cáustica e cal hidratada.
A alcalinidade provoca alteração no paladar e a rejeição da água, mais não se constitui em
padrão de potabilidade, classificação de águas naturais nem de emissão de esgotos, ficando
este efeito limitado pelo valor do pH. A importância desse parâmetro se concentra no controle
de determinados processos unitários utilizados em estações de tratamento de águas para
abastecimento. Está associada à dureza.
Exceto quanto à presença de hidróxidos (sempre adicionados, não naturais), a alcalinidade
não constitui problema isolado, desde que a salinidade esteja dentro dos limites aceitáveis
para o uso desejado da água. A alcalinidade influencia o tratamento da água para consumo
doméstico.
Corrosividade
A tendência de a água corroer os metais pode ser atribuída à presença de ácidos minerais
(casos raros) ou pela existência em solução de oxigênio, gás carbônico e gás sulfídrico. De
um modo geral, o oxigênio é fator de corrosão dos produtos ferrosos; o gás sulfídrico, dos não
ferrosos; e o gás carbônico, dos materiais à base de cimento.
Ferro e manganês
O ferro é decorrente, normalmente, da dissolução de compostos do solo e dos despejos
industriais. Em quantidade adequada, é essencial ao sistema bioquímico das águas, em
contrapartida, em grandes quantidades, pode se tornar nocivo e, com certa frequência,
quando associado ao manganês, confere à água sabor, ou melhor, sensação de adstringência
e coloração avermelhada, decorrente de sua precipitação, tornando-se inadequada ao uso
doméstico e industrial.
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
As águas ferruginosas mancham as roupas durante a lavagem, mancham os aparelhos
sanitários e podem ficar depositadas nas tubulações, sendo assim sua presença, em
quantidades excessivas, é indesejável em mananciais de abastecimento público. O manganês
apresenta inconvenientes semelhantes aos do ferro, porém é menos comum e sua coloração
característica é marrom. É utilizado na fabricação de ligas metálicas e baterias e na indústria
química em tintas, vernizes, fogos de artifícios e fertilizantes, entre outros.
Impurezas orgânicas, nitrogênio e cloretos
O termo impurezas orgânicas é aplicável a constituintes de origem animal ou vegetal que
podem indicar poluição. Como exemplo, citamos a matéria orgânica em geral, o nitrogênio
sob as diversas formas (orgânicos, amoniacal, nitritos e nitratos) e, de forma associada, os
cloretos, quando de origem estranha à natureza do terreno.
O nitrogênio, por seguir um ciclo que o conduz à mineralização total sob a forma de nitritos,
permite avaliar o grau e a distância de uma poluição pela quantidade e forma de apresentação
dos derivados nitrogenados. Independentemente de sua origem, que também pode ser
mineral, os nitratos presentes na água em quantidades maiores provocam em crianças o
estado mórbido denominado cianose ou metemoglobinemia. Os cloretos podem indicar
mistura, recente ou remota, com águas residuais.
Oxigênio Dissolvido (OD)
O oxigênio dissolvido é essencial para a manutenção de processos de autodepuração em
sistemas aquáticos naturais e estações de tratamento de esgotos. Durante a estabilização
da matéria orgânica, as bactérias fazem uso do oxigênio nos seus processos respiratórios,
podendo vir a causar uma redução de sua concentração no meio. Por meio da medição do teor
de oxigênio dissolvido, os efeitos de resíduos oxidáveis sobre águas receptoras e a eficiência
do tratamento dos esgotos, durante a oxidação bioquímica, podem ser avaliados. Os níveis de
oxigênio dissolvido também indicam a capacidade de um corpo d’água natural manter a vida
aquática.
Nitrogênio Nitrato
É a principal forma de nitrogênio encontrada nas águas. Concentrações de nitratos superiores
a 5mg/L demonstram condições sanitárias inadequadas, pois a principal fonte de nitrogênio
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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nitrato são dejetos humanos e animais. Os nitratos estimulam o desenvolvimento de plantas,
sendo que organismos aquáticos, como algas, florescem na presença destes e, quando em
elevadas concentrações em lagos e represas, podem conduzir a um crescimento exagerado,
processo denominado de eutrofização.
Nitrogênio Nitrito
É uma forma química do nitrogênio normalmente encontrada em quantidades diminutas nas
águas superficiais, pois o nitrito é instável na presença do oxigênio, ocorrendo como uma
forma intermediária. O íon nitrito pode ser utilizado pelas plantas como uma fonte de nitrogênio.
A presença de nitritos em água indica processos biológicos ativos influenciados por poluição
orgânica.
NitrogênioAmoniacal(amônia)
É uma substância tóxica não persistente e não cumulativa e, sua concentração, que
normalmente é baixa, não causa nenhum dano fisiológico aos seres humanos e animais.
Grandes quantidades de amônia podem causar sufocamento de peixes.
A concentração total de Nitrogênio é altamente importante considerando-se os aspectos
tópicos do corpo d’água. Em grandes quantidades o Nitrogênio contribui como causa da
metemoglobinemia (síndrome do bebê azul).
Síndromedobebêazul:
A metemoglobina é a forma oxidada da hemoglobina, que além de não se ligar ao oxigênio, aumenta
aafinidadedestepelaporçãoparcialmenteoxidadadahemoglobina.Aconcentraçãoaumentadada
metemoglobina no sangue decorre de alterações congênitas e de exposição a agentes químicos diversos, resultando em quadro com múltiplos diagnósticos diferenciais, que se não tratado pode levar
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
ao óbito.
Quando a concentração sangüínea de metemoglobina está acima de 1,5% surge a cianose, característica principal da doença. Os pacientes apresentam sangue arterial de coloração marrom-escuro
com a PaO2 normal. O diagnóstico deve ser suspeitado em pacientes que apresentem cianose e
baixa leitura de saturação ao oxímetro de pulso (SpO2), sem que haja comprometimento cardiopulmonarsignificativo.Aco-oximetriaéométodopadrão-ouroedefineodiagnóstico.Notratamentodos
pacientes devem ser considerados o caráter agudo ou crônico da síndrome (etiologia) e a gravidade dos sintomas. A concentração sangüínea de metemoglobina é importante, sobretudo nos casos
agudos. O tratamento básico consiste na remoção do agente causador, administração de oxigênio
eobservação.Casosgravesdevemsertratadoscomazul-de-metileno,antídotoespecífico,porém
ineficazemalgumassituações.
A metemoglobinemia é condição potencialmente grave, cujo diagnóstico depende do alto grau de
suspeição. Em geral, os anestesiologistas, no período perioperatório, são os primeiros a detectarem o
problema e devem liderar a condução do tratamento.
Fonte: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0034-70942008000600011>. Acesso
em: 20 set. 2012.
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
Óleos e graxas
Os óleos e graxas são substâncias orgânicas de origem mineral, vegetal ou animal. Estas
substâncias geralmente são hidrocarbonetos, gorduras, ésteres entre outros. São raramente
encontrados em águas naturais, normalmente oriundos de despejos e resíduos industriais,
esgotos domésticos, efluentes de oficinas mecânicas, postos de gasolina, estradas e vias
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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públicas. Os despejos de origem industrial são os que mais contribuem para o aumento de
matérias graxas nos corpos d’água, dentre eles, destacam-se os de refinarias, frigoríficos e
indústrias de sabão. A pequena solubilidade dos óleos e graxas constitui um fator negativo
no que se refere a sua degradação em unidades de tratamento de despejos por processos
biológicos e, quando presentes em mananciais utilizados para abastecimento público, causam
problemas no tratamento de água. A presença de óleos e graxas diminui a área de contato entre
a superfície da água e o ar atmosférico, impedindo dessa forma a transferência do oxigênio da
atmosfera para a água. Em processo de decomposição, a presença dessas substâncias reduz
o oxigênio dissolvido elevando a DBO e a DQO, causando alteração no ecossistema aquático.
Na legislação brasileira não existe limite estabelecido para esse parâmetro, a recomendação é
que os óleos e as graxas sejam virtualmente ausentes para as classes 1, 2 e 3.
Ácidos graxos:
Ácido graxo é um ácido carboxílico (COOH) de cadeia alifática. São considerados componentes orgânicos, ou em outras palavras, eles contêm carbono e hidrogênio em suas moléculas. Estes ácidos são
produzidos quando as gorduras são quebradas. São altamente solúveis em água, e podem ser usados
comoenergiapelascélulas.Sãoclassificadosemmonoinsaturados,poliinsaturados,ousaturados.
Os ácidos graxos são encontrados em óleos vegetais e gorduras animais, e são considerados “gorduras boas”, por isso devem estar incluso na dieta alimentar, uma vez que o corpo precisa deles para
diversosfins.Principalmenteosácidosgraxospoliinsaturados(ácidosgraxosessenciais)queconfere
ao organismo uma série de benefícios.
Um ácido graxo essencial é um ácido graxo poliinsaturado que é sintetizado por plantas, mas não
pelo corpo humano e, portanto, deve ser incluso na alimentação. Os ácidos graxos essenciais para a
alimentação humana são o ácido linolênico (ômega-3) que está presente em grande quantidade nos
peixes (especialmente o salmão) e óleos de peixe; e o ácido linoléico (ômega-6), presente nos óleos
vegetais (soja, milho, girassol). Há outro ácido graxo conhecido como Omega-9, mas este tipo pode
ser facilmente produzido pelo organismo, enquanto os outros dois tipos não são possíveis.
Uma alimentação humana corretamente balanceada deve conter ácidos graxos essenciais que são
necessários para manter os níveis saudáveis de lipídios no sangue. Eles também são necessários
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para uma coagulação sanguínea adequada e para regular a pressão arterial. Outra função importante
éocontroledeinflamaçõesnoscasosdeinfecçãooulesão.Osácidosgraxosessenciaistambém
podem ajudar o sistema imunológico a reagir adequadamente.
Fonte: <http://www.infoescola.com/bioquimica/acidos-graxos>. Acesso em: 20 set. 2012.
FósforoTotal
O fósforo é originado naturalmente da dissolução de compostos do solo e da decomposição
da matéria orgânica. A origem antropogênica é oriunda dos despejos domésticos e industriais,
detergentes, excrementos de animais e fertilizantes. A presença de fósforo nos corpos
d´água desencadeia o desenvolvimento de algas ou outras plantas aquáticas desagradáveis,
principalmente em reservatórios ou águas paradas, podendo conduzir ao processo de
eutrofização.
Cádmio (Cd)
O cádmio possui uma grande mobilidade em ambientes aquáticos, é bioacumulativo e
persistente no ambiente, acumula em organismos aquáticos, possibilitando sua entrada
na cadeia alimentar. Está presente em águas doces em concentrações traços, geralmente
inferiores a 1g/L. Pode ser liberado para o ambiente pela queima de combustíveis fósseis e
também é utilizado na produção de pigmentos, baterias, soldas, equipamentos eletrônicos,
lubrificantes, acessórios fotográficos, praguicidas etc. É um subproduto da mineração do
zinco. O elemento e seus compostos são considerados potencialmente carcinogênicos e pode
ser fator para vários processos patológicos no homem, incluindo disfunção renal, hipertensão,
arteriosclerose, doenças crônicas em idosos e câncer.
Bário (Ba)
Em geral ocorre nas águas naturais em baixas concentrações, variando de 0,7 a 900g/L. É
normalmente utilizado nos processos de produção de pigmentos, fogos de artifício, vidros e
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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praguicidas. A ingestão de bário, em doses superiores às permitidas, pode causar desde um
aumento transitório da pressão sanguínea, por vasoconstrição, até sérios efeitos tóxicos sobre
o coração.
Chumbo (Pb)
Em sistemas aquáticos, o comportamento de compostos de chumbo é determinado
principalmente pela hidrossolubilidade. Concentrações de chumbo acima de 0,1mg/L inibem
a oxidação bioquímica de substâncias orgânicas e são prejudiciais para os organismos
aquáticos inferiores. Concentrações de chumbo entre 0,2 e 0,5mg/L empobrecem a fauna, e
a partir de 0,5mg/L a nitrificação é inibida na água. A queima de combustíveis fósseis é uma
das principais fontes, além da sua utilização como aditivo anti-impacto na gasolina. O chumbo
é uma substância tóxica cumulativa. Uma intoxicação crônica por esse metal pode levar a
uma doença denominada saturnismo, que ocorre na maioria das vezes, em trabalhadores
expostos ocupacionalmente. Outros sintomas de uma exposição crônica ao chumbo, quando
o efeito ocorre no sistema nervoso central, são: tontura, irritabilidade, dor de cabeça, perda de
memória entre outros. Quando o efeito ocorre no sistema periférico, o sintoma é a deficiência
dos músculos extensores. A toxicidade do chumbo, quando aguda, é caracterizada pela sede
intensa, sabor metálico, inflamação gastrointestinal, vômitos e diarreias.
Cobre (Cu)
As fontes de cobre para o meio ambiente incluem corrosão de tubulações de latão por águas
ácidas, efluentes de estações de tratamento de esgotos, uso de compostos de cobre como
algicidas aquáticos, escoamento superficial e contaminação da água subterrânea a partir
de usos agrícolas do cobre como fungicida e pesticida no tratamento de solos e efluentes,
além de precipitação atmosférica de fontes industriais. As principais fontes industriais são
as indústrias de mineração, fundição, refinaria de petróleo e têxtil. No homem, a ingestão
de doses excessivamente altas pode acarretar em irritação e corrosão da mucosa, danos
capilares generalizados, problemas hepáticos e renais e irritação do sistema nervoso central
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seguido de depressão.
Cromo (Cr)
O cromo está presente nas águas nas formas tri e hexavalente. Na forma trivalente, o cromo
é essencial ao metabolismo humano, e sua carência causa doenças. Já na forma hexavalente
é tóxico e cancerígeno, sendo assim os limites máximos estabelecidos basicamente em
função do cromo hexavalente. Os organismos aquáticos inferiores podem ser prejudicados
por concentrações de cromo acima de 0,1mg/L, enquanto o crescimento de algas já está
sendo inibido no âmbito de concentrações de cromo entre 0,03 e 0,032mg/L. O cromo, como
outros metais, acumula-se nos sedimentos. É comumente utilizado em aplicações industriais e
domésticas, assim como na produção de alumínio anodizado, aço inoxidável, tintas, pigmentos,
explosivos, papel e fotografia.
Níquel (Ni)
As principais fontes são as atividades de mineração e fundição do metal, fusão e modelagem
de ligas, indústrias de eletrodeposição e, como fontes secundárias, a fabricação de alimentos,
artigos de panificadoras, refrigerantes e sorvetes aromatizados. Doses elevadas de níquel
podem causar dermatites nos indivíduos mais sensíveis e afetar nervos cardíacos e
respiratórios. O níquel acumula-se no sedimento, em musgos e plantas aquáticas superiores.
Mercúrio (Hg)
Entre as fontes antropogênicas de mercúrio no meio aquático destacam-se as indústrias cloro-álcali de células de mercúrio, vários processos de mineração e fundição, efluentes de estações de tratamento de esgotos, fabricação de certos produtos odontológicos e farmacêuticos,
indústrias de tintas, dentre outras.
