Da Atmosfera ao Oceano -...

Da Atmosfera ao Oceano

“… pois a chuva voltando pra terra traz coisas do ar…” Raul Seixas / Paulo Coelho

Os processos devem ser sempre interpretados considerando-se os importantes fluxos de matéria e

energia, os quais ocorrem dinamicamente entre os três grandes compartimentos reguladores:

litosfera, hidrosfera e atmosfera

Fluxos de Matéria e Energia

16-03-2010 2Dulce Godinho

Diferentes partes do sistema biofísicodo planeta Terra estão relacionadasintrinsecamente, e em equilíbriodinâmico, com os três grandes reservatórioslitosfera, hidrosfera e atmosfera.

Implica que, se esseequilíbrio for deslocado por algum impacto,o ambiente sempre reagirá deforma a atingir outro estado de equilíbrio,trocando matéria e energia entreos reservatórios



Há cerca de cinco bilhões de anos,nosso planeta era uma bola de mineraisfundidos e incandescentes comoa lava dos vulcões.

Iniciou-se um lento processo de arrefecimentodessa massa incandescente,com formação das primeiras rochas eda atmosfera, sendo esta devida àaglomeração de gases ao redor doPlaneta.

Submetida a uma pressão atmosférica 300 vezes maior que a actual, a água conseguiu passar para o estado líquido,acumular-se em determinadas regiões e iniciaro processo cíclico de precipitação, evaporação,formação de nuvens e novas precipitações, as quais ocorrem até hoje.



Processo Formação do Solo


Ciclos Globais

Com uma boa aproximação, pode-se assumir que o planeta é um sistema fechado em termos de fluxos de

massa, sem entrada ou saída de material.A entrada de pequenos corpos celestes (e.g. meteoritos)

e a saída de moléculas muito leves são fracçõesínfimas nesse balanço.


Ciclos GlobaisO Ciclo do Carbono

A importância do carbonoe dos seus compostos é

indiscutível. Este éomnipresente na natureza as

suas substâncias sãoconstituintes essenciais de

toda a matéria viva efundamentais na

respiração, fotossíntese eregulação do clima.

As trocas de CO2 entre aatmosfera e a biosfera

terrestre ocorremprincipalmente através dafotossíntese e respiraçãopor plantas. A fixação doCO2 pelos oceanos se dáatravés da dissolução do

gás na água e porfotossíntese.

O metano é o compostoorgânico em nível traçode maior presença na

atmosfera, sendo, depoisdo CO2 e vapor de água, ogás estufa mais abundante.


Ciclos GlobaisO Ciclo do Enxofre

O enxofre é um elementoessencial para a vida na

Terra, sendo alguns dos seuscompostos de grandeimportância biológica:

organismos vivos, incluindoplantas, assimilam espéciesde enxofre, enquanto queao mesmo tempo, váriasformas de enxofre sãoemitidas como produto

final de seus metabolismos.

Grandes quantidades de enxofre são lançadas na atmosfera na

forma de dióxido de enxofre, um dos mais

comuns poluentes atmosféricos.As principais fontes de emissão

deste gás são a queima de combustíveis fósseis e actividades

industriais (refino de petróleo, metalurgia, cimento), enquanto

quea actividade vulcânica é a principal fonte associada a emissões naturais de SO2.


Ciclos GlobaisO Ciclo do Azoto

Os óxidos de Azototêm um papel relevantena formação de ozono

na troposfera, que ocorrepor uma sequência

complexa de reacçõesfotoquímicas, envolvendoprincipalmente, dióxido

de azoto (NO2),hidrocarbonetos, álcoois,

aldeídos e luz solar

O Azoto é o elemento químico mais

Abundante na atmosferaterrestre, contribuindo comaproximadamente 78% de

sua composição.

O ciclo do azoto éum dos mais importantese complexos dos ciclosglobais. Descreve um processo dinâmico de intercâmbio de azoto

entre aatmosfera, a matéria

orgânica e compostosinorgânicos.

O azoto é essencial àvida, sendo necessário, porexemplo, na constituiçãodas proteínas e do DNA

que contém as informaçõesgenéticas.


