Química Ambiental Capítulo 18

Apresentação em tema: "Química Ambiental Capítulo 18"— Transcrição da apresentação:

1 Química Ambiental Capítulo 18
Jhomolos Gomes Alves nº 15980 Rafael Felipe de Oliveira nº 15781 1/34

2 Química Ambiental SUMÁRIO 1. A Atmosfera da Terra
2. As Regiões Externas da Atmosfera 3. Ozônio na Atmosfera Superior 4. A Química e a Troposfera 5. O Oceano do Mundo 6. Água Doce 7. Química Verde 2/34

3 Química Ambiental Em jun/92 aconteceu o Eco-Rio;
O desenvolvimento econômico das nações depende de processos químicos e muitos são prejudiciais ao meio ambiente. Neste capítulo serão analisadas principalmente a atmosfera e a hidrosfera, que sustentam a vida como conhecemos na Terra; 3/34

4 Química Ambiental 1 A Atmosfera da Terra
A atmosfera é um sistema muito complicado. Temperatura e pressão variam com altitude e a atmosfera também recebe radiação e partículas do Sol. Este efeito de absorção da energia solar tem conseqüências químicas profundas, principalmente nas regiões mais externas da atmosfera; As concentrações são da ordem de ppm. 4/34

5 Química Ambiental 1. A Atmosfera da Terra 5/34

6 39,948 0,00934 Argônio 131,30 0, Xenônio 44,0128 0, Óxido nitroso 2,0159 0, Hidrogênio 83,80 0, Criptônio 16,043 0,000002 Metano 4,003 0, Hélio 20,183 0, Neônio 44,0099 0,000355 Dióxido carbono 31,998 0,20948 Oxigênio 28,013 0,78084 Nitrogênio Massa molecular Fração em mol Componente 6/34

7 Química Ambiental 2. As Regiões Externas da Atmosfera
Fotodissociação: O sol emite radiações, e as de comprimento de onda mais curto, têm energia suficiente para provocar modificações químicas. A ruptura de uma ligação química provocada pela absorção de um fóton é a fotodissociação. Temos a fotodissociação da molécula de O2. O2 + h → 2 O(g) Nesta reação, a energia mínima necessária para provocar esta mudança é a energia de dissociação do O2, 495 kJ/mol. 7/34

8 Química Ambiental As Regiões Externas da Atmosfera
Fotoionização: Experiências mostram que a atmosfera interfere na propagação de ondas de rádio, levando à investigação da atmosfera superior. Para cada elétron presente na atmosfera superior há um íon correspondente de carga positiva. Para que haja fotoionização, a molécula tem que absorver um fóton com energia suficiente para remover um elétron. 8/34

9 Química Ambiental 3. Ozônio na Atmosfera Superior
Entre 30 e 90 km de altitude, a concentração de O2 é maior que a de O atômico, que colidem, dando O3: O(g) + O2(g) → O3* Uma vez formada, a molécula não dura muito tempo, já que recebe radiação solar, se decompondo, formando esse eterno ciclo. 9/34

10 Química Ambiental Não fosse pela camada de ozônio, a litosfera seria bombardeada por fótons de alta energia, exterminando a fauna e flora existentes. As moléculas de ozônio, na realidade, são continuamente dissociadas à medida que são formadas. Concentração de ozônio x altitude. 13/34

11 CF2Cl2(g) + h → CF2Cl(g) + Cl(g)
Química Ambiental Destruição da Camada de Ozônio Crutzen (1970) mostrou que os óxidos de nitrogênio destroem cataliticamente o ozônio; Rowland e Molina (1974) mostraram que o cloro dos fluorclorocarbonos (CFC) podem destruir a camada de ozônio; Os CFC’s CFCl3 e CF2Cl2 possuem ligações C-Cl e C-F. As ligações C-Cl são mais fracas e por isso, se rompem com facilidade na presença de luz nos comprimentos de onda entre 190 e 225 nm, conforme equação abaixo: CF2Cl2(g) + h → CF2Cl(g) + Cl(g) 14/34

12 Química Ambiental Cl(g) + O3(g) → ClO(g) + O2(g)
Essa reação é de segunda ordem e possui uma constante de velocidade k de 7,2 x 109 a 298 K; O ClO formado ainda pode reagir para liberar Cl e decompor outro O3, formando um ciclo: 2 O3(g) → 3 O2(g), catalisada pelo Cl. Assim, quanto maior a quantidade de CFC que se difunde na estratosfera, mais rápida a destruição da camada de ozônio; Iniciativas para conter o problema foram firmadas no Protocolo de Montreal (1987); 15/34