O mercúrio prejudica o poder de autodepuração das águas a partir de uma concentração
de apenas 18g/L. Esse pode ser absorvido em sedimentos e em sólidos em suspensão. O
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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metabolismo microbiano é perturbado pelo mercúrio por meio de inibição enzimática. Alguns
microrganismos são capazes de metilar compostos inorgânicos de mercúrio, aumentando
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
assim sua toxicidade.
O peixe é um dos maiores contribuintes para a carga de mercúrio no corpo humano, sendo
que o mercúrio mostra-se mais tóxico na forma de compostos organometálicos. A intoxicação
aguda pelo mercúrio, no homem, é caracterizada por náuseas, vômitos, dores abdominais,
diarreia, danos nos ossos e morte. A intoxicação crônica afeta glândulas salivares, rins e altera
as funções psicológicas e psicomotoras.
Zinco (Zn)
O zinco é oriundo de processos naturais e antropogênicos, dentre os quais se destacam a
produção de zinco primário, combustão de madeira, incineração de resíduos, siderurgias,
cimento, concreto, cal e gesso, indústrias têxteis, termoelétricas e produção de vapor,
além dos efluentes domésticos. Alguns compostos orgânicos de zinco são aplicados como
pesticidas. O zinco, por ser um elemento essencial para o ser humano, só se torna prejudicial
à saúde quando ingerido em concentrações muito altas, levando às perturbações do trato
gastrointestinal.
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Fenóis
Os fenóis são compostos orgânicos, oriundos, nos corpos d´água, principalmente dos despejos industriais. São compostos tóxicos aos organismos aquáticos em concentrações bastante
baixas e afetam o sabor dos peixes e a aceitabilidade das águas. Para os organismos vivos, os
compostos fenólicos são tóxicos protoplasmáticos, apresentando a propriedade de combinar-
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
-se com as proteínas teciduais.
O contato com a pele provoca lesões irritativas e após ingestão podem ocorrer lesões cáusticas
na boca, faringe, esôfago e estômago, manifestadas por dores intensas, náuseas, vômitos e
diarreias, podendo ser fatal. Após absorção, tem ação lesiva sobre o sistema nervoso podendo
ocasionar cefaleia, paralisias, tremores, convulsões e coma.
Cloretos
As águas naturais, em menor ou maior escala, contêm íons resultantes da dissolução de
minerais. Os íons cloretos são advindos da dissolução de sais. Um aumento no teor de cloretos
na água é indicador de uma possível poluição por esgotos (por meio de excreção de cloreto
pela urina) ou por despejos industriais, e acelera os processos de corrosão em tubulações de
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aço e de alumínio, além de alterar o sabor da água.
Surfactantes
As substâncias tensoativas reduzem a tensão superficial da água, pois possuem em sua
molécula uma parte solúvel e outra não solúvel na água. A constituição dos detergentes
sintéticos tem como princípio ativo o denominado “surfactante” e algumas substâncias
denominadas de coadjuvantes como o fosfato. O principal inconveniente dos detergentes
na água se relaciona aos fatores estéticos, devido à formação de espumas em ambientes
aeróbios.
Sódio (Na)
O sódio pode provir, principalmente, de esgotos, fertilizantes, indústrias de papel e celulose.
É comumente medido onde a água é utilizada para beber ou para agricultura, particularmente
na irrigação.
Potássio (K)
O potássio é encontrado em baixas concentrações nas águas naturais, já que rochas que
contém potássio são relativamente resistentes às ações do tempo. Entretanto, sais de potássio
são largamente usados na indústria e em fertilizantes para agricultura e entra nas águas
doces com descargas industriais e lixiviação das terras agrícolas. O potássio é usualmente
encontrado na forma iônica, e os sais são altamente solúveis.
Cianetos (CN)
Os cianetos são os sais do hidrácido cianídrico (ácido prússico, HCN) podendo ocorrer na
água em forma de ânion (CN-) ou de cianeto de hidrogênio (HCN). Em valores neutros de pH,
prevalece o cianeto de hidrogênio. Cianetos têm um efeito muito tóxico sobre microrganismos.
Uma diferenciação analítica entre cianetos livres e complexos é imprescindível, visto que a
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
toxicidade do cianeto livre é muito maior. Os cianetos são utilizados na indústria galvânica,
no processamento de minérios (lixiviação de cianeto) e na indústria química. São também
aplicados em pigmentos e praguicidas. Podem chegar às águas superficiais através dos
efluentes das indústrias galvânicas, de têmpera, de coque, de gás e de fundições.
Alumínio (Al)
O alumínio é o principal constituinte de um grande número de componentes atmosféricos,
particularmente de poeira derivada de solos e partículas originadas da combustão de carvão.
Na água, o alumínio é complexado e influenciado pelo pH, temperatura e a presença de
fluoretos, sulfatos, matéria orgânica e outros ligantes. O alumínio é pouco solúvel em pH entre
5,5 e 6,0, devendo apresentar maiores concentrações em profundidade, onde o pH é menor
e pode ocorrer anaerobiose. O aumento da concentração de alumínio está associado com o
período de chuvas e, portanto, com a alta turbidez. Outro aspecto-chave da química do alumínio
é sua dissolução no solo para neutralizar a entrada de ácidos com as chuvas ácidas. Nessa
forma, ele é extremamente tóxico à vegetação e pode ser escoado para os corpos d’água. A
principal via de exposição humana não ocupacional é pela ingestão de alimentos e água. O
acúmulo de alumínio no homem tem sido associado ao aumento de casos de demência senil
do tipo Alzheimer. Não há indicação de carcinogenicidade para o alumínio.
Sulfetos
Os sulfetos são combinações de metais, não metais, complexos e radicais orgânicos ou eles são
os sais e ésteres do ácido sulfídrico (H2S), respectivamente. A maioria dos sulfetos metálicos
de uso comercial é de origem vulcânica. Sulfetos metálicos têm importante papel na química
analítica para a identificação de metais. Sulfetos inorgânicos encontram aplicações como
pigmentos e substâncias luminescentes. Sulfetos orgânicos e bissulfetos são amplamente
distribuídos no reino animal e vegetal. Sulfetos orgânicos são aplicados industrialmente como
protetores de radiação e queratolítica. Os íons de sulfeto presentes na água podem precipitar
na forma de sulfetos metálicos em condições anaeróbicas e na presença de determinados
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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íons metálicos.
Magnésio (Mg)
O magnésio é um elemento essencial para a vida animal e vegetal. A atividade fotossintética
da maior parte das plantas é baseada na absorção da energia da luz solar para transformar
água e dióxido de carbono em hidratos de carbono e oxigênio. Esta reação só é possível
devido à presença de clorofila, cujos pigmentos contêm um composto rico em magnésio.
Entre outras aplicações dos seus compostos, salientam-se a utilização do óxido de magnésio
na fabricação de materiais refratários e nas indústrias de borracha, fertilizantes e plásticos.
Usa-se o hidróxido em medicina como antiácido e laxante, o carbonato básico como material
isolante em caldeiras e tubagens e ainda nas indústrias de cosméticos e farmacêuticas. Por
último, os sulfatos (sais de Epsom) são usados como fertilizantes para solos empobrecidos em
magnésio e ainda nas indústrias têxtil e papeleira; e o cloreto é usado na obtenção do metal,
na fabricação de colas e cimentos especiais. As aplicações do metal são múltiplas, como na
construção mecânica, sobretudo, nas indústrias aeronáutica e automotiva, quer como metal
puro, quer sob a forma de ligas com alumínio e zinco, ou com metais menos frequentes, como
o zircónio, o tório, os lantanídeos e outros.
A falta de magnésio no corpo humano pode provocar diarreia ou vômitos, bem como
hiperirritabilidade ou uma ligeira calcificação nos tecidos. O excesso de magnésio é
prontamente eliminado pelo corpo.
Boro (B)
O boro é muito reativo de forma que é dificultada a sua ocorrência no estado livre. Contudo,
pode-se encontrá-lo combinado em diversos minerais.
O boro, na sua forma combinada de bórax (Na2B4O7. 10H2O), é utilizado desde tempos
imemoriais. O bórax é usado como matéria-prima na produção de vidro de borossilicato,
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
resistente ao calor, para usos domésticos e laboratoriais, familiarmente conhecido pela marca
registada Pirex, bem como na preparação de outros compostos de boro. O boro elementar é
duro e quebradiço, como o vidro e, portanto, tem aplicações semelhantes a este. Pode ser
adicionado a metais puros, ligas ou outros sólidos para aumentar a sua resistência plástica,
aumentando assim a rigidez do material.
O boro elementar não é significativamente tóxico, não podendo ser classificado como veneno; no
entanto, quando em pó muito fino, é duro e abrasivo, podendo causar indiretamente problemas
de pele, se esta for esfregada depois de estar em contato com ele. Parecem ser indispensáveis
pequenas quantidades de boro para o crescimento das plantas, mas em grandes quantidades
é tóxico. O boro acumulado no corpo pela absorção, ingestão ou inalação dos seus compostos
atua sobre o sistema nervoso central, causando hipotensão, vômitos e diarreia e, em casos
extremos, coma.
Arsênio (As)
Devido às suas propriedades semimetálicas, o arsênio é utilizado em metalurgia como um metal
aditivo. A adição de cerca de 2% de arsênio ao chumbo permite melhorar a sua esfericidade,
enquanto 3% de arsênio numa liga à base de chumbo melhora as propriedades mecânicas
e otimiza o seu comportamento a elevadas temperaturas. Pode também ser adicionado em
pequenas quantidades às grelhas de chumbo das baterias para aumentar a sua rigidez. O
arsênio, quando muito puro, é utilizado na tecnologia de semicondutores para preparar
arsenieto de gálio. Esse composto utiliza-se na fabricação de diodos, LEDs, transistores e
lasers. O arsenieto de índio é usado em detectores de infravermelho e em aplicações de efeito
de Hall. A toxicidade do arsênio depende do seu estado químico.
Enquanto o arsênio metálico e o sulfureto de arsênio são praticamente inertes, o gás
AsH3 é extremamente tóxico. De um modo geral, os compostos de arsênio são perigosos,
principalmente devido aos seus efeitos irritantes na pele. A toxicidade desses compostos
ocorre principalmente por meio de ingestão e não por inalação.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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Selênio (Se)
É um elemento raro que tem a particularidade de possuir um odor pronunciado bastante desagradável e que ocorre no estado nativo juntamente com o enxofre ou sob a forma de selenietos em certos minerais. As principais fontes de selênio são, todavia, os minérios de cobre,
dos quais o selênio é recuperado como subproduto nos processos de refinação eletrolítica.
Os maiores produtores mundiais são os E.U.A., o Canadá, a Suécia, a Bélgica, o Japão e
o Peru. O selênio e os seus compostos encontram largo uso nos processos de reprodução
xerográfica, na indústria vidreira (selenieto de cádmio para produzir cor vermelho-rubi), como
desgaseificante na indústria metalúrgica, como agente de vulcanização, como oxidante em
certas reações e como catalisador.
O selênio elementar é relativamente pouco tóxico. No entanto, alguns dos seus compostos
são extremamente perigosos. A exposição a vapores que contenham selênio pode provocar
irritações dos olhos, nariz e garganta. A inalação desses vapores pode ser muito perigosa
devido à sua elevada toxicidade.
EUTROFIZAÇÃO
Segundo o livro Introdução à Engenharia Ambiental, a eutrofização é o enriquecimento das
águas com os nutrientes necessários ao crescimento da vida vegetal aquática. É um processo
natural dentro da sucessão ecológica dos ecossistemas, quando o ecossistema lacustre tende
a se transformar em um ecossistema terrestre utilizando a interação do lago com o meio
terrestre que o circunda, sendo assim, é um processo natural de maturação de um ecossistema
lacustre.
Ela se manifesta por meio do aumento da produtividade biológica do lago, consequentemente
observada pela proliferação de algas e outros vegetais aquáticos, que são decorrentes da maior
quantidade de nutrientes disponível, sendo o fósforo e/ou o nitrogênio os mais importantes para
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
que a eutrofização ocorra. Essas substâncias são os principais nutrientes do fitoplâncton (as
“algas” microscópicas que vivem na água), que podem se reproduzir em grandes quantidades,
tornando a água esverdeada ou acastanhada (Figura 16).
Quando essas algas e o zooplâncton (que delas se alimenta) morrem, sua decomposição
pode tornar a água pobre em oxigênio, provocando a morte de peixes e outros animais, além
da formação de gases tóxicos ou de cheiro desagradável. Além disso, algumas espécies de
algas produzem toxinas que contaminam as fontes de água potável. Em suma, muitos efeitos
ecológicos podem surgir da eutrofização, mas os três principais impactos ecológicos são: a
perda de biodiversidade, alterações na composição das espécies e efeitos tóxicos.
Figura 16 – Exemplo de eutrofização
Fonte: IFECT – Rio Grande do Norte
O processo de eutrofização natural é bastante demorado quando associado ao tempo de
evolução dos ecossistemas. No entanto, esse processo vem sendo acelerado pela intervenção
humana nos lagos cujas bacias sofrem a ocupação de atividades industriais, agrícolas ou
zonas urbanas causando inúmeros efeitos negativos pelo fato de impedir que as alterações
morfológicas acompanhem o seu ritmo, como ocorre no processo natural, sendo assim
chamada de eutrofização cultural ou acelerada.
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CONTEÚDO ORGÂNICO
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
É definida como a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica
biodegradável sob condições aeróbicas, isto é, avalia a quantidade de oxigênio dissolvido, em
mg/L, que será consumida pelos organismos aeróbios ao degradarem a matéria orgânica. Um
período de tempo de 5 dias numa temperatura de incubação de 20°C é frequentemente usado
e referido como DBO5,20.
Os maiores aumentos em termos de DBO, em um corpo d’água, são provocados por despejos
de origem predominantemente orgânica. A presença de um alto teor de matéria orgânica pode
induzir à completa extinção do oxigênio na água, provocando o desaparecimento de peixes
e outras formas de vida aquática. Um elevado valor da DBO pode indicar um incremento
da microflora presente e interferir no equilíbrio da vida aquática, além de produzir sabores
e odores desagradáveis e, ainda, pode obstruir os filtros de areia utilizados nas estações de
tratamento de água.
Demanda Química de Oxigênio (DQO)
É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica por meio de um agente
químico. Os valores da DQO normalmente são maiores que os da DBO, sendo o teste realizado
em um prazo menor e, em primeiro lugar, orientando o teste da DBO. A análise da DQO é útil
para detectar a presença de substâncias resistentes à degradação biológica. O aumento da
concentração da DQO em um corpo d’água se deve principalmente a despejos de origem
industrial.