Ciclo Global do Azoto


Planeta é um sistema fechado


Distribuição de Água na Terra


A água captada e distribuída no concelho de Almada é de origem subterrânea.

O sistema de abastecimento de água é actualmente constituído por 32 furos de captação, 11 estações elevatórias, 25 reservatórios e 42 células, com capacidade total de 85.350 m3/dia de água. A rede de distribuição é constituída por 15 sistemas de condutas com cerca de 873 Km.

Os SMAS distribuem água a uma população residente de mais 160 mil habitantes.

Distribuição de Água em Almada


Consumo de Água em Almada!!

Estima-se que, em Almada, cada pessoa gasta cerca de 300 litros de água por dia.

Actividade 1

Quantos litros são necessários para abastecer todas as pessoas do concelho de Almada?

Actividade 2

Quantos gasta a tua família por dia? Por mês? E por ano?


A gestão e a qualidade dos recursos hídricos é um dos desafios cruciais do século XXI

Cientistas reunidos em Estocolmo defendem nova gestão de recursos hídricos (2006)

Semana Mundial da Água

Cientistas de todo o mundo pediram mudanças radicais na gestão global dos recursos hídricos, para que a população crescente do planeta não seja confrontada com falta de água daqui a 50 anos. Num relatório apresentado na abertura da Semana Mundial da Água, em Estocolmo, os cientistas afirmam que um terço da população do planeta tem escassez de água e apelam para uma gestão mais eficiente dos recursos hídricos mundiais.


Qualidade da Água


Ainda que não existisse qualquer tipo de poluição , água pura, com pH igual a 7, não existiria na Natureza.


H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH- (aq)

Água Pura

Uma em cada 550 milhões de moléculas de água ioniza-se dando origem a um ião H+ e um ião OH- .

Na água neutra a concentração de iões H+ é igual à de OH-


16-03-2010 Dulce Godinho 23

O Poder do ião H+

• É único e quimicamente poderoso.


Acids and bases are important to chemistrybecause almost every reaction that occurs inan aqueous solution is affected.This includes your body, the ocean, andmuch of the biosphere of Earth.

The reason is partly because water partially ionized.

A Importância do ião H+


Teoria de Arrhenius

Svante August Arrhenius (1859-1927)

Aos 22 anos de idade, Arrhenius já tinha realizado muitas experiências relacionadas com a passagem de corrente eléctrica através de soluçõesaquosas.

Durante dois anos, no laboratório da Universidade de Upsala, coleccionou vários dados sobre centenas de soluções.

Formulou, então a hipótese, de que as soluções aquosascontêm partículas carregadas, isto é, iões.


Teoria de ArrheniusDISSOCIAÇÃO IÓNICA VS IONIZAÇÃO

Para entendermos a Teoria de Arrhenius, vamos testar a condutividade eléctrica de várias soluções


Materiais Condutibilidade eléctricaSolução de sal de cozinha (NaCl) ConduzSolução de ácido clorídrico (HCl) Conduz

Solução de açúcar (sacarose) Não conduzÁgua destilada (pura) Não conduz

Água potável (torneira) Conduz

Teoria de Arrhenius

Algumas questões:

1. Porque é que algumas soluções aquosas conduzem a corrente eléctrica e outras não?

2. Porque é que a água destilada (pura) não conduz a corrente e a água potável conduz?


Teoria de Arrhenius

Para lhe responder Arrhenius estabeleceu a Teoria da Dissociação Iónica, onde a condutividade eléctrica das soluções era

devida à existência de iões livres.

Mas porquê umas conduzem e outras não?


Teoria de Arrhenius

1. Vamos testar condutibilidade eléctrica de uma solução aquosa de cloreto de sódio.

Observação macroscópica: a lâmpada acendeu, indicando que esta solução conduziu corrente eléctrica.


Teoria de ArrheniusExplicação microscópica: cloreto de sódio – NaCl – que é umcomposto iónico constituído pelos iões Na+ e Cl- organizados numarede cristalina.

Quando a rede cristalina de cloreto de sódio entra em contacto coma água, ocorre a separação dos iões, fenómeno denominadode dissociação iónica. Os iões livres obtidos após a dissociação, sãoos responsáveis pela condutividade eléctrica.

NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq)


Teoria de Arrhenius

2. Vamos testar condutibilidade eléctrica de uma solução de água com açúcar.

Observação macroscópica: a lâmpada não acendeu, indicando que esta solução não conduziu corrente eléctrica.


Teoria de Arrhenius

Explicação microscópica: O açúcar é representado pela substância sacarose – C12H22O11 – de natureza molecular.

A molécula de sacarose não possui iões e também não originou iões em presença de água, o que explica o facto da não condutibilidade eléctrica.

Quando as moléculas de sacarose foram colocadas em presença de água, ocorreu apenas uma separação das moléculas, fenómeno denominado de dissociação molecular.


Teoria de Arrhenius

C12H22O11(s) C12H22O11(aq)

dissociação molecular.


Teoria de Arrhenius

3. Vamos testar condutibilidade eléctrica de uma solução aquosa de Cloreto de Hidrogénio.

Observação macroscópica: a lâmpada acendeu, indicando que esta solução conduziu corrente eléctrica.


Teoria de Arrhenius

Explicação microscópica:

O cloreto de hidrogénio (HCl) é um composto molecular, ou seja, não é constituído por iões. No entanto, quando adicionado em água, originou uma solução condutora de electricidade o que indica que a solução resultante possui iões.

Como é que isto acontece?

O cloreto de hidrogénio (HCl) é uma molécula onde o átomo de hidrogénio (Z = 1) compartilha 1 par de electrões com o átomo de cloro (Z = 17):


Teoria de Arrhenius


Admite-se que, quando o cloreto de hidrogénio é borbulhado em água, ocorra a quebra de uma ligação covalente entre o átomo de hidrogénio e o átomo de cloro, pela molécula de água, originando os iões H+ e Cl-, responsáveis pela condutibilidade eléctrica da solução. Este processo, no qual os iões foram produzidos a partir de um composto molecular é denominado de ionização e pode ser representado esquematicamente por:

HCl(g) H+(aq) + Cl-(aq)


Teoria de Arrhenius

ionização


Teoria de Arrhenius

4. Vamos testar condutibilidade eléctrica da água pura.

Observação macroscópica: a lâmpada manteve apagada, indicando que a água pura não conduziu corrente eléctrica.


Teoria de Arrhenius


Admite-se que, pelos conceitos que aprendemos até agora, podermos deduzir que não existem iões na água pura, certo?

ERRADO!

H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH- (aq) A ÁGUA SOFRE UM PROCESSO DE AUTO-

IONIZAÇÃO

Mas, se existem iões porque é que a água não conduz a corrente eléctrica?

Apenas duas moléculas em cada um bilião sofrem ionização. A quantidade de iões produzidos não é suficiente para que

ocorra condutividade eléctrica


Teoria de Arrhenius

É um facto que a água pura não conduz a corrente eléctrica, então como explicar o facto de a água potável conduzir a corrente eléctrica?

A água destinada ao abastecimento das cidades, ou seja, a água potável, é proveniente dos rios, lagos ou represas e contém dois tipos de impurezas:

1. materiais sólidos em suspensão, como areia, restos de animais e vegetais mortos, etc., que geralmente se separam quando a água permanece em repouso e

2. materiais que não se separam nestas condições, como bactérias, substâncias solubilizadas, sais solúveis, etc.


Teoria de Arrhenius

Esta água sofre um processo de tratamento físico e químico, que envolve etapas tais como:

• floculação,

• decantação,

• filtração e

• desinfecção, onde são adicionadas várias substâncias químicas com a finalidade de deixar a água em condições de ser consumida pela população.

Estas substâncias químicas dissolvidas na água originam iões, que são responsáveis pela condutibilidade eléctrica desta solução.


Teoria de Arrhenius

GRAU DE IONIZAÇÃO OU DISSOCIAÇÃO (α)

(α) indica a percentagem de moléculas que sofrem ionização ou dissociação que por sua vez mede a força do electrólito, ou seja, quanto maior o grau de ionização / dissociação do electrólito, maior é a sua força.