13 Química Ambiental Em 1992, cerca de 100 nações se comprometeram a proibir a produção dos compostos até 1996; Outras substâncias então passaram a ser usadas para substituir os CFC’s: os hidrofluorcarbonos, em que as ligações C–H substituem as C–Cl dos CFC’s. Essa substituição também é cara e exigiu a substituição do gás em condicionadores de ar ou até mesmo do equipamento inteiro; Além de mais caros, os novos fluidos são também menos eficientes na refrigeração, além de consumirem mais energia. 16/34

14 Química Ambiental A temperaturas muito baixas e a 20 km de altitude existem as nuvens estratosféricas polares, que aceleraram a destruição do ozônio, principalmente na primavera dos pólos. Estas nuvens removem o NO2 da atmosfera, que impede a remoção do ClO. Quando a Antártica recebe luz solar, o Cl2 é fotodissociado em átomos de Cl, que reagem com o ozônio para formar ClO e O2. Como a quantidade de NO2 é pequena, o ClO não é removido, e reage consigo mesmo, formando Cl2O2, molécula que dissocia pela ação da luz em O2 e Cl livres, que reagem com mais ozônio, recomeçando o ciclo. 17/34

15 Química Ambiental 4. Química e a Troposfera
A troposfera é constituída principalmente por N2 e O2, que respondem por cerca de 99 % da atmosfera. 18/34

16 Química Ambiental Chuva Ácida
Os compostos de enxofre estão entre os poluentes gasosos mais desagradáveis e prejudiciais à atmosfera; A queima de combustíveis é uma das principais causas de SO2 na atmosfera (carvão e derivados de petróleo); O SO2 pode se oxidar, formando o SO3, que se dissolve na água, formando o H2SO4; A presença do SO2 e do H2SO4 é responsável pela chuva ácida; 19/34

17 Química Ambiental A chuva ácida é mais ácida que o normal (pH 5), atingindo valores próximos de 4, afetando formações lacustres, reduzindo populações de peixes e atingindo danosamente muitas comunidades ecológicas; Quando o pH < 4, todos os vertebrados, a maioria dos invertebrados e muitos microrganismos são destruídos; Os lagos mais sensíveis ao ataque das chuvas ácidas são os com concentrações baixas de íons alcalinos; 20/34

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

19 Química Ambiental Uma maneira de reduzir a emissão de SO2 na atmosfera é removê-lo do carvão e do óleo antes da combustão. Por exemplo, injeta-se calcário CaCO3 pulverizado nas fornalhas de uma usina termelétrica, formando CaO e CO2, que reage com o SO2, formando CaSO3; As partículas sólidas de CaSO3 e o SO2 inalterado são removidos do gás de combustão por suspensão aquosa de cal. Nem todo o SO2 é removido. Diante da grande quantidade de combustível consumido, a poluição pelo SO2 continuará a ser um grande problema no futuro; 21/34

20 Química Ambiental O CO é proveniente da combustão incompleta de materiais que contêm carbono; O monóxido de carbono, CO, é um sério problema à saúde humana, através das hemácias, que contém a hemoglobina, responsável pelo transporte de oxigênio às células do corpo; A afinidade da hemoglobina humana pelo CO é 210 vezes maior do que pelo O2, ou seja, o CO se liga à hemoglobina formando a carboxiemoglobina, inativando fração significativa de hemogloblina no sangue e fragilizando o transporte de oxigênio; 22/34

21 Química Ambiental Os óxidos de nitrogênio são os responsáveis pela névoa fotoquímica, realidade em grandes cidades, onde a queima de combustíveis forma o NOx, conforme a reação N2 + O2 → 2 NO, ∆H = 180,8 kJ; Como a reação ocorre em temperaturas elevadas (2400 K), a constante de velocidade se eleva drasticamente. No ar, o NO é oxidado a NO2, ∆H= -113,1kJ, diminuindo a constante de equilíbrio para 10-5 a 2400 K. A fotodissociação do NO2 inicia a seqüência de reações associadas à névoa química: NO2(g) + h → NO(g) + O(g) 23/34

22 Química Ambiental O oxigênio atômico formado pode reagir com o gás oxigênio gerando o ozônio: O(g) + O2 + M(g) → O3 + M*(g) O ozônio é um dos componentes principais da névoa fotoquímica. Na troposfera, ele pode criar problemas respiratórios por ser tóxico e reativo; Os hidrocarbonetos não-queimados também são poluentes, e a redução ou eliminação da névoa fotoquímica exige a eliminação dos seus constituintes essenciais, presentes no gás de descarga de automóveis, através de conversores catalíticos. 24/34

23 Química Ambiental Os dois componentes responsáveis pela manutenção da temperatura na superfície terrestre são a água e o CO2. A Terra está em equilíbrio dinâmico com as vizinhanças. A Terra vista do espaço parece mais fria (254 K) do que quando observada da superfície do solo. Isso ocorre porque a água e o CO2 absorvem radiações infravermelhas do Sol, mantendo a temperatura uniforme e suportável. Essa influência da água, do CO2 e outros gases é chamada de efeito estufa; O aumento da concentração de CO2 tem preocupado os cientistas com o aumento das temperaturas, causando o derretimento das calotas polares e alterando o clima mundial; 25/34