Classificação de Esgoto Doméstico
Os esgotos domésticos ou residenciais são originados principalmente de casas, edifícios
comerciais, qualquer instituição que contenha instalação de banheiros, cozinhas, lavanderias,
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
ou seja, em tudo que a água seja usada com características domésticas. Ele é constituído de
resíduos de solo, águas de lavagem e dejetos, tem 99% ou mais de água, cerca de 300ppm
(mg/l) de material em suspensão, celulose na maioria e 500ppm de material volátil; o grosso
da matéria orgânica é formado por ácidos graxos, carboidratos e proteínas, nessa ordem. O
mau cheiro normalmente associado, deriva da decomposição das proteínas sob condições
anaeróbias (falta de oxigênio). Esse tipo de efluente pode apresentar organismos patogênicos,
devendo ser afastado das fontes de água potável.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta unidade foi possível verificar a disponibilidade da água na natureza e suas características,
o que é poluição e o que é contaminação e seus efeitos no meio ambiente. Foram apresentadas
também as principais fontes de poluição (atmosféricas, pontuais, difusas e mistas), além da
classificação dos resíduos industriais de acordo com suas características físicas (seco e
molhado), com sua composição química (orgânico e inorgânico) e com a origem (domiciliar,
comercial, hospitalar etc.).
Em seguida, foram apresentados os parâmetros da qualidade da água e os parâmetros
indicativos de poluição das águas. Esses parâmetros indicadores de qualidade da água podem
ser divididos conforme suas características (características físicas, químicas e microbiológicas).
Além disso, nesta unidade, foi abordado o processo de eutrofização que é o enriquecimento
das águas com os nutrientes necessários ao crescimento da vida vegetal aquática de forma
natural ou acentuada, além da discussão de como ocorre o processo de eutrofização e quais
suas consequências ao meio ambiente.
Foi possível, ainda, conhecer as principais fontes de poluição, as quais têm origem em
atividades humanas e que atingem o meio ambiente por três caminhos: os lançamentos na
atmosfera, os lançamentos nas águas mais próximas e o depositado em área, por exemplo,
um aterro sanitário ou industrial. Além disso, foi apresentada uma rápida discussão a respeito
dos esgotos domésticos.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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ATIVIDADE DE AUTOESTUDO
01 – Na área ambiental, vários termos são utilizados de maneira equivocada e às vezes
são confundidos. Entre esses termos estão: poluição e contaminação, portanto, explique
a diferença entre esses termos.
02 – Descreva como são classificadas as fontes de poluição quanto ao tipo de introdução
dos poluentes no corpo de água.
03 – Comente a respeito de 3 (três) parâmetros físicos e 3 (três) parâmetros químicos
indicativos da poluição da água.
04 – Explique como ocorre o processo de eutrofização.
05 – Comente como são classificados os resíduos industriais.
Um crescente número de grandes cidades e regiões metropolitanas brasileiras vive situação de escassez e degradação dos recursos hídricos. Portanto, torna-se necessária a adoção de programas
de conservação de água. Entre os componentes de programas de conservação de água está o de
substituição de fontes que consiste em utilizar novas fontes de recursos hídricos em substituição às
existentes, especialmente sob condições em que a nova fonte sirva a usos menos exigentes. Desta
forma, o material disponível no link apresenta uma forma de utilizar como nova fonte a água da chuva:
<http://ecopoa.orgfree.com/agua/reaproveitamento/>.
Assunto pouco discutido, a poluição difusa ainda é um tema quase ausente nos debates técnicos
sobre preservação ambiental. Esse tipo de degradação é causado em boa parte pela urbanização,
impermeabilização do solo, gases lançados por automóveis, despejo de produtos químicos em rios e
atividades humanas relacionadas à subsistência e falta de educação em alguns setores da sociedade.
Dentro deste contexto, Juliano Freire trata de maneira sucinta sobre o tema no artigo disponível neste
link.
<http://www.caern.rn.gov.br/contentproducao/aplicacao/caern/imprensa/enviados/noticia_detalhe.
asp?nCodigoNoticia=29595>.
Neste material disponibilizado pela UFV está um resumo muito bom sobre os parâmetros de qualidade,sendoummaterialinteressanteparafixaçãodoconteúdotrabalhadonestaunidadedolivro.
<http://www.ufv.br/dea/lqa/qualidade.htm>.
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
UNIDADE IV
Poluentes orgânicos e persistentes
Professor Carlos Eduardo Santana Alves
Objetivos de Aprendizagem
• Compreender as ações químicas dos poluentes.
• Compreender as consequências da poluição para a saúde humana e para o meio
ambiente.
• Conhecer os aditivos agrícolas e suas consequências de seu uso ao meio ambiente.
Plano de Estudo
A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade:
• Bioacumulação e Biomagnificação
• Toxinas e Furanos
• Agroquímicos
INTRODUÇÃO
A explosão populacional e o avanço da tecnologia com intuito de satisfazer suas necessidades
básicas e potencializar a rentabilidade (o ganho) têm inserido um enorme número de novas
substâncias químicas na superfície terrestre. Da mesma forma, a agricultura vem realizando
um enorme esforço no sentido de aumentar a produtividade de alimentos, no entanto, a
desinformação e a ambição vêm trazendo sérios prejuízos para as pessoas e para o meio
ambiente.
O aumento no número de casos de doenças causadas por intoxicações originadas de
agrotóxicos está causando grande preocupação. A maior parte das causas para esse aumento
está no despreparo do produtor agrícola que, em geral, desconhece os efeitos nocivos dos
materiais que aplica e opta por não usar os EPI´s (equipamentos de proteção individual)
e, além disso, desrespeita os períodos de carência (intervalos de segurança) previstos na
legislação vigente.
A partir desse cenário, estima-se que a produção global de compostos químicos sintéticos
tenha aumentado 400 vezes com relação à década de 30, época em que se produziam
aproximadamente 1 milhão de toneladas de compostos químicos sintéticos. Dessa forma,
estamos em contato com substâncias desconhecidas que foram colocadas no mercado sem
conhecimento de seus impactos ambientais de médio e longo prazo e, além disto, sem o
conhecimento dos possíveis efeitos aditivos e sinérgicos que podem ocorrer entre esses
produtos, pois eles podem reagir entre si gerando novos produtos dos quais se tem menos
conhecimento ainda.
Entre essas substâncias químicas, existe uma série de compostos orgânicos de uso variado
que possuem fórmulas químicas bem distintas que, em função dos seus efeitos no meio
ambiente e na saúde humana, foram classificados como poluentes orgânicos persistentes
representados pela sigla POP´s (Persistent Oganic Pollutants).
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
97
Os POPs possuem características que os tornam muito perigosos do ponto de vista de
contaminação ambiental, mesmo em baixas concentrações. Eles possuem alta estabilidade
ou persistência, fazendo com que seus efeitos perdurem e sejam largamente dispersos antes
de se decomporem. Além disto, pela sua solubilidade em gorduras, há um favorecimento de
sua acumulação nos tecidos, aumentando sua capacidade de aumentar a sua concentração
na direção do topo da cadeia alimentar.
As primeiras evidências do perigo potencial desses compostos surgiram há mais do que
50 anos, quando foram descobertos resíduos de DDT em tecido adiposo humano e no leite
materno, e, a partir desse fato, os estudos a respeito dos efeitos dos POPs sobre o meio
ambiente e os seres vivos foram intensificados.
Em função da importância desses compostos, é necessário entender a definição e propriedades
dos poluentes orgânicos persistentes, suas origens, seus mecanismos de ação e propagação
no meio ambiente e seus efeitos para ser possível a criação de estratégias e ações para o seu
gerenciamento responsável.
BIOACUMULAÇÃO E BIOMAGNIFICAÇÃO
As expressões bioconcentração, bioacumulação e biomagnificação descrevem um processo
pelo qual a concentração de poluentes nos animais aumenta na direção do topo da cadeia
alimentar.
Bioconcentração é o processo de aumento da concentração de compostos químicos em um
organismo aquático em relação a sua concentração na água. Essa incorporação ocorre por
meio da absorção pela água a qual ocorre pela superfície respiratória e/ou pela pele.
A bioacumulação é um processo decorrente do acúmulo de um composto químico, um
elemento químico ou um isótopo, em elevadas concentrações nos organismos, independente
do nível trófico.
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FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
O processo pode ocorrer de forma direta, sendo efetuada diretamente a partir do meio
ambiente onde o ser vivo está inserido, ou de forma indireta, quando ocorre pela alimentação
e frequentemente de forma simultânea, principalmente em ambientes aquáticos.
Se um peixe ou fruto do mar tem seu habitat contaminado por metais pesados, podem absorver
esses contaminantes em seu organismo, acumulando-os em seus tecidos e, posteriormente,
se seres de um nível trófico mais elevado se alimentarem desses peixes, serão contaminados,
fazendo com que o contaminante suba na cadeia alimentar.
A contaminação da cadeia alimentar provoca um aumento da concentração do contaminante
a cada nível trófico, designando-se o processo por bioampliação ou biomagnificação.
A bioacumulação é um termo muito amplo que se refere a um processo que inclui a
bioconcentração e qualquer ingestão de resíduos químicos de fontes alimentícias.
Para que esses processos ocorram, a substância deve ser lipossolúvel, ou seja, possuir a
propriedade de se dissolver em gorduras, podendo assim fixar-se nos tecidos dos seres vivos
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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e ali permanecer quando persistentes. Essa propriedade é função do alto grau de cloração
das POPs que as faz capazes de atravessar com facilidade a estrutura fosfolipídica das
membranas biológicas e se acumularem no tecido adiposo.
As classes de compostos com maior capacidade de bioacumulação são compostos cíclicos,
aromáticos e clorados com moléculas grandes, por exemplo: o DDT, clordano, lindano,
heptacloro, aldrin, dieldrin toxafeno, mirex e clordecona.
Fator de Bioconcentração
Denomina-se de fator de bioconcentração (FBC) a relação entre a concentração do composto
no tecido do organismo e na água na situação de equilíbrio, podendo esse parâmetro também
ser calculado por constantes cinéticas.
Segundo documento do Ministério da Saúde (2007), o FBC é uma medida da magnitude da
distribuição química com relação ao equilíbrio entre um meio biológico e um meio externo
como a água.
O FBC pode ser calculado dividindo a concentração de equilíbrio (mg/kg) de um composto
químico encontrado em um organismo ou tecido pela concentração de um agente químico no
meio externo.
Entretanto, alguns peixes têm a habilidade de metabolizar alguns compostos como os
hidrocarbonetos aromáticos, fazendo com que esses compostos não se acumulem
significativamente em peixes e vertebrados.
TOXINAS E FURANOS
Dois importantes contaminantes orgânicos persistentes são as dibenzo-p-dioxinas e os furanos
policlorados (Polychlorinated Dibenzo-p-Dioxins and Furans, PCDD/Fs), pois são semivoláteis,
100 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
tóxicos e ubíquos. Em função disto, as dioxinas levam de anos a séculos para degradaremse e podem ser continuamente recicladas no meio ambiente. Eles podem ser produzidos por
meio de diversas fontes de combustão e como impurezas na manufatura de diversos produtos
organoclorados.
O interesse nesses contaminantes é crescente, pois acredita-se que a sua emissão para a
atmosfera resultou na sua grande dispersão pelo meio ambiente devido ao fato de esses
compostos serem encontrados em toda parte. Apesar disso, ainda há incerteza sobre as
contribuições relativas das fontes de PCDD/Fs na atmosfera, criando o interesse em taxar a
relação entre as fontes, níveis atmosféricos e processos de perda, incluindo deposição.
Propriedades Físico-químicas
As dioxinas fazem parte dos compostos dibenzo-p-dioxinas que se caracterizam por ter 3
anéis, sendo dois anéis benzênicos interligados por um par de átomos de oxigênio (Figura
17). As dioxinas representam os congêneres clorados de dibenzo-p-dioxina, que teoricamente
podem ocorrer de 1 a 8 átomos de cloro nas posições substituíveis, possibilitando 75 possíveis
congêneres de dioxinas cloradas.
Figura 16– Fórmula estrutural da dioxina
Fonte: <http://ecologica.com.br/ecologica/emissoes_atm_hcx.php>
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
101
Os furanos são compostos orgânicos conhecidos quimicamente como dibenzofuranos
e possuem estrutura similar às dibenzo-p-dioxinas, com a diferença de que os dois anéis
benzênicos são interligados por anel de 5 lados contendo um átomo de oxigênio (Figura 18).
Como as dioxinas, os furanos são os congêneres de dibenzofuranos, que representam 135
congêneres de furanos clorados.
Figura 18 – Fórmula estrutural da dioxina
Fonte: <http://ecologica.com.br/ecologica/emissoes_atm_hcx.php>
Esses compostos geralmente são pouco solúveis em água, possuem um alto coeficiente
etanol-água (Kow) e, consequentemente, possuem forte tendência de depositar no solo ao
invés de ir para a fase aquosa.
Dentre as formas encontradas, apenas os congêneres substituídos nas posições 2,3,7,8 são
toxicologicamente importantes. Nos últimos 20 anos, vários estudos mostraram que o 2,3,78TCDD (Figura 19) pode produzir uma variedade de efeitos tóxicos, incluindo câncer e efeitos
reprodutivos em animais de laboratório submetidos a doses bem baixas.
102 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
Figura 19 - Estrutura do 2,3,7,8 tetraclorodibenzodioxina e 2,3,7,8 tetraclorodibenzofurano
Fonte: <http://ambiente.hsw.uol.com.br/substancias-toxicas3.htm>
A partir de outros estudos realizados em 1987 e 1989, a Agência de Proteção Ambiental dos
Estados Unidos (United States Environmental Protection Agency – USEPA) verificou que a
toxicidade relativa dos outros 209 congêneres de dioxina e furanos variam de 0 a 50% da
toxicidade do 2,3,7,8-TCDD, demonstrando que a toxicidade combinada de uma mistura de
dioxinas/furanos é altamente dependente dos isômeros específicos que as constituem.
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
Efeitos sobre a saúde humana
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
103
Atualmente, para os propósitos de avaliação de riscos, a USEPA classifica o 2,3,7,8-TCDD
como um carcinogênico B2 e de longe o mais potente carcinogênico já avaliado pela Agência.
A categoria B2 é uma das 5 categorias que a USEPA utiliza para agrupar, por peso da
evidência de carcinogenicidade para humanos, um produto químico. A seguir, estão definidas
estas categorias:
Grupo A: existe evidência suficiente, a partir de estudos epidemiológicos, para comprovar
uma associação causa/efeito entre a exposição ao agente químico e o câncer.
Grupo B1: o peso da evidência da carcinogenicidade baseado em estudos com animais é
“suficiente”, mas a evidência de carcinogenicidade baseada nos estudos epidemiológicos
é limitada.
Grupo B2: o peso da evidência da carcinogenicidade baseada em estudos com animais
é “suficiente”, mas os estudos epidemiológicos mostram uma “evidência inadequada” ou
uma “ausência de dados”.
Grupo C: há uma evidência limitada de carcinogenicidade em estudos com animais, mas
não existem dados com seres humanos.
Grupo D: não classificado como carcinogênico para humanos por existirem apenas evidências inadequadas de sua carcinogenicidade em humanos e animais ou não haver
dados disponíveis.
Grupo E: não é um carcinogênico para humanos.
Como contaminantes ubíquos, as emissões industriais de dioxina para o meio ambiente são
transportadas a longas distâncias por correntes atmosféricas, estando presentes no globo de
forma difusa o que facilita seu contato com população em geral.
A exposição humana é quase exclusiva pela ingestão alimentar de carne, peixes e laticínios.