•electrólitos fortes possuem α ≥ 50%, (0,5)

•electrólitos moderados possuem 5% < α < 50%

•electrólitos fracos possuem α ≤ 5%. (0,05)

i

dissolvidas

nn

α = 0 ≤ α ≤ 1


Teoria de Arrhenius

TERMOS TÉCNICOS UTILIZADOS POR ARRHENIUS

Em função dos estudos realizados sobre a condutividadeeléctrica de substâncias em presença de água, Arrheniusestabeleceu alguns termos técnicos utilizados de acordo comos resultados obtidos:

• Solução electrolítica ou iónica a soluções que conduzem electricidade.

Ex.: água + sal de cozinha (NaCl) e água + cloreto de hidrogénio (HCl).

• ·Solução não-eletrolítica ou molecular a soluções que não conduzem electricidade.

Ex.: água + açúcar (sacarose).

• Electrólitos a substâncias que dissolvidas em água, conduzem electricidade.

Ex.: NaCl e HCl


Teoria de ArrheniusTERMOS TÉCNICOS UTILIZADOS POR ARRHENIUS

• Não-eletrólitos a substâncias dissolvidas em água, que não conduzem electricidade.

Ex.: açúcar (sacarose).

• Dissociação molecular ao processo de separação dos constituintes de substâncias moleculares, sem formação de iões, originando uma solução não-eletrolítica, ou seja, que não conduz a corrente eléctrica.

Ex.: C12H22O11(s) C12H22O11(aq)

• Dissociação iónica ao processo de separação dos iões que constituem as substâncias iónicas, originando uma solução electrolítica, ou seja, que conduz electricidade.

Ex.: NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq)

• Ionização ao processo de transformação de uma substância molecular em iões, originando uma solução electrolítica, ou seja, que conduz electricidade.

Ex.: HCl(g) H+(aq) + Cl-(aq)


Teoria de Arrhenius

ÁCIDO E BASE SEGUNDO ARRHENIUS

De acordo com Teoria da Dissociação Iónica, onde acondutividade eléctrica das soluções era devido à existência de iõeslivres,Arrhenius propôs uma definição para ácidos e para bases.

Ácido é um composto que contém hidrogénio e, origina iões H+ em solução

aquosa.

HCl, HNO3, CH4, CH3COOHX


Teoria de Arrhenius

ÁCIDO E BASE SEGUNDO ARRHENIUS

Base é um composto que em solução aquosa origina iões hidróxido

NaOH, NH3, NH4OH?


Teoria de Arrhenius

Força de Ácidos e Bases

Ácidos Fortes – estão praticamente todos ionizados em água;Ácidos Fracos – estão parcialmente ionizados em água.

Bases Fortes (óxidos e hidróxidos de metais alcalinos ealcalino-terrosos) são completamente ionizados em solução; os iõesóxido são convertidos em iões hidróxido.

Bases Fracas (amoníaco e seus derivados orgânicos, aminas) sãoapenas parcialmente ionizadas em solução.


Teoria de Arrhenius

Ácidos Fortes Bases FortesHBr

Hidróxidos grupo IHClHI

HNO3

Hidróxidos grupo II (Ca, Sr e Ba)

HClO4

H2SO4

HClO3


Teoria de Arrhenius

CLASSIFICAÇÃO DOS ELECTRÓLITOSELECTRÓLITOS FORTES

compostos iónicos solúveis

ácidos fortes

bases fortes

ELECTRÓLITOS FRACOSácidos fracos

bases fracas

NÃO ELECTRÓLITOScompostos moleculares entre outros


Teoria de Arrhenius

REACÇÃO ÁCIDO-BASEReacção de Neutralização

ácido + base sal + água

Significa um composto iónico que foi formado pela

neutralização de um ácido com uma base

HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H2O (l)

2 HNO3 (aq) + Mg(OH)2 (aq) Mg(NO3)2 (aq) + 2 H2O (l)


“Ver por dentro”!!