24 Química Ambiental 5. O Oceano do Mundo 26/34

25 Química Ambiental Dessalinização
A salinidade da água do mar é a massa em gramas dos sais secos em 1 kg de água do mar. No oceano, a salinidade média é 35; A dessalinização consiste na remoção dos sais da água do mar ou das águas salobras; A água do mar pode ser dessalinizada através da destilação, mas um dos inconvenientes é a precipitação dos sais quando a concentração fica alta;

26 Química Ambiental Outro método é através da osmose reversa, invertendo o sentido do fluxo do solvente, se à solução concentrada for aplicada pressão mais elevada que a pressão osmótica. Assim, o solvente passará para a solução mais diluída; A maior usina de dessalinização fica na Arábia Saudita, responsável por 50% do abastecimento de água potável usada no país. 27/34

27 Química Ambiental 6. Água Doce
Um adulto normal consome 2 litros de água diariamente. Essa quantidade varia conforme a disponibilidade de recursos hídricos e desenvolvimento econômico; A água doce é formada pela evaporação das águas oceânicas e terrestres e posterior condensação sob forma de chuva e neve; O O2 dissolvido na água é importante para muitas espécies aquáticas. A existência de materiais orgânicos, faz com que bactérias os oxidem, consumindo o O2 da água; 28/34

28 Química Ambiental Estes materiais biodegradáveis são chamados rejeitos consumidores de oxigênio; As bactérias aeróbicas consomem o oxigênio dissolvido para oxidar os rejeitos; Com carência de O2, as bactérias anaeróbicas sintetizam CH4, NH3, H2S etc., responsáveis pelo mal cheiro de águas poluídas; Os nutrientes (adubos) estimulam o crescimento de plantas aquáticas, proliferando algas e turvando a água, aumentando a deposição de matéria orgânica, levando ao processo descrito anteriormente. 29/34

29 Química Ambiental O tratamento de água de abastecimento urbano é realizado em cinco etapas: filtração grossa, sedimentação, filtração em areia, aeração e esterilização; Para a sedimentação, adiciona-se CaO, tornando a água alcalina, e depois adiciona-se Al2(SO4)3, formando precipitado gelatinoso de Al(OH)3, que arrasta as partículas finas em suspensão e bactérias; A água passa por filtros de areia e logo depois é areada; Na esterilização, utiliza-se o Cl2, pois pode ser liquefeito, engarrafado e borbulhado na água. A quantidade de Cl2 depende da flora bacteriana. A ação esterilizante se deve à reação: Cl2 + H2O → HClO + H+ + Cl-. 30/34

30 Química Ambiental 7. Química Verde
A química verde consiste em promover o desenvolvimento e aplicação de produtos e processos químicos compatíveis com a saúde química e o meio ambiente; Resumindo os princípios da química verde, percebe-se que “é melhor prevenir do que remediar”, não gerar ou gerar poucos resíduos tóxicos para o ambiente, utilizar suprimentos renováveis, utilizar catalisadores com substâncias comuns e seguras, realizar com eficiência e segurança os processos químicos; 31/34

31 Química Ambiental Uma das principais preocupações é o uso de solventes voláteis nas reações. Além disso, podem ser tóxicos ou gerar rejeitos para o ambiente; Alternativas são o uso de fluidos supercríticos (como o CO2, gás não-tóxico já presente na atmosfera); Outra substância benévola é o dimetilcarbonato, que possui caráter polar, substituindo dimetilsulfatos e haletos de metila; Nas lavagens a seco são utilizadas substâncias cloradas tóxicas, que provocam câncer. Uma alternativa é o uso de CO2 supercrítico; 32/34

32 Química Ambiental O revestimento das carrocerias dos carros é necessário para prevenir a corrosão. Antigamente, o chumbo era o metal para inclusão na mistura de eletrodeposição, porém, a toxicidade do chumbo causou o seu desuso. Uma alternativa é o hidróxido de ítrio; A cloração da água tratada pode levar à formação dos trialometanos (THM, formado por qualquer halogênio), que são cancerígenos, ou alteram o sistema endócrino. Entretanto a cloração a níveis seguros é a alternativa mais sensata; Filtros de carvão ativado entre outros absorventes são capazes de remover os THM da água; 33/34

33 Química Ambiental Referência Bibliográfica:
Livro-texto: T. L. Brown, H. E. LeMay Jr., B. E. Bursten e J. R. Burdge. Química: A Ciência Central, 9ª. ed.. São Paulo: Pearson, 2005. 34/34