Exposições extremamente altas de seres humanos às dioxinas mostraram efeitos de toxicidade
no desenvolvimento e reprodução, efeitos sobre o sistema imunológico e carcinogenicidade.
Além disso, estudos recentes mostram que as concentrações das dioxinas no tecido humano
em países industrializados já estão – ou estão próximos – dos níveis nos quais os efeitos sobre
a saúde podem ocorrer.
104 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
Os efeitos no desenvolvimento de seres humanos incluem: mortalidade pré-natal, crescimento
reduzido, disfunção dos órgãos envolvendo efeitos no sistema nervoso central, tais como
prejuízo do desenvolvimento intelectual, alterações funcionais incluindo efeitos sobre o sistema
reprodutivo masculino. Para os animais adultos são necessárias doses muito altas para
apresentarem efeitos, entretanto, os efeitos sobre o organismo em desenvolvimento ocorrem
em doses mais de duas ordens de magnitude menores que as que seriam tóxicas para os
adultos.
Estudos de exposição ocupacional/acidental à dioxina em seres humanos, juntamente com os
estudos em animais, evidenciam que a dioxina causa câncer em seres humanos. A agência
internacional para Pesquisa do Câncer (IARC) declarou que a 2,3,7,8 TCDD é um carcinógeno
humano reconhecido desde 1997.
Formação de dioxinas e furanos
Esses compostos podem ser gerados como subprodutos na fabricação de produtos químicos
ou em uma combustão incompleta ou da recombinação de produtos gerados na queima de
misturas contendo certos compostos orgânicos clorados.
Conforme citado em Dempsey (1996, p. 1377), a agência Environment Canada concluiu que:
embora fontes naturais possam contribuir com um aumento de PCDDs e PCDFs,
estes não podem ser responsáveis pelo grande aumento das concentrações medidas
desde o início desse século e nem pela diferença de concentração entre os diversos
meios industrializados e áreas não industrializadas. Portanto, a concentração destas
substâncias medidas no ambiente resulta predominantemente de atividades humanas.
Como condições facilitadoras na formação desses contaminantes por meio de processos
térmicos têm-se:
•
presença de organoclorados ou outros compostos contendo Cloro;
•
temperaturas no processo entre 200 – 400ºC e entre 800-1200°C; e
•
equipamento de controle de poluição operando entre 200 - 400ºC.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
105
Conclusões
As dioxinas e furanos são contaminantes persistentes que possuem sua extensão de
contaminação diretamente relacionada à produção em larga escala de cloro, havendo pouca
evidência de que são produzidas naturalmente.
A partir desse ponto de vista, como a produção de PVC utiliza muito cloro, o PVC é implicado
como a fonte primária na produção desses contaminantes e são considerados diretamente
responsáveis pela contínua geração e liberação de dioxinas e furanos para o meio ambiente.
Outra fonte de emissão de dioxinas e furanos são os incineradores de resíduos, para os
quais se verifica níveis de emissões de dioxinas e furanos clorados não são significativas
para os incineradores de resíduos perigosos, sendo frequentemente menores do que os níveis
relatados por fontes como os incineradores de resíduos municipais e incineradores de resíduos
de serviços da saúde.
Fonte: PHOTOS.COM
AGROQUÍMICOS
Desde a pré-história, a agricultura vem sendo desenvolvida pelo homem com o objetivo de
obter maior produtividade para assegurar o seu sustento em alimentos e em renda. Vários
fatores dificultam esse processo, e entre eles um de grande importância são as pragas que
106 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
destroem as plantas, as colheitas e os alimentos armazenados, geralmente em grandes
quantidades. O combate às pragas é antigo, por volta do século XI os chineses já utilizavam
compostos de arsênio, como o sulfeto de arsênio, no combate a esse problema.
A partir de então, o homem passou a desenvolver os agroquímicos ou pesticidas, praguicidas
ou defensivos agrícolas etc. Com o objetivo de proteger sua lavoura, o armazenamento e
beneficiamento de produtos agrícolas, nas pastagens, na proteção das florestas e outros
ecossistemas urbanos, hídricos e industriais. Alguns desses produtos também são utilizados
como substâncias e produtos desfolhantes, dessecantes, estimuladores, inibidores do
crescimento e fertilizantes para as plantas.
Dentro desse contexto, a prática da agroquímica consiste na aplicação da química na
agricultura, tendo seu foco não somente na produção de agroquímicos, mas também no estudo
e prevenção de efeitos danosos tanto nas culturas como nos seres humanos (agricultores e
consumidores).
Os agrotóxicos são definidos pela Lei Federal nº 7.802, de 11/07/1989, regulamentada pelo
Decreto nº 4.074, de 04/01/2002, como
produtos e agentes de processos físicos, químicos e biológicos destinados ao uso nos
setores de produção, armazenamento e beneficiamento de produtos agrícolas, nas
pastagens, na proteção de florestas, nativas ou plantadas, e de outros ecossistemas e
de ambientes urbanos, hídricos e industriais, cuja finalidade seja alterar a composição
da flora ou da fauna, a fim de preservá-las da ação danosa de seres vivos considerados
nocivos, bem como as substâncias e produtos empregados como desfolhantes,
estimuladores e inibidores de crescimento.
Existem cerca de 15.000 formulações para 400 agrotóxicos diferentes, sendo que cerca
de 8.000 encontram-se licenciadas no Brasil, que é o maior consumidor de agrotóxicos no
mundo, segundo a ANVISA - Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Segundo a ANVISA, a
classificação dos agrotóxicos é realizada com base no grau de toxicidade do produto, sendo
estabelecidas quatro classes: classe I – Extremamente Tóxico; classe II – Altamente Tóxico;
classe III – Medianamente Tóxico e classe IV – Pouco Tóxico.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
107
Como existem vários tipos de agrotóxicos, cada um tem uma finalidade específica na agricultura
e, a partir da finalidade, eles são classificados. Atualmente os principais agrotóxicos utilizados
são:
Inseticida: é um tipo de agrotóxico usado para exterminar insetos, destruindo ovos e larvas principalmente, matando-os por contato ou ingestão. Os inseticidas são utilizados na
agricultura, na indústria e nas casas.
Herbicidas: é um pesticida utilizado para o controle de plantas não desejadas no meio da
cultura principal, classificadas como daninhas. As vantagens são: a rapidez de ação com
efeito residual, custo reduzido, entretanto podem causar grande contaminação ambiental
e o aparecimento de plantas resistentes. Os herbicidas são produtos específicos, ou seja,
para cada tipo de planta deve ser utilizado um herbicida específico. Os principais tipos
são: paraquat, glifosato, pentaclorofenol, dinitrofenóis e os derivados do ácido fenoxiacético que formam o principal componente do agente laranja (nome comercial Tordon), usado
como desfolhante na Guerra do Vietnã.
Fungicidas: é um pesticida que destrói ou inibe a ação dos fungos que geralmente
atacam as plantas. Os principais grupos são: captan, hexaclorobenzeno, etileno-bisditiocarbamatos e trifenil estânico. Constituem um grande perigo ao meio ambiente, por
serem produzidos a partir de princípios ativos à base de cobre e mercúrio.
Fertilizantes: é um produto estimulante utilizado para tratamento do solo, enriquecendo-o
e favorecendo o crescimento e o desenvolvimento das plantas de maneira mais rápida.
Acaricidas: seu funcionamento pode ser comparado com o dos inseticidas e fungicidas,
mas são aplicados para controle de todo tipo de ácaros existentes no cultivo.
Fitorreguladores: são produtos constituídos a base de hormônios que irão estimular o
crescimento da planta ou diminuir o desenvolvimento das raízes.
Pesticidas
Os pesticidas são todas as substâncias ou misturas químicas que têm como objetivo impedir e
destruir qualquer praga de ordem animal ou vegetal.
Os pesticidas têm espectros de ação diferentes, desde um largo espectro de ação, sendo
tóxicos para quase todas as espécies (designados por biocidas), até os que têm um espectro
108 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
de ação estreito, sendo muito seletivos e eficazes contra um grupo definido de organismos.
A persistência de um pesticida, ou seja, o tempo durante o qual, após a aplicação, ele mantém
a sua toxicidade no ambiente é variável de pesticida para pesticida. Por exemplo, o DDT tem
uma persistência que pode variar entre 2 a 17 anos, enquanto que outros têm uma persistência
de algumas semanas ou até mesmo alguns dias.
Para cada peste, é desenvolvido um tipo de pesticida geralmente tóxicos para o homem e
meio ambiente. Há também a classificação básica dos elementos utilizados nas composições:
•
pesticidas botânicos - produzidos a partir de componentes extraídos da natureza
como a sabadina, rotenona, piretrina ou nicotina;
•
pesticidas orgânicos - com síntese de clorados, clorofosforados, carbamatos ou outros;
•
pesticidas inorgânicos - alcançados com o uso de nitrogênio, fósforo, ferro, chumbo
etc.
A vantagem do uso dos pesticidas está no fato de que ele mantém a cultura livre de pragas
(agentes patogênicos, parasitas, predadores e plantas indesejáveis), aumentando a produção
de alimentos, além disto, previne o ser humano de certas doenças e diminui o apodrecimento
de alimentos colhidos e armazenados. Por outro lado, do ponto de vista ambiental, o seu
uso nas práticas agrícolas deve ser moderado e realizado com cuidado, pois pode causar a
contaminação e desertificação do solo. O uso intenso pode levar à degradação dos recursos
naturais de forma irreversível, levando a desequilíbrios biológicos e ecológicos, entre eles a
contaminação da água, do ar e do próprio solo. Esses fatores podem causar a destruição de
espécies que não são alvo dos pesticidas afetando as cadeias alimentares e o desenvolvimento
de organismos resistentes aos pesticidas.
Para os seres humanos, vários estudos indicam que a exposição aos pesticidas, em longo
prazo, está associada com vários problemas de saúde, tais como: dificuldades respiratórias,
problemas de memória, problemas na pele, cancro etc.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
109
A eficácia de um pesticida está relacionada com a forma da contaminação, mas, de maneira
geral, os pesticidas eficientes são compostos que, em condições normais, têm um longo
período de persistência nos organismos vivos manifestando-se diretamente ou indiretamente
e, apesar de serem pouco solúveis e voláteis, são distribuídos em baixas concentrações e em
grandes distâncias pela água ou pelo ar. Além disto, os pesticidas se beneficiam do efeito de
bioacumulação, podendo atingir níveis significativos biologicamente e gerar grandes impactos
sobre os seres que se contaminarem.
Em função do nível de risco, os locais destinados ao armazenamento dos pesticidas devem ser
construídos de materiais não combustíveis, com ventilação natural ou mecânica, não devem
conter humidade e apresentar sinalização de segurança e materiais de combate a incêndio.
Além disto, os pesticidas devem estar ao abrigo da exposição direta do sol e, afastados de
habitações e locais de permanência de animais, e devem ainda ser arrumados em prateleiras
metálicas e armazenados por ordem crescente de toxicidade, ficando os menos tóxicos mais
acessíveis ao utilizador.
A partir do exposto acima vemos que os pesticidas sintéticos podem causar grandes problemas
ambientais e por outro lado trazem grandes benefícios para nossa sociedade, portanto não
podemos simplesmente deixar de utilizá-los ou então fazer uso deles indiscriminadamente.
O ideal seria utilizá-los de maneira equilibrada, fazendo uso de todas as formas possíveis
de controle de pragas para continuarmos a se beneficiar destas substâncias minimizando os
riscos ambientais.
Os pesticidas são classificados de acordo com sua natureza química, sua finalidade, seu
estado físico e espécie alvo. Se analisarmos por meio da espécie que se pretende combater,
os pesticidas podem ser classificados principalmente em: inseticidas (insetos), herbicidas
(plantas), fungicidas (fungos), acaricidas (ácaros), moluscidas (lesmas, caracóis e outros
moluscos), nematicidas (nematoides) e rodenticidas (ratos e outros roedores).
Quanto à natureza química, a classificação se altera e a maioria dos pesticidas sintéticos é
110 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
dividida em organoclorados, organofosforados, carbamatos e piretoides.
Apesar dessas classes, os pesticidas geralmente são utilizados para diversas aplicações além
daquelas para as quais ele foi produzido. Isso se deve à possibilidade de se realizar inúmeras
combinações entre a substância ativa e os adjuvantes. A substância ativa é o componente que
contribui totalmente ou parcialmente para a eficácia do pesticida, enquanto os adjuvantes são
utilizados para melhorar a ação, as propriedades ou o emprego do pesticida.
Inseticidas organoclorados
Os inseticidas organoclorados são compostos por átomos de cloro ligados a porções orgânicas
e são os que possuem maior persistência conforme a seguinte ordem: DDT > dieldrina >
lindano > heptacloro > aldrina. Muitos dos organoclorados são compostos estáveis e solúveis
em lipídios, acumulando-se nos organismos e, em função disso, esse grupo é associado a
problemas de biomagnificação e transferência nas cadeias alimentares.
A contaminação por organoclorados, em geral, pode ser identificada pelos seguintes
sintomas: dilatação da pupila e fotofobia, pálpebras trêmulas, dores de cabeça, alucinações,
intumescimento da língua, agressividade, convulsões, coma, mas dependendo da forma de
contato, podem se manifestar como sintomas:
•
por inalação: pode ocorrer tosse e edema pulmonar;
•
por ingestão: cólicas e diarreia;
•
por via dérmica: dermatites.
Além disto, esses compostos causam sérias lesões hepáticas e renais, atuando principalmente
sobre o sistema nervoso central e no sistema de defesa do organismo.
O tratamento da contaminação deve ser realizado de acordo com os sintomas apresentados,
por exemplo:
•
a pessoa não respira ou respira com dificuldade, fazer respiração artificial utilizando
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
111
um pano fino; induzir ao vômito;
•
se o veneno foi ingerido, proceder uma lavagem gástrica;
•
se a pele está contaminada, lavar com água e sabão;
•
se há convulsão, administrar diazepínicos;
•
se está inconsciente, transportá-la ao centro médico mais próximo, juntamente com
a embalagem ou rótulo do produto.
DDT
O DDT é toxicologicamente um dos mais conhecidos pesticidas, poucas pessoas nunca
ouviram falar dele, e muitos o consideram como um produto do dia a dia. O termo DDT é
a abreviatura para o composto químico diclorodifeniltricloroetano apresentado na Figura 20,
sendo possível observar claramente que o DDT é um organoclorado.
Figura 19 – Fórmula química do DDT
Fonte: Carapeto – Pesticidas
O DDT foi sintetizado pela primeira vez em 1874, mas a partir de 1939 foi reconhecido como
inseticida e, em 1948, seu descobridor ganha o prêmio Nobel. Sua primeira grande aplicação
foi em programas de saúde pública para a eliminação de mosquitos vetores de diversas
doenças após a 2ª Guerra Mundial, seguindo sua utilização na agricultura e nas florestas. Nos
dez primeiros anos de sua descoberta, o DDT salvou aproximadamente cinco milhões de vidas
112 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
e evitou que 100 milhões de pessoas fossem afetadas pela malária, tifo, disenteria e mais de
20 outras doenças transmitidas por insetos.