H+ (aq) + Cl- (aq) + Na+ (aq) + OH- (aq) Na+(aq)+Cl- (aq) + H2O (l)

2 H+ (aq) + 2NO3- (aq) + Mg2+ (aq)+ 2OH- (aq) Mg2+ (aq) + 2NO3

- (aq) + 2 H2O (l)

H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l)

2H+ (aq) + 2OH- (aq) 2H2O (l)

H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l)


DesafioSABEMOS

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://profs.ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas_ficheiros/image008.jpg&imgrefurl=http://profs.ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas.htm&usg=__q6-_KGgI-_xBJCXoVfi2bPodqNE=&h=294&w=265&sz=10&hl=pt-PT&start=1&um=1&itbs=1&tbnid=nVRKDaF0Fsxh4M:&tbnh=115&tbnw=104&prev=/images?q=MOL%C3%89CULA+%C3%81GUA&um=1&hl=pt-PT&sa=N&rls=com.microsoft:pt:IE-SearchBox&rlz=1I7SUNC_pt-PT&tbs=isch:1�


Desafio

H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH- (aq)

SABEMOS

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://i100.photobucket.com/albums/m32/maxaug/gua3.gif&imgrefurl=http://crentinho.wordpress.com/2009/02/14/a-agua/&usg=__42Se59KsEM-SZQrsYZHtcFpMkZg=&h=399&w=798&sz=54&hl=pt-PT&start=76&um=1&itbs=1&tbnid=YjFlO6UCG-q44M:&tbnh=72&tbnw=143&prev=/images?q=MOL%C3%89CULA+%C3%81GUA&start=60&um=1&hl=pt-PT&sa=N&rls=com.microsoft:pt:IE-SearchBox&rlz=1I7SUNC_pt-PT&ndsp=20&tbs=isch:1�


Desafio

NH3 (g) + HCl (g) → ?

É um sólido

http://farm3.static.flickr.com/2143/1496041388_fe6966ad19.jpg?v=0�


Desafio

H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH- (aq)

ENTÃO

x

2H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + OH- (aq)


Teoria de Bronsted- Lowry

Em l923, o Químico Johannes Bronsted propôs a seguinte definição:

Um ácido é um doador de protõesUma base é um aceitador de protões

A mesma definição foi proposta, de independente, pelo Químico Thomas Lowry, e a teoria passou a chamar-se de Bronsted- Lowry.



HCl(g) + H2O (l) H3O+(aq) + Cl-(aq)

Mas incluem também ácidos que não são ácidos segundo Arrhenius:

HCO3- (aq) + H2O (l) ↔ H3O+(aq) + CO3

2- (aq)

A força do ácido depende da capacidade que este tem em doar o protão.

Ácidos de Bronsted incluem todos os de Arrhenius

A perda do protão pode chamar-se deprotonação



Quando o solvente é a água a definição de ácido fortepara Bronsted é a mesma que para Arrhenius:

Ácidos Fortes – estão praticamente todos ionizados em água;Ácidos Fracos – estão parcialmente ionizados em água.

“ionização” significa a doação de um protão a uma moléculade água;

“parcialmente ionizados” significa que apenas umapequena fracção de moléculasde ácido perdeu um protão.



Uma Base de Bronsted é o ião óxido: O2-

CaO (s) + H2O (l) Ca2+ (aq) + O2- (aq) + H2O (l)

O2- (aq) + H2O (l) 2 OH- (aq)



Muitos compostos moleculares que contêm azototambém são bases

NH3 (g) + H2O (l) ↔ NH4+ (aq) + OH- (aq)



Ácidos e Bases Conjugados

NH3 (g) + H2O (l) ↔ NH4+ (aq) + OH- (aq)

base 1 ácido 1 base 2ácido2

H2O / OH-

NH4+ / NH3


Auto-Protólise da Água

Troca de Protões entre Moléculas de Água

2H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + OH- (aq)

É uma reacção ácido - base?

Água é uma substância ANFIPRÓTICA

Comporta-se simultaneamente como ácido e como base.


2H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + OH- (aq)

Troca de Protões entre Moléculas de Água

Constante de Autoprotólise -Kw


Constante de Autoprotólise -Kw

Sabe-se que a T=25ºC, na água pura, [H3O+ ]= [OH- ] =1 x 10-7

mol.dm-3

Kw = 1,0 x10-14 , T=25ºC

Analogia

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