O DDT possui alta persistência no meio ambiente e baixa solubilidade em água (1,2mg/
m³ a 20°C) e seu principais metabólitos são o DDE (diclorodifenildicloroetileno) e o DDD
(diclorodifenildicloroetano), que são os resíduos maioritários. O DDE não é um inseticida,
porém, é altamente tóxico e mais estável que o DDT, fazendo com que uma aplicação de
DDT tenha grandes probabilidades de afetar espécies não alvo, podendo contaminar cadeias
alimentares completas devido à sua acumulação e biomagnificação e também em função da
dificuldade de degradá-lo por meio de microrganismos ou de fatores físicos (luz solar ou calor).
A Tabela 4 mostra a persistência típica do DDT no solo e de outros inseticidas organoclorados.
Tabela 4 – Persistência de alguns pesticidas no solo
Produto Químico
Aldrina
Heptacloro
Lindano
Dieltrina
DDT
Vida Média
Tempo médio para
(anos)
0,3
0,8
1,2
2,5
2,8
desaparecimento de 95% (anos )
3
3,5
6,5
8
10
Fonte: adaptado de Freedman (1989)
A divulgação e confirmação desses fatos no início dos anos 70 fez com que vários países
industrializados eliminassem o uso do DDT, mas, em países em desenvolvimento e quentes,
esse pesticida continuou a ser utilizado pois os efeitos positivos pelo sofrimento e vidas
humanas poupadas se sobressaiam aos efeitos contaminantes.
Além disso, o DDT é pouco solúvel em água (menos de 0,1ppm), o que significa que, após ser
absorvido por um organismo, não pode ser eliminado pela urina, pela transpiração e nem o va-
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
113
por de água da respiração, por outro lado é solúvel em lipídios, onde tende a bioconcentrar-se.
A população geral não está exposta ao DDT, DDE ou DDD, mas a uma mistura dos 3
compostos, uma vez que DDE e DDD são produtos metabólicos e de degradação do DDT.
A principal via de exposição é por ingestão de alimentos contaminados, particularmente
alimentos gordurosos de origem animal e leite materno. Apesar de o DDT e seus produtos de
biotransformação serem ubíquos na atmosfera, eles estão presentes em baixas concentrações
e as exposições dérmicas e inalatórias são mínimas. A exposição por ingestão de água potável
também é considerada mínima, uma vez que o DDT é pouco solúvel em água. O DDT e o DDE
podem atravessar a placenta e ser excretados no leite materno. O DDE é o principal metabólito
do DDT no sistema biológico.
Os efeitos agudos na exposição leve à moderada incluem náusea, diarreia, aumento da atividade
enzimática do fígado, irritação (dos olhos, nariz e garganta), mal-estar e excitabilidade; em
doses altas podem ocorrer tremores e convulsões. Entretanto, devido à estabilidade química,
o DDT acumula na cadeia alimentar e tecidos de organismos expostos, incluindo pessoas que
vivem em casas tratadas com DDT contra malária.
Estudos epidemiológicos com crianças expostas ambientalmente ao DDT e DDE não
encontraram anormalidades neurológicas ou de desenvolvimento. Contudo, a exposição
ocupacional crônica ao DDT pode estar associada à diminuição permanente das funções
neurocomportamentais, como atenção verbal, velocidade visual, motora e aumento de
sintomas neuropsicológicos e psiquiátricos.
HCH (Hexaclorociclohexano)
O HCH é da classe dos organoclorados e consiste de uma mistura de pelo menos cinco
estereoisômeros com uma composição de aproximadamente 62,5% de αHCH; 11,5%
de βHCH; 14,5% de γHCH; 7,5% de δHCH e 4% de εHCH (Figura 21), sendo que esses
percentuais dependem do processo de fabricação. Desses isômeros, o γ conhecido como
114 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
Lindano é extremamente mais tóxico para os insetos do que os isômeros α e δ, e os isômeros
β e ε são geralmente quase inertes. O isômero β é o mais estável e persistente na natureza,
sendo encontrado nos tecidos adiposo e no leite.
Figura 21 – Formas espaciais do HCH
Fonte: Mello (1999)
A Organização Mundial da Saúde recomenda a o uso de HCH na forma de Lindano (com 99%
de pureza), pois os outros isômeros que não possuem ação sobre os insetos condicionam à
intoxicação crônica. Em função da sua toxicidade e baseando-se na classificação toxicológica
da Secretaria Nacional de Vigilância Sanitária de 1985, o Lindano pertence à Classe II, que
compreende substâncias altamente tóxicas.
O Lindano pode causar sensibilidade cutânea, reação alérgica e exantema, e o HCH pode
causar reações fotoalérgicas. Quanto à carcinogenicidade os isômeros βHCH e γHCH, tiveram
comprovação limitada em animais, entretanto o HCH e o isômero αHCH foram comprovados
como carcinogênicos em animais. Em humanos não há provas suficientes.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
115
BHC (Hexaclorobenzeno)
É um composto aromático halogenado e estável em função do seu núcleo benzênico com o
cloro organicamente ligado em todo o anel (Figura 22), o que inibe sua biodegradação devido à
maioria dos organismos não disporem de enzimas que a degradem, tornando-o extremamente
persistente no ambiente.
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Figura 22 – Fórmula estrutural do BHC
Fonte: baseado em Nakagawa (2003)
A utilização do BHC iniciou-se em 1945 para controle de fungos em sementes, porém teve
sua utilização como fungicida interrompida em 1970, pois apesar de sua toxicidade ser aguda
moderada, ele é classificado como um risco ao ambiente em função da sua persistência e
alta taxa de bioacumulação e está na lista do “Programa as Nações Unidas para o Meio
Ambiente” (PNUMA) que classifica os poluentes orgânicos persistentes (POPs) em função da
sua toxicidade, persistência, capacidade de bioacumulação e de transporte atmosférico.
O BHC é sintetizado por várias vias:
•
por meio de cloração de benzeno sob altas temperaturas na presença de um catalizador;
•
formado como subproduto durante a produção de compostos clorados como os solventes percloroetileno e tricloroetileno, além de agrotóxicos clorados;
•
formado como subproduto de combustão incompleta na presença de cloro;
•
formado em processos como a incineração de lixo urbano e a queima de carvão para
116 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
a produção de cimento.
Segundo Nakagawa (2003), 23000 kg/ano de BHC são adicionados ao ambiente e tem sido
detectado no ar, na água e na biota, tornando-o um contaminante ambiental amplamente
distribuído devido à alta persistência, baixa solubilidade em água e alta solubilidade em gordura.
Por meio de estudos, Nakagawa (2003) observou-se a ocorrência de danos no fígado em
ratos, além disso, o BHC é carcinogênico para hamster e ratos e em humanos produz lesões
na pele e porfíria hepática.
Porfíriahepática:
Asporfiriassão,possivelmente,ogrupodedoençasmaisdifícildesecompreenderemtodaamedicina.Sãodoençasrelativamenterarasligadasaumaúnicasequênciafisiológica,aproduçãodoheme,
com manifestações muito variadas e de difícil diagnóstico. Certa vez um colega, estudando sobre o
assunto,encontrouamelhordefiniçãopossívelparaasporfirias:porfiriaéaqueladoençaquevocê
investiga quando está desesperado para encontrar um diagnóstico.
Conhecidadesdeaantiguidade,masnemsempreidentificadacomoumadoença,aporfiriaprovavelmentefoiafontedemitoscomoosvampiroselobisomens.Possivelmentevitimoudiversasfigurashistóricas conhecidas, como o Rei George III da Inglaterra, o pintor Vincent van Gogh e o escultor mineiro
Antonio Francisco Lisboa, o Aleijadinho. Pode causar sintomas diversos como lesões na pele, dor
abdominal e distúrbios mentais, que muitas vezes são erroneamente interpretados como psiquiátricos.
Seus portadores costumam sofrer seus sintomas por anos até o diagnóstico, que provavelmente só é
realizado em uma minoria.
Fonte:<http://www.hepcentro.com.br/porfiria.htm>.Acessoem:20set.2012.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
117
Inseticidas Ciclodienos
Os inseticidas do tipo ciclodieno utilizados comercialmente, em grande parte, são classificados
como Poluentes Orgânicos Persistentes (POPs). São eles: aldrin, dieldrin, endrin, clordano,
mirex e heptaclor (Figura 23).
Figura 23 – Inseticidas Ciclodienos
Fonte: <http://www.antonio-fonseca.com/Unidades%20Curriculares/2-Ano/Poluicao/1%20Licoes/13%20
-%2014%20-%2015/Pesticidas.pdf>.
O aldrin foi usado na agricultura em culturas de algodão e milho. No meio ambiente, os níveis
de aldrin não são elevados, pois ele se converte em dieldrin que se acumula no tecido adiposo,
e seus metabólitos são eliminados pela bile e fezes.
O endrin é eliminado mais rapidamente no corpo humano não sendo encontrado em altas
concentrações em seres vivos, mas, mesmo não se acumulando eficientemente, pode causar
efeitos negativos. O aldrin, dieldrin e endrin têm seus usos proibidos ou seriamente restringidos
em países desenvolvidos, porém alguns deles ainda são usados em países subdesenvolvidos.
O mirex foi utilizado entre as décadas de 50 e 70 como retardante de chama em plásticos,
118 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
tintas, papel, entre outros. Sua degradação é lenta, e permanece nos solos e meio aquático
por muito tempo.
Os clordanos são substâncias químicas que não ocorrem naturalmente no meio ambiente, em
1988, foram proibidos para todos os usos.
O heptacloro foi muito usado em residências e na produção de alimentos. A exposição pode
ocorrer pela alimentação, ingestão de ar e água contaminados e os efeitos na saúde incluem
danos no sistema hepático, excitabilidade e infertilidade.
Inseticidas fosforados e clorofosforados
Os inseticidas organofosforados (OF) são ésteres do ácido fosfórico e seus derivados que
possuem um ou mais grupos de fosfatos ligados a uma porção orgânica, são menos estáveis
que os organoclorados não apresentando uma tendência para serem bioacumulados e
biomagnificados nas cadeias alimentares.
De maneira geral, a toxicidade desses compostos depende do produto e dos organismos
em contato, pois alguns organofosforados são biocidas de alta toxicidade para quase todos
os animais, outros têm baixa toxicidade aos humanos (por exemplo, o malatião – disponível
no comércio) e temos ainda os organofosforados (paratião, por exemplo), que possuem alta
toxicidade aos humanos. Usualmente é mais caro controlar pragas com organofosforados
do que com organoclorados. Devido a essa alta toxicidade e à facilidade de aquisição, os
organofosforados estão entre as principais causas de intoxicação aguda, em situações
acidentais ou não.
De acordo com a VOMMARO, 2010, dos 37 OF utilizados na agricultura (alguns apresentados
na Tabela 5), aproximadamente 27% são extremamente tóxicos, 43% são altamente tóxicos,
24 % medianamente tóxicos e 6% pouco tóxicos, portanto, aproximadamente 70% são
extremamente e altamente tóxicos para o ser humano, sendo que, para esses compostos, a
Ingestão Diária Aceitável (IDA) varia de 0,01 a 0,0008mg/kg de peso corpóreo. Alguns desses
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
119
compostos serão apresentados com mais detalhes mais adiante.
Tabela 5 – Princípio ativo e nome comercial de alguns OF
Fonte: Mello (1999)
Os inseticidas organofosforados são absorvidos pelo organismo, pelas vias oral, respiratória e
cutânea, sendo a via dérmica a mais comum em intoxicações ocupacionais, além disto, a taxa
de absorção cutânea é aumentada em temperaturas elevadas ou quando há lesões na pele.
Após absorvidos, os OF passam por reações de biotransformação, principalmente no
120 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
fígado, formando produtos menos tóxicos para que sejam eliminados com maior facilidade.
A eliminação dos compostos da biotransformação ocorre principalmente pela urina e fezes e
apenas uma pequena quantidade é eliminada de forma inalterada na urina.
Os efeitos por contaminação são de maneira geral os seguintes: espasmos intestinais,
salivação, sudorese, estimulação das glândulas lacrimais e convulsões; acompanhados de
sintomas, tais como: redução do diâmetro das pupilas, lacrimejamento e rinite aguda, sudação
intensa, vômito e tonturas, dores musculares e caibras, pressão arterial instável, taquicardia,
confusão mental, hipotermia, cianose, cólicas e diarreias, sendo que a morte ocorre geralmente
nas primeiras 48 horas, a possibilidade de recuperação normalmente é completa se não ocorre
falta de oxigenação no cérebro.
Etil parathion
Quando puro, esse composto é um líquido amarelado. Na forma de produto comercial tem
90% de pureza com p-nitrofenol como parte da impureza e apresenta forte cheiro de alho. É
pouco solúvel em água e é solúvel na maioria dos solventes orgânicos.
C2H5O
C2H5O
P
O
NO2
S
Figura 24 – Fórmula química do etil parathion
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Metil paration
É um sólido cristalino (PF = 35°C). O produto comercial é um líquido de cor marrom com
cheiro de alho, possui baixa solubilidade em água e é muito solúvel em solventes orgânicos.
Decompõe-se em meio alcalino, podendo ser transformado em paraoxon.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
121
CH3O
P
CH3O
NO2
O
S
Figura 25 − Fórmula química do metil paration
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Fention
É um líquido pardo com leve cheiro de alho, insolúvel em água e solúvel na maioria dos
solventes orgânicos e muito estável em meio alcalino.
CH3O
CH3O
P
O
S
S
CH3
CH3
Figura 26 − Fórmula química do fention
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Dimetoato (Dimethoate)
É um sólido cristalino branco, pouco solúvel em água e solúvel em solventes orgânicos que
decompõe-se em meio alcalino e com menor intensidade em meio ácido.
CH3O
CH3O
CH3
P
S
S
CH2 C
O
N
H
Figura 27 − Fórmula química do dimetoato
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Malation
O produto comercial é um líquido marrom escuro com forte cheiro de alho que possui de 95%
a 98% de substância ativa. É pouco solúvel em água e é solúvel na maioria dos compostos
122 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
orgânicos e decompõe-se facilmente tanto em meio alcalino quanto em meio ácido. Quando
armazenado inadequadamente, sofre decomposição para compostos similares (malaoxon e
isomalation) que são altamente tóxicos.
CH3O
CH3O
O
P
S
CH
C
OC2H5
O
S
CH2 C
OC2H5
Figura 28 − Fórmula química do Malation
Fonte: baseado em Carapeto – Pesticidas
Disulfoton
O produto comercial é um óleo amarelo escuro de odor aromático, insolúvel em água e solúvel
na maioria dos solventes orgânicos.
C2H5O
C2H5O
P
S
(CH2)2 S
C2H5
S
Figura 29 − Fórmula química do Disulfoton
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Os inseticidas clorofosforados tiveram pouca importância até a década de 1980, quando
entraram em ascensão pelo seu amplo campo de ação, período residual médio, toxicidade
menor do que os fosforados e porque, em geral, não têm ação sistêmica. Dentre eles, estão
os seguintes produtos.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
123
DDVP
O produto comercial é um líquido de coloração que vai do incolor ao amarelo, com densidade
de 1,1415kg/L, altamente solúvel em solventes orgânicos e em água.
CH3O
CH3O
P
O
CH
CCl2
O
Figura 30 – Fórmula química do DDVP
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Dipterex
É um produto sólido de cor branca ou amarelada e solúvel em água na faixa de 15%, solúvel
em solventes orgânicos clorados e ligeiramente solúvel em éter e tetracloreto de carbono. É
estável em ácido e instável em meio alcalino.
CH3O
CH3O
P
CH
O
OH
CCl3
Figura 31 – Fórmula química do Dipterex
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Trition
O produto comercial é um líquido ligeiramente amarelado pouco solúvel em água e solúvel na
maioria dos solventes orgânicos.
124 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
C2H5O
C2H5O
P
S
CH2 S
Cl
S
Figura 32 – Fórmula química do Trition
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Promophos
É um produto comercial sólido cristalino amarelado pouco solúvel em água e solúvel em
solventes orgânicos, tendo uma composição de 90% de composto ativo e 10% de impurezas
diversas.
Cl
CH3O
CH3O
P
O
S
Br
Cl
Figura 33 – Fórmula química do Promophos
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Inseticidas Piretroides Sintéticos
Os piretroides são compostos que surgiram a partir de 1965, obtidos a partir de sínteses
artificiais de moléculas similares às das piretrinas naturais e apresentam uma ação ampliada
se comparada às naturais, possuindo uma estrutura química geral conforme apresentado
na Figura 34 em que os radicais R1, R2 e R3 dependem do composto desejado. Esses
compostos são representados pelas aletrinas, alfacipermetrinas, deltametrinas, permetrinas,
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
125
cipermetrinas, lambda-cialotrina, entre outros (ver Tabela 6), compreendendo inseticidas de
uso agrícola, veterinário e domissanitário.
R1
R2
O
C
CH CH CH C
OR3
CH
CH3
CH3
Figura 34 – Estrutura geral dos piretoides sintéticos
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Algumas qualidades desse grupo são: melhor efeito desalojante sobre as baratas; efeito
fulminante sobre moscas, mosquitos e baratas; algum vapor de efeito tóxico sobre os insetos
e certo efeito residual, devendo ser utilizado com efeito de choque (knock-down) quase
instantâneo.
Tabela 6 – Exemplos de estruturas de piretoides sintéticos específicos
Composto
Radicais
R1
R2
Cipermetrina
- Cl
- Cl
Permetrina
- Cl
- Cl
R3
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Em geral, são compostos pouco ou moderadamente tóxicos aos animais superiores e
raramente envolvidos em intoxicações, assim, são em geral destituídos de antídoto específico,
o tratamento de um ser humano ou animal intoxicado de forma sintomática é feito com a
indicação do emprego de anti-histamínicos. São compostos facilmente absorvidos pelo trato
digestivo e via respiratória e pouco absorvidos pela via dérmica, podendo causar reações
126 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
alérgicas.
Inseticidas Carbamatos
São inseticidas derivados do ácido carbâmico, e sua comercialização teve início por volta
de 1960. O mais utilizado é o carbaril. Assim como os organofosforados, os carbamatos
apresentam ação letal rápida sobre os insetos, apesar de um curto poder residual. Os
carbamatos não são prontamente solúveis em solventes orgânicos geralmente usados para
inseticidas de formulação oleosa, nessa forma eles são prontamente absorvidos pelo corpo
e apresentam um grande espectro de atividade inseticida, porém, quando em formulações
sólidas, são pouco absorvidos pelo organismo humano, tornando a absorção dérmica não
considerada importante no aparecimento de efeitos tóxicos.
A ação dos carbamatos é similar à dos inseticidas organofosforados nos sistemas biológicos,
tendo como diferença apenas dois fatores principais: são potentes inibidores da Aliesterase
(cuja função exata é desconhecida) e apresentam seletividade pronunciada contra as
AChE de certas espécies, além disto, a segunda diferença é que a inibição da AChE pelos
carbamatos é reversível. Essa segunda diferença permite ao homem uma rápida recuperação
do envenenamento acidental, mas permite também a recuperação de insetos se atingidos por
doses subletais.
Carbaril
O carbaril é um inseticida da classe dos carbamatos comercializado com 95% de pureza e
que se encontra na forma de um sólido cristalino branco, pouco solúvel em água (até 20%) e
solúvel em solventes orgânicos, além de ser instável em meio alcalino.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
127
Figura 35 – Fórmula química do carbaril
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
Baygon ou Propoxur
Produto comercial na forma de pó cristalino branco, pouco solúvel em água (até 0,002g/mL) e
solúvel em solventes orgânicos polares.
O
O
C
NHCH3
O CH(CH3)2
Figura 36 – Fórmula química do Baygon
Fonte: baseado em Tocchetto (online)
128 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
Fonte: SHUTTERSTOCK.COM
Embalagens dos agrotóxicos
Estima-se que o Brasil produza hoje cerca de 115 milhões de embalagens para armazenamento
de 250 mil toneladas de agrotóxicos. Em 2000, foi aprovada a legislação que regulamenta o
destino das embalagens.
As embalagens laváveis (rígidas, feitas de plástico, metal ou vidro) devem ser recolhidas e,
depois, submetidas à tríplice lavagem, procedimento que consiste na lavagem do vasilhame
com água limpa por 3 vezes, diminuindo a quantidade de restos de agrotóxico. Essa mesma
água será usada na diluição do agrotóxico a ser aplicado.
A queima controlada das embalagens é uma prática e técnica ambientalmente viáveis para
embalagens contaminadas, porém apresenta um elevado custo e pouca oferta de incineradores
para a sua realização.
A queima em caldeiras para o uso em indústrias, principalmente na fabricação de cimento, tem
como vantagem o uso de matéria-prima com alto poder calorífico, principalmente o plástico. O
custo do transporte das embalagens constitui a sua grande desvantagem.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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Provavelmente, a solução mais viável é a reciclagem com o objetivo de produzir outros produtos
plásticos, já que as matérias-primas usadas são potencialmente recicláveis. O contato do
produto tóxico com a embalagem, no entanto, torna necessária uma análise detalhada de
cada caso.
Para o vidro e o metal não parece haver problemas, uma vez que as temperaturas a que eles
serão submetidos (mais de 1000°C) no processo de reciclagem, asseguram a total degradação
das moléculas do princípio ativo.
Os plásticos, por sua vez, são submetidos a temperaturas de 150°C a 170°C, insuficientes
para a inativação dos princípios ativos. Portanto, não devem ser usados na confecção de
produtos que possam comprometer a saúde de pessoas e animais.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Esta unidade teve início com a apresentação dos conceitos de bioacumulação e biomagnificação,
que descrevem um processo pelo qual a concentração de poluentes nos animais aumenta na
direção do topo da cadeia alimentar e principalmente como medir a bioconcentração que é
dada pelo fator de bioconcentração (FBC) a relação entre a concentração do composto no
tecido do organismo e na água na situação de equilíbrio.
Em seguida, foram apresentados os conceitos de dioxinas e furanos, que são produzidos por
meio de diversas fontes de combustão e como impurezas na manufatura de diversos produtos
organoclorados, assim como sua formação, suas propriedades físico-químicas e seus efeitos
sobre a saúde humana.
Na parte final da unidade, foram apresentados os agrotóxicos (definidos anteriormente, como
produtos destinados a alterar a composição da flora ou da fauna, a fim de preservá-las da ação
danosa de seres vivos considerados nocivos) e seus tipos com relação à sua ação específica
(inseticida, herbicida, fungicida etc.).
Para finalizar a unidade, foi apresentada a situação atual de regras para destinação das
embalagens dos agrotóxicos que são uma das principais fontes de contaminação relacionadas
aos agrotóxicos.
130 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
ATIVIDADE DE AUTOESTUDO
01 – De qual meio – ar, alimento ou água – se origina a maior parte da exposição humana
às dioxinas?
02 – Explique o que significam os termos bioacumulação e biomagnificação.
03 – Descreva as principais diferenças entre o DDT e seus análogos.
04 – Comente sobre qual é a destinação das embalagens de agrotóxicos no Brasil.
05 – Explique quais as diferenças entre o Lindano e seus análogos.
06 – Em uma lagoa costeira, foram medidas as concentrações na água de algumas substâncias tóxicas. Os peixes dessa lagoa também foram analisados para as mesmas substâncias. Os resultados dessas medições estão apresentados na tabela a seguir:
Os peixes analisados são todos carnívoros. Por que a concentração das substâncias
tóxicas nos peixes é maior do que a observada nas águas da lagoa?
Segundo dados dos artigos apresentados nos links a seguir, uma quantidade de dioxina correspondente a um grão de arroz, se distribuído de forma igual e direta entre a população, é equivalente à
taxa anual “permitida” para um milhão de pessoas, portanto, estes trabalhos trazem informações a
respeito do que são as dioxinas e furanos, seus efeitos nos organismos, como são produzidos e sobre
sua eliminação.
<http://www.forumpermanentedefesavida.com.br/artigos/dioxinas.pdf>.
<http://www.acpo.org.br/biblioteca/02_substancias_quimicas/dioxinas/eliminacao_dioxinas_
greenpeace.pdf>.
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O texto apresentado no link é bastante interessante pois trata de um tema pouco conhecido (ou
conhecido, porém tabu) no universo médico mas já debatido há anos na Medicina Ambiental: Os
Poluentes Orgânicos Persistentes (POPs) que são as 12 substâncias mais nocivas ao ser humano (Os
"DOZE SUJOS") agregadas em uma categoria denominada POPs.
<http://www.ecologiamedica.net/2010/09/poluentes-organicos-persistentes-pops-e.html>.
Convenção de Estocolmo sobre os Poluentes Orgânicos Persistentes - Convenção POPs é,
indubitavelmente, um dos mais importantes instrumentos de promoção da segurança química global,
incluindo no seu escopo a determinação de obrigação dos Países Parte de adotarem medidas
de controle relacionadas a todas as etapas do ciclo de vida - produção, importação, exportação,
disposiçãoeuso,dassubstânciasclassificadascomopoluentesorgânicaspersistentes-POPs.Em
uma posição preventiva, a Convenção determina que os governos promovam as melhores tecnologias
e práticas no seu campo tecnológico e previnam o desenvolvimento de novos POPs em suas plantas
industriais.Indomaisalém,definecomoseuobjetivofinalaeliminaçãototaldosPOPs.Destaforma,
este trabalho apresenta na íntegra o texto da Convenção de Estocolmo.
<http://www.mma.gov.br/estruturas/smcq_seguranca/_publicacao/143_publicacao16092009113044.
pdf>.
O manuseio inadequado de agrotóxicos é assim um dos principais responsáveis por acidentes de
trabalho no campo. A ação das substâncias químicas no organismo humano pode ser lenta e demorar
anos para se manifestar. Segundo a OMS, há 20.000 óbitos/ano em consequência da manipulação,
inalação e consumo indireto de pesticidas, nos países em desenvolvimento, como o Brasil. Este link
apresenta uma grande quantidade de informações a respeito da correta aplicação e os cuidados
necessários no trabalho com agrotóxicos, tentando auxiliar na redução destes índices.
<http://www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/agrotx.htm>.
132 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
UNIDADE V
Metais pesados
Professor Me. Carlos Eduardo Santana Alves
Objetivos de Aprendizagem
• Compreender as consequências dos metais pesados ao meio ambiente.
• Conhecer os metais pesados.
• Conhecer onde são empregados.
• Conhecer quem são seus agentes poluidores.
Plano de Estudo
A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade:
• Cádmio
• Arsênio
• Chumbo
• Mercúrio
• Alumínio
• Bário
• Cobre
• Manganês
• Cromo
• Níquel
• Zinco
INTRODUÇÃO
O maior grupo de elementos químicos existente é o dos metais, que possuem boa condução
de eletricidade diferenciando-se assim dos não metais, que não são bons condutores, e dos
semimetais (B, Si, Ge, As, Te), que têm baixa condutividade elétrica. Os metais pesados
encontram-se em todas as partes, no solo, na água e no mar.
Apesar de o termo metal pesado estar associado com poluição ou toxicidade (Whitton, 1984),
por definição, metais pesados são os metais com densidade acima de 5g/cm³ de acordo com
Beveridge et al. (1997), entretanto, esta é uma definição arbitrária por contemplar muitos
metais.
Os metais pesados absorvidos pelo ser humano se depositam no tecido ósseo e gorduroso,
deslocando minerais nobres dos ossos e músculos para a circulação causando doenças,
assim pode-se afirmar que o consumo habitual de água e alimentos contaminados coloca
em risco a saúde. As populações que moram em torno das fábricas de baterias artesanais,
industriais de cloro-soda que utilizam mercúrio, indústrias navais, siderúrgicas e metalúrgicas
correm risco de serem contaminadas.
Os metais, de acordo com sua aplicação ou efeito sobre os organismos vivos, podem ser
classificados em três grupos:
Metais essenciais: são os metais com funções essenciais na matéria viva. O Na, K, Mg,
Ca são considerados macronutrientes, ou seja, elementos construtores no meio intracelular e possuem concentração elevada. Já os metais como Co, Ni, Zn, e Mo são micronutrientes, isto é, necessários em baixíssimas concentrações sendo tóxicos em altas
concentrações. O cobre (Cu) tem uma essencialidade discutível. O tungstênio (W) tem
sido apontado como essencial em função de as bactérias termofílicas de fontes termais
submarinas (130ºC) serem dependentes de tungstênio em seu metabolismo.
- Metais tóxicos: são metais que não têm função metabólica conhecida. Elementos como
antimônio e selênio são considerados tóxicos apesar de serem semimetais e exercerem
efeitos diferentes dos metais tóxicos. O alumínio, em decorrência da solubilização de
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aluminosilicatos nos solos em consequência das chuvas ácidas e das espécies de Al(III),
é tóxico às bactérias do solo, gerando problemas em horticultura e por isso vem sendo
considerado tóxico.
Metais indiferentes: metais como Rb, Cs, Sr e vários metais de transição são por vezes
acumulados nas células por interações físico-químicas não específicas ou por mecanismos específicos de transporte. Os íons acumulados podem exercer efeitos biológicos
indiretos como a substituição do íon K+2 na neutralização de cargas de Rb+ ou Cs+. A
presença desses metais em microrganismos, por exemplo, reflete as características geológicas ou ambientais de um local. Um exemplo é a presença de 137Cs+ em bactérias
dos solos do norte europeu como consequência da deposição atmosférica do material
radioativo de Chernobyl.
CÁDMIO
Apesar localizado na tabela periódica na mesma coluna do Zn e do Hg, possui propriedades
próximas às do Zn inibindo enzimas. É encontrado na natureza em associação ao Zn, sendo
obtido a partir da mineração e fundição do Zn. Em alguns casos, a substituição do zinco pelo
cádmio leva ao aumento na atividade catalítica.
Figura 37 – Cádmio isolado
Fonte: <http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/cadmio>
As principais aplicações do cádmio estão na constituição de eletrodos de baterias recarregáveis,
em dispositivos fotovoltaicos e monitores de TV (na forma de CdSe) e na composição de tintas
amarelas brilhantes (na forma de CdS).
As principais fontes de poluição são deposições de partículas suspensas no ar, fundições de
Pb, Zn e Cu, combustão de carvão, incineração de materiais residuais, e fertilizantes comerciais
de fosfatos. Ele contamina o solo, o ar, a água e o lençol freático e é bioacumulativo em toda
136 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
a cadeia alimentar, provocando intoxicação nos seres humanos quando ingerem alimentos
contaminados com cádmio.
Por meio da deposição atmosférica, chega ao solo e é absorvido pelas plantas com pH baixo,
em função de sua similaridade com o zinco, que é um nutriente essencial. Nos humanos,
pode ser absorvido pela dieta alimentar e possui uma toxicidade aguda com dose letal de
aproximadamente um grama para algumas espécies, sendo que os seres humanos possuem
uma proteção em níveis baixos em função da proteína metalotioneína que regula o metabolismo
do zinco.
O cádmio possui uma natureza tóxica bastante séria e foi responsável por um envenenamento
crônico, ocorrido no Japão há 40 anos, que se deu em consequência do consumo de cereais
contaminados. O cádmio se acumula no fígado e nos rins, produzindo nefrite. A ingestão
prolongada, associada à disfunção renal, conduz à excreção de proteínas e, em casos agudos
,as vítimas experimentaram dores intensas causadas pela degeneração óssea pela remoção
de cálcio dos ossos. Além disto, pode provocar alterações no sistema nervoso central e
no sistema respiratório, causando o aparecimento de edema pulmonar, câncer pulmonar e
irritação no trato respiratório. Provoca perda de olfato, formação de um anel amarelo no colo
dos dentes, redução na produção de glóbulos vermelhos.
ARSÊNIO
É encontrado na natureza em associação com minerais sulfetos (Figura 38), tendo como
principais fontes difusoras a pirita e o sulfeto de ferro, que, por meio do intemperismo, causa
a liberação de arseniato com hidróxidos de sulfato e férrico. O arseniato adsorve o hidróxido
férrico e se deposita nos sedimentos dos rios.
Figura 38 – Rocha de sulfeto de arsênio
Fonte: <http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/arsenio/>
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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O arsenito As2O3 (As3+ ou As(III)) é mais tóxico que o arseniato, AsO43-, (As5+ ou As(V)), pois
se liga mais facilmente às proteínas, danificando o DNA das células humanas e, a baixos
níveis, inibe os receptores de ativação do hormônio Glucocorticoide, que ativa muitos
genes supressores de câncer e reguladores de açúcar no sangue, portanto a arsenicose é
desencadeadora de diabetes e câncer.
CHUMBO
Extraído do mineral galena, PbS, contendo 86% do metal e da cerusita, PbCO3, (77%).
Antigamente era usado em tubulações, panelas e construção de edifícios. Na década passada,
eram utilizados em lacres de botijão de gás; hoje é usado como uma liga com o estanho para
solda de eletrônicos e de latas e em baterias de automóveis; usado também como munição
e chumbada de pescar. Sais de chumbo fornecem cores estáveis e brilhantes; o Pb3O4, cor
vermelha brilhante, o PbCrO4 é amarelo e o Pb3(CO3)2(OH)2 é branco.
As principais vias de contaminação com chumbo inorgânico são a ingestão e respiração, e as
contaminações com compostos orgânicos de chumbo podem ocorrer pela penetração através
da pele além de ingestão e inalação.
Nas tubulações, o chumbo pode se dissolver se a água estiver muito ácida ou mole, em
águas duras não ocorre esse problema. A ingestão de chumbo pela água representa 1/5 da
contaminação. O restante se dá pelos alimentos e pelo ar.
Figura 39 – Galena retirada de minas na Alemanha
Fonte: <http://www.cdcc.sc.usp.br/elementos/chumbo.html>
138 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
O chumbo encontra-se muitas vezes na forma de compostos covalentes como o tetrametilato
de chumbo e o tetraetilato de chumbo, que foram muito utilizados como aditivos para gasolina
para controlar seu poder detonante, mas após a combustão se formam os di-haletos que se
converte em óxido de chumbo (PbO) pela ação da luz na forma de aerossol tornando-se em
uma fonte de contaminação ambiental. O Brasil produz gasolina sem chumbo desde 1989.
A contaminação, mesmo em concentrações baixas, danifica células do cérebro, podendo levar
à morte. O acúmulo desse metal ocorre nos ossos, onde se concentra 90% do total existente
no corpo humano. A excreção é feita por via urinária e pelas fezes. Do mesmo modo que o
Hg(II) e o Cd(II), o chumbo inibe enzimas que contêm grupos SH, porém menos fortemente.
Os principais sintomas de intoxicação por chumbo são: irritabilidade e agressividade,
indisposição, dores de cabeça, convulsões, fadiga, sangramento gengival, dores abdominais,
náuseas, fraqueza muscular, obnubilação mental, perda de memórias, insônia, pesadelos,
acidente vascular cerebral inespecífico, alterações de inteligência, osteoporose, doenças
renais, anemias, problemas de coagulação.
A maior parte do chumbo no organismo está no sangue, mas quando em excesso ele penetra
nos tecidos macios como o cérebro e se deposita nos ossos. As crianças absorvem mais
chumbo que os adultos, e esse metal permanece por vários anos nos organismos. O chumbo
na criança (menor de 7 anos) provoca interferência no desenvolvimento de seu cérebro,
por exemplo, crianças australianas com 300 ppb de chumbo no sangue apresentaram uma
diminuição de 4 a 5 pontos no QI, comparado com as que continham 100 ppb.
Para o chumbo, os efeitos no corpo humano são os mesmos em caso de ingestão ou inspiração,
afetando principalmente o sistema nervoso central, além disto, pode causar anemia por
inibição da síntese da hemoglobina, fraqueza nos dedos, punhos ou calcanhar, hipertensão,
mal funcionamento dos rins, inibe ação de cálcio e proteínas e atinge o nervo óptico e auditivo.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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MERCÚRIO
O mercúrio é um poluente natural da atmosfera e das águas, encontrando-se armazenado em
depósitos naturais como vulcões e fogos florestais, em função disso, organismos expostos de
forma natural em locais com alto teor de mercúrio parecem ter desenvolvido mecanismos de
defesa, realizando metilação ou redução com formação de Hg22+ e Hg, ambos voláteis.
Figura 40 – (a) Mercúrio na rocha e (b) Mercúrio líquido
Fonte: <http://www.areaseg.com/toxicos/mercurio.html>
Fonte: <http://www.areaseg.com/toxicos/mercurio.html>
Entretanto, além das emissões naturais, grandes quantidades de vapor de mercúrio são
lançadas ao ar por meio de emissões realizadas pelas atividades humanas, como: a combustão
de carvão ou óleo combustível, a incineração de lixo, na agricultura com inseticidas e fungicidas,
assim como nas indústrias, tais como a farmacêutica e na produção de interruptores elétricos,
baterias, bulbos de lâmpadas fluorescentes, de lâmpadas a mercúrio, baterias de celular,
termômetros, entre outros, tornando a concentração local de mercúrio maior que aquela
produzida naturalmente, o que pode gerar sérios problemas ambientais. Na cadeia alimentar, o
mercúrio encontra-se principalmente na forma de compostos do tipo CH3-Hg-R, em virtude da
grande afinidade por grupos SH, abundantes nas proteínas. Como o mercúrio tem alta interação
com a membrana lipoprotéica, sua absorção no trato gastrointestinal tem alta eficiência nas
formas: CH3Hg+ (100%), C2H5 -Hg+ (50%) e Hg (II) (20%). Entrando para a circulação sanguínea,
140 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
concentra-se, principalmente, nas células vermelhas, podendo provocar hemólise (destruição
dessas células) e se acumulando principalmente no fígado e rim.
O mercúrio é o mais volátil de todos os metais, e seu vapor é altamente tóxico espalhando-se
dos pulmões para a corrente sanguínea, e depois, atravessando a barreira sangue-cérebro,
ele penetra no cérebro. Por outro lado, o mercúrio líquido não é altamente tóxico, pois a maior
parte do que é ingerida é excretada.
A alta toxicidade do mercúrio é o seu longo tempo de permanência no organismo. O tempo
de meia vida do metilmercúrio, CH3-Hg+, no corpo humano é de 70 a 90 dias, sendo ainda
maior no cérebro, e a eliminação se dá nas fezes. Os danos produzidos no cérebro via sistema
nervoso central causam perda de sensibilidade nas extremidades das mãos, dos pés e de
áreas ao redor da boca (parestesia), seguida de perda de coordenação dos movimentos
(ataxia), dificuldade de articulação das palavras (disartria), perda de audição, cegueira e morte.
Estima-se que 25mg de metilmercúrio produzam parestesia, 55mg provoquem ataxia, 90mg
causem disartria e 200mg levem à morte.
Alguns relatos famosos sobre intoxicação por mercúrio são relacionados abaixo:
•
Finale – Itália: as emissões de uma fábrica de cloreto de mercúrio causaram graves
problemas de poluição no ar.
•
Iraque: ocorreu envenenamento pela ingestão de pães feitos com trigo tratado com
fungicida à base de alquilmercúrio.
•
Baia de Minamata – Japão: o lançamento de águas residuárias de uma fábrica de
cloro e soda cáustica, ricas em mercúrio (eletrólise do cloreto de sódio - 100g de Hg
são produzidos para cada tonelada média de cloro produzido), provocou a contaminação dos peixes e, por consequência, da população local.
No Brasil, o interesse pelos problemas causados pelo mercúrio começou a partir de 1980 com
a descoberta do ouro em Serra Pelada (Pará) e outras regiões da Amazônia, em função dos
problemas causados aos garimpeiros pela inalação do mercúrio volatilizado e a poluição do
curso d’água pelo mercúrio utilizado.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
141
Intoxicações leves com mercúrio podem causar dor de estômago, diarreia, tremores,
depressão, ansiedade, gosto de metal na boca, dentes moles com inflamação e sangramento
na gengiva, insônia, falhas de memória, fraqueza muscular, nervosismo, mudanças de humor,
agressividade, dificuldade de prestar atenção.
Intoxicações severas com mercúrio podem causar inúmeros problemas neurológicos graves,
inclusive paralisias cerebrais; mulheres grávidas amamentando crianças e possíveis futuras
mães fazem parte da população de risco com relação a esse tipo de contaminação.
Amálgama dental
O amálgama dental é uma combinação de mercúrio líquido e uma mistura formada principalmente
por prata e estanho que pode contaminar o ser humano, pois, quando a obturação estiver
envolvida na mastigação da comida e ocorrer a vaporização de uma pequena quantidade de
mercúrio, estes vapores serão absorvidos pelo organismo causando uma contaminação que
pode se agravar ao longo do tempo. Outro ponto a ser observado é que, durante a cremação
de cadáveres, pode ocorrer a vaporização de mercúrio elementar para a atmosfera.
Contaminação gerada em garimpos
Por meio da atividade dos garimpos, estima-se que entre 1570 e 1900 foram emitidas cerca
de 200.000 toneladas de mercúrio para o ambiente, e entre os anos 70 e 90, cerca de 500
toneladas tenham sido lançadas na Amazônia contaminando peixes e consequentemente
os humanos. Estudos demonstraram que determinadas espécies de peixes da região (traíra,
tucunaré, pescada e peixe cachorro) consumidos pela população local apresentaram níveis
de mercúrio total acima do limite recomendável pela Organização Mundial da Saúde para
consumo humano, isto é, superiores a 0,5µg por grama de alimento consumido.
Os garimpeiros sofrem intoxicação por via respiratória quando o mercúrio é aquecido e seus
vapores são inalados pelo garimpeiro, além disto, ocorrem intoxicações por via cutânea, pois
as técnicas precárias utilizadas no manuseio do metal e a falta de equipamentos de proteção
142 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
permitem que a pele do garimpeiro entre em contato com o mercúrio. Ocorrem também
contaminações de plantas e animais, pois uma parte do mercúrio é perdida, ou até mesmo
jogada fora causando danos ambientais a essas plantas e animais que, quando ingeridos,
causam doenças as pessoas que os consomem.
Produção de cloreto de vinil, acetaldeído e soda cáustica
Outra fonte poluidora de mercúrio são as fábricas de cloroalcalis produtoras de cloreto de vinil,
acetaldeído e soda cáustica, que, entre os anos de 1994 e 1995, lançaram 7 das 158 toneladas
de mercúrio emitidas no ambiente nos Estados Unidos. Isso ocorre porque no processo de
produção nem todo mercúrio é reciclado, uma pequena parte é lançada no ar e vertida no
rio, tornando-se acessível aos peixes por ele ser oxidado até formas solúveis mediante as
intervenções de bactérias presentes nas águas naturais.
A formação de Metilmercúrio e Dimetilmercúrio
A toxidade ambiental do mercúrio está associada quase inteiramente a ingestão de peixes,
os quais no máximo 94% e pelos menos 80% se contaminaram com mercúrio na forma
de metilmercúrio. As bactérias redutoras de sulfato em sedimentos geram metilmercúrio
e dimetilmercúrio e o liberam na água. O agente ativo desse processo de metilação é a
metilcobalimina, que é um constituinte derivado da vitamina B12 com um ânion CH3 ligado a
um cobalto, comum dos microorganismos.
Em 1977, a pesquisadora americana Karem Wetterhahn, morreu de envenenamento por
mercúrio vários meses depois que 2 gotas de dimetilmercúrio puro penetraram através das
luvas de látex que estava usando enquanto manipulava o composto em experimentos.
No passado ocorreram centenas de mortes no Iraque e nos Estados Unidos, em consequência
do consumo de pão preparado com sementes de cereais que tinham sido tratados com
metilmercúrio, como fungicida, a fim de reduzir as perdas devido a ataque de fungos.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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ALUMÍNIO
O alumínio ainda não tem bem definido seu papel no metabolismo dos organismos vivos,
porém, a princípio é um metal não essencial, embora alguns autores sugiram que seja um
metal essencial, sua toxicidade está comprovada, sendo, portanto, tóxico. A dose letal aguda
(LD50) de alumínio é de 2,5 x 10 -2mol.kg-1 em 31 ratos.
Figura 41 – Alumínio concentrado
Fonte: < http://www.reciclaaluminio.com.br/produtos.html>
Apesar dos compostos de alumínio serem fracamente absorvidos pelo trato gastrointestinal,
a ingestão excessiva pode causar problemas. Esse tipo de contaminação pode ocorrer em
tratamentos com antiácidos.
A essencialidade de um elemento é comprovada por meio do aparecimento de uma doença
em função de sua suspensão na dieta, entretanto, como o alumínio é ubíquoto (encontrado por
toda parte) no ambiente, essa verificação é dificultada.
144 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
BÁRIO
O principal minério do bário é a barita ou sulfato de bário (BaSO4). Suas formas industriais
e domésticas são carbonato, cloreto, hidróxido, sulfato e nitrato e se comporta como forte
antagonista do cálcio no organismo.
Figura 42 – (a) Minério do bário e (b) Rocha com sulfato de bário
Fonte:<http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/4555-mineracao-caracteristicas-doelemento-bario/>
Fonte: <http://tablperiodfam2-a.blogspot.com.br/2010/06/bario.html>
Descoberto em 1808, o bário (significa “pesado”) é um elemento tóxico que pode matar pela
ingestão de apenas meio grama, porém possui uma absorção lenta. Esse elemento deposita-se nos ossos, olhos e pulmões, causando forte vasoconstrição. É utilizado em venenos para
ratos, substâncias depilatórias, pigmentos para pintura, vidros e cerâmicas. Em medicina é
usado em contrastes radiológicos para estômago, vesícula e intestinos.
A contaminação em crianças pode causar retardamento mental, o não desenvolvimento físico
e grande tendência ao isolamento. Nos idosos pode provocar demência senil, levando a um
comportamento infantil e inseguro, além de provocar aumento da próstata nos homens e
incontinência urinária em ambos os sexos. Pode produzir um aumento de gânglios, maior
suscetibilidade a resfriados e cheiro fétido nos pés e virilhas.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
145
Dentre os sintomas da intoxicação aguda pelo bário estão a excessiva salivação, vômitos,
cólicas, diarreia, tremores convulsivos, pulso lento e pressão alta, seguidos de hemorragias
no estômago, intestinos e rins e, finalmente, parada cardíaca. O exame de sangue apresenta
grande aumento de leucócitos, simulando uma infecção aguda, e as radiografias mostram
lesões ósseas do fêmur e do maxilar. O bário é uma grande causa de derrames e acidentes
vasculares quando em excesso no organismo.
COBRE
O cobre (Cu) é um elemento de transição e sua forma mais comum é o cátion e para os
seres vivos pode ser benéfico ou maléfico. Dependendo de sua concentração, pode causar
sérios danos ao cérebro e provocar manchas na pele (anel de Kayser-Fleischer). É comum na
natureza encontrar o cobre combinado com ferro, carbono e oxigênio, sendo conhecidas mais
de sem espécies de minerais de cobre das quais apenas seis têm interesse comercial, sendo
a calcocita (Cu2S), que possui 79,8% de cobre, e a calcopirita (CuFeS2), com 34,5%, as mais
utilizadas pelo mercado.
O cobre, em conjunto com a doença de Wilson, é fatal a menos que seja diagnosticada e tratada
a tempo. A doença de Wilson é um distúrbio genético que provoca um acúmulo excessivo de
cobre no organismo, pois pequenas concentrações de cobre são tão essenciais quanto às
vitaminas. O cobre está presente na maioria dos alimentos, as pessoas saudáveis excretam o
excesso de cobre que ingerem, mas os doentes de Wilson não fazem isso.
Figura 43 – Minério de cobre
Fonte: <http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/cobre/>
146 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
O cobre começa a se bioacumular desde o nascimento e quando em excesso ataca o fígado
e o cérebro, provocando hepatite, sintomas neurológicos e psiquiátricos que começam a
aparecer no fim da adolescência. Os principais sintomas são icterícia, inchaço do abdome,
vômito de sangue ou dor de estômago, tremores, dificuldade para caminhar, para falar e para
engolir, além disto, pode ocorrer o desenvolvimento de todos os níveis de doença mental,
inclusive comportamento homicida ou suicida, depressão e agressividade. As mulheres podem
apresentar irregularidade na menstruação, períodos de ausência de menstruação, infertilidade
ou abortos múltiplos.
Como é o fígado o primeiro órgão a ser atacado, em aproximadamente metade dos casos é o
único órgão afetado. As alterações físicas no fígado são visíveis apenas no microscópio. Nos
pacientes que a doença evolui, os sintomas são semelhante aos da hepatite infecciosa ou uma
mononucleose infecciosa.
MANGANÊS
O manganês (Mn) é um mineral essencial ao funcionamento do nosso organismo como um
micronutriente que é tanto é um ativador como um constituinte de várias enzimas além de atuar
na síntese de lipídios, na síntese de hormônios da tireoide, entre outras funções.
Figura 44 – Minério de manganês
Fonte: <http://tudosobrepericiacriminal.blogspot.com.br/2011/05/biblioteca-de-intoxicacoes-2.html>
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O manganês é considerado como um elemento de baixa toxicidade em função da forma química
(Mn2+ e Mn4+) administrada com efeitos adversos variados. No entanto, quando absorvido por
via oral em altas concentrações, pode causar alucinações e doenças do sistema nervoso
central. Estes efeitos também podem aparecer quando ocorre a inalação crônica de manganês
(relacionada com a via respiratória) por meio do ar contaminado oriundo de atividades de
minas de aço ou de algumas indústrias químicas.
Os sintomas de intoxicação por manganês são semelhantes aos da doença de Parkinson
(tremores e rigidez muscular), perda de apetite, paralisia cerebral, problemas neurológicos,
doenças psiquiátricas e perda de memória, anorexia, fraqueza, apatia, insônia e outras
perturbações do sono, excitabilidade mental, comportamento alterado, dores musculares
e distúrbios psicológicos: “loucura mangânica”, caracterizada por comportamento violento
associado a períodos de mania e depressão.
O manganês está presente em uma variedade de alimentos. Alguns alimentos como grãos
(semente), arroz, noz, podem exceder 10mg por kg de alimento. Os cereais e os chás
apresentam altas concentrações de manganês (780 – 930 mg.kg-1) (IPCS, 1997).
CROMO
O cromo +3 (Cr3+) é a forma estável e é considerada a forma essencial que apresenta atividade
biológica, dessa forma não há evidências sobre sua toxicidade. O cromo +6 (hexavalente –
Cr6+), presente nos cromatos, é 100 vezes mais tóxico para as plantas, animais e o homem do
que o Cr3+.
O cromo é um nutriente essencial que potencializa a ação da insulina, influenciando o
metabolismo de carboidratos, lipídios e proteínas, sendo raros os riscos de intoxicação via
ingestão de alimentos. Na cadeia alimentar, 60% do cromo é encontrado em plantas que se
constitui como uma via de exposição a esse elemento.
148 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
A ingestão diária de cromo pode variar amplamente dependendo das proporções dos grupos
de alimentos na dieta. A dose diária de ingestão de cromo para adultos é de 5 – 200 μg.dia-1.
A quantidade de cromo observada em alimentos pode variar substancialmente. Essa diferença
observada pode ser atribuída à influência do local de plantio dos alimentos.
NÍQUEL
O níquel é um metal branco-prateado, dúctil, maleável, peso específico 8,5 g/cm³, tem seu ponto
de fusão em aproximadamente 1.453ºC, peso atômico 58,68, possuindo grande resistência
mecânica à corrosão e à oxidação. O níquel se apresenta na natureza como sulfetos (milerita e
pentlandita (FeNi9S8)), que representam 90% do níquel extraído, associados a outros sulfetos
metálicos em rochas básicas contendo cobre e cobalto. Outra forma do níquel é a garnierita
ou silicato hidratado de níquel e magnésio, que se encontra associado às rochas básicas
(peridotitos) formando veias e bolsas de cor verde maçã.
O níquel (Figura 45) é utilizado em ligas ferrosas e não ferrosas para consumo no setor
industrial, em material bélico, em moedas, na área de transporte, nas aeronaves, na área
de construção civil, aços inoxidáveis, ou ainda na produção do ímã artificial conhecido como
Alnico (Alumínio, Níquel e Cobre). O sulfato de níquel presta-se à chamada galvanoplastia
(banhos de sais de níquel para um acabamento refinado e protetor de diversas peças de
metal).
Figura 45 – Minério de níquel
Fonte: <http://www.edukbr.com.br/mochila/quiosque_conteudo.asp?Id_Quiosque=152>
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Como outros metais, o níquel, quando em pequenas quantidades, é necessário ao organismo
do homem e de outros animais, porém, quando as quantidades ultrapassam as requeridas, ele
se torna prejudicial. Em geral, são ingeridas três vezes a quantidade diária necessária, mas
esse valor ainda é considerado seguro pois em dietas em que são ingeridos de 100 a 300µg/
dia não são observados graves problemas relacionados a toxicidade. Em geral, os problemas
de toxicidade começam a aparecer após aproximadamente 4 horas de exposição a elevados
níveis do composto pela exposição por via respiratória ou gastrointestinal.
Muitos alimentos têm alto nível de níquel em sua constituição como chocolate, coco, gordura
hidrogenada, frutos secos, feijão, ervilhas secas, nabo e os cereais. Outras fontes de contato
diário são os utensílios de cozinha e os detergentes, contribuindo para a quantidade absorvida
diariamente pelo homem.
O níquel é um mineral que pode causar alergia por contato, portanto, uma pessoa pode
desenvolver sintomas como dermatite de contato ao usar um adereço composto por esse
metal (brinco, colar ou o botão da calça jeans), além disso, o níquel age sobre as ligações
nucleotídeas do DNA, fazendo com que se unam de forma errada e, por consequência, podem
causar uma modificação nessa molécula que é a base da multiplicação celular no organismo,
dessa forma, dependendo da alteração causada na estrutura, pode causar câncer, o que
demonstra o efeito carcinogênico do níquel.
A contaminação por níquel pode causar inicialmente sintomas como dores de cabeça frontais,
vertigens, náuseas, vômitos, insônias, irritação do trato respiratório e, posteriormente, sintomas
pulmonares semelhantes a uma pneumonia viral, podendo resultar em hemorragias, edemas e
desarranjo celular, além disto, o fígado, rins, glândula adrenal, baço e o cérebro também são
afetados, sendo a pneumonia intersticial difusa e o edema cerebral a maior causa de morte.
Em trabalhadores de refinarias e naqueles que têm como instrumento de trabalho chapas
de níquel e que estão expostos diariamente a elevados níveis do metal podem surgir efeitos
crônicos como renites, sinusites, perfurações nasosseptal, displasia nasal e asma. Além disso,
150 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
alguns sintomas nefrotóxicos como edema renal e degeneração parenquimatosa também
foram observados. Também podem surgir problemas de fertilidade e no desenvolvimento
do feto, causando, por exemplo, má formação ocular, quistos pulmonares, hidronefroses,
deformações nos ossos etc.
ZINCO
O zinco é um metal de cor branco-azulada, encontrado em todo o meio ambiente e é essencial
para o bom funcionamento dos sistemas imunológico, digestivo e nervoso, assim como
para o crescimento, controle do diabetes e sentidos do gosto e do olfato. O zinco possui
alta resistência à corrosão permitindo o seu emprego como revestimento protetor de vários
produtos, além disto, tem grande facilidade de combinação com outros metais, sendo muito
utilizado na fabricação de ligas, principalmente os latões e bronzes (ligas cobre-zinco) e as
ligas zamac (zinco-alumíniomagnésio). Essas ligas têm larga aplicação na construção civil,
na indústria automobilística e de eletrodomésticos, destacando-se o seu uso na galvanização
como revestimento protetor de aços estruturais, folhas, chapas, tubos e fios por meio da
imersão ou eletrodeposição.
O zinco atua como cofator de mais de 300 enzimas necessárias para o crescimento
e desenvolvimento normais, síntese de DNA, imunidade, funções neurossensoriais e
antioxidantes, além de outros processos celulares importantes. Apesar de o zinco ser essencial
para manter a integridade da pele e mucosa e ajudar na formação e funcionamento das células
na produção de anticorpos, ele não é produzido pelo organismo e precisa ser obtido por fontes
externas. O zinco também colabora para o funcionamento adequado do sistema imunológico,
proporcionando proteção contra gripes, resfriados, outras viroses e infecções.
O excesso de zinco no organismo pode causar perda da concentração e da memória,
repetitividade de gestos e pensamentos (balançar o pé ou a perna, enrolar a ponta do cabelo,
roer unha, perguntar a mesma coisa, cantarolar o dia todo a mesma música), inquietação nas
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pernas à noite e má circulação, dificuldades de aprendizado escolar. A contaminação por zinco
pode ocorrer através de cremes, pomadas, talcos, xampus e colírios, alguns medicamentos
antiestresse, antioxidantes e cálcio de ostras para osteoporose.
CONSIDErAçÕES FINAIS
Nesta unidade foram apresentados os tipos de metais existentes na natureza de acordo com
sua aplicação e seus efeitos sobre os organismos vivos (metais essenciais, metais tóxicos e
indiferentes).
Posteriormente, foram apresentados os principais metais pesados, suas formas na natureza,
as principais formas de contaminação e seus efeitos para os seres vivos.
ATIVIDADE DE AUTOESTUDO
1 – O que são metais pesados e por que fazem mal à saúde?
2 – Cite três metais pesados e seus efeitos sobre a saúde humana.
3 – Quais são as principais fontes de cádmio no ambiente?
4 – O mercúrio líquido ou vapor é o mais tóxico? Explique a diferença e efeitos das duas
formas.
O adjetivo “pesado” é literal, resultado de esses materiais serem mais densos - isto é, seus átomos
ficammaispróximosunsdosoutros.Paraterumaideia,1cm3 de um metal considerado leve, como
o magnésio, pesa 1,7 grama. Já 1 cm3 de qualquer metal pesado tem pelo menos 6 gramas. E onde
entram os riscos para a saúde? Para responder a essa pergunta, o texto apresentado no link traz uma
lista de vários metais e seus efeitos no organismo.
<http://mundoestranho.abril.com.br/materia/o-que-sao-metais-pesados-e-por-que-fazem-mal-a-saude>.
O modo de vida atual envolve o ser humano em um ambiente onde a presença de metais tóxicos é
permanente e quase sempre invisível. A nossa contaminação torna-se, pois, inevitável e generalizada
e a absorção de metais tóxicos em doses diminutas, mas repetidas, acaba por se transformar em uma
152 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
intoxicação grave e mensurável. A partir do exposto, este trabalho trata das formas de intoxicação,
apresenta algumas doenças provenientes dessa intoxicação e algumas formas de tratamento para as
intoxicações onde isto é possível.
<http://www.cristinasales.pt/Medicina-Integrada/Texts/Text.aspx?PageID=141&MVID=1000048>.
FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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CONCLUSÃO
Esta disciplina está estruturada na preocupação em demonstrar o equilíbrio existente no meio
ambiente, tendo como foco estabelecer ou não ligação com atividades humanas. Dentro desse
contexto, os conceitos de desenvolvimento sustentável e sustentabilidade estão fortemente
relacionados com a realização de uma atividade com o menor impacto ambiental possível,
porém, existem muitos conceitos que devem ser compreendidos e seguidos para que se
consiga atingir essa meta.
A conclusão à qual podemos chegar, analisando todo esse contexto, é a de que toda a
atividade realizada pelo homem contribui de forma determinante para uma boa qualidade de
vida, presente e futura, e cabe apenas ao homem fazer com que suas ações direcionem o
rumo do planeta para um presente e futuro bons.
Para concretizar a finalização desta disciplina, será necessário que você aplique os conceitos
aprendidos durante o curso na prática, desenvolvendo e aplicando de forma responsável todo
o conhecimento adquirido durante seu estudo. Fica aqui o desafio para você!
154 FUNDAMENTOS DA QUÍMICA AMBIENTAL | Educação a Distância
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