Química ambiental - poluição ambiental

Poluição ambiental

Professor Weber Camisassa Email: [email protected]

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“Tenha em mente que tudo que você

aprende na escola, é trabalho de muitas

gerações. Receba essa herança, honre-a,

acrescente a ela e, um dia, fielmente,

deposite-a nas mãos de seus filhos”.

Albert Einstein

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Os componentes principais e mais estáveis de uma versão não poluída da atmosfera terrestre são nitrogênio diatômico, N2 (cerca de 78% das moléculas); oxigênio diatômico, O2 (cerca de 21%); argônio, Ar (cerca de 1%); e Bióxido de carbono, CO2 (atualmente cerca de 0,04%) e vapor d’água. A troposfera possui ainda uma grande quantidade de gases presentes somente em concentrações traço, pois possuem sumidouros eficientes.


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Embora a maioria destes gases seja naturalmente oxidada, nenhum deles reage com o Oxigênio diatômico, eles reagem com o radical livre hidroxila (OH-). O radical hidroxila é produzido quando uma pequena fração de átomos de oxigênio, resultantes da decomposição fotoquímica do ozônio, reagem com o vapor d’água: O3 UV-B O2 + O* O* + H2O → 2 OH O tempo de vida médio de qualquer molécula de hidroxila é de um segundo, pois ele reage rapidamente com vários gases atmosféricos.


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Smog fotoquímico – reações dos poluentes, induzidas pela luz, durante as quais ocorre a produção de elevados níveis de ozônio a baixas altitudes. Principais poluentes:

Óxido Nítrico (NO); Óxido Nitroso (NO2); hidrocarbonetos (emitidos pelos motores de combustão

interna) - em conjunto com seus derivados, que evaporam rapidamente para o ar, são chamados de COV, compostos orgânicos voláteis;

A luz também é um componente importante, pois aumenta a concentração de radicais livres.

COVs + NO + O2 + luz solar → mistura de O3, HNO3 e compostos orgânicos


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Poluentes primários: substâncias como NO, hidrocarbonetos e

outros COVs, emitidos diretamente no ar.

Poluentes secundários: substâncias nas quais os poluentes

primários são transformados, como O3 e HNO3.

Exceto aquelas substâncias que absorvem a luz solar e sofrem

decomposição, a maioria das transformações que ocorrem na

atmosfera têm início pela ação do radical livre hidroxila (OH-).

Parte do Dióxido de Nitrogênio reage também com os radicais

livres e forma o ácido Nítrico (HNO3), e parte forma outros

nitratos orgânicos. 6 Química Ambiental

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Conversores catalíticos: usados nos automóveis para diminuir as emissões de COV e NOx a partir dos veículos automotores. Colocado nos veículos e caminhões movidos a gasolina, antes dos escapamentos dos sistemas de exaustão. Hoje, os conversores de três vias, que possuem um superfície interna impregnada com catalisadores de platina e ródio, alteram os óxidos de nitrogênio de volta a nitrogênio e oxigênio elementares, e também reduz o dióxido de enxofre, SO2, a sulfeto de hidrogênio, H2S, utilizando os hidrocarbonetos não queimados e a combustão dos compostos intermediários CO e H2 como agente redutores: 2 NO → N2 + O2 via: 2NO + H2 → N2 + H2O


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Conversor catalítico moderno (de três vias):


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• O processo catalítico é controlado por um microchip, que controla a razão ar/combustível na entrada do motor para que sejam mantidos os valores estequiométricos requeridos, para garantir um alto nível de conversão dos poluentes.

Algumas usinas geradoras de energia emitem tanto NOx quanto os carros automotores. Para reduzir suas produções de NOx, algumas usinas utilizam queimadores especiais, fabricados para diminuir a temperatura da chama; Pode ser diminuída pela realização da combustão em estágios, onde a controle da quantidade de oxigênio presente, evitando ou diminuindo desta forma a produção de NOx; Algumas usam conversores catalíticos para transformar o NOx em N2; Lavagem dos gases de exaustão por solução aquosa, pode ser outra solução para as usinas.


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Principal fonte de SO2 – vulcões e gases sulfurados decorrentes da decomposição de plantas. Principal fonte antropogênica de SO2 – combustão do carvão, usado na geração de energia elétrica (principalmente). O enxofre está presente em pequenas porcentagens no óleo cru e um pouco mais na gasolina. O dióxido de enxofre é emitido diretamente para a atmosfera como SO2 ou indiretamente como H2S pela indústria petrolífera. Quantidades substanciais de H2S obtidos pela sua remoção do óleo e do gás natural são frequentemente convertidos em enxofre elementar sólido, uma substância benigna ao meio ambiente, pela reação de Claus: 2 H2S + SO2 → 3 S + H2O


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O SO2 pode também ser removido por uma reação ácido-base com o calcário (CaCO3) ou óxido de cálcio (CaO). Neste processo, os gases são bombardeados por um jato de finos grãos dos sólidos. Até 90% do gás SO2 pode ser removido por este processo chamado dessulfurização em gasoduto. Neste processo o sulfito de cálcio pode ser oxidado pelo ar formando o Sulfato de cálcio, que é desidratado e vendido como gesso. CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 2 CaSO3 + O2 → 2 CaSO4


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A fumaça liberado pelos veículos a diesel é composta em sua maioria por material particulado, que são sólidos pequenos ou partículas líquidas (não água pura), que são invisíveis a olho nu. Restringe a visibilidade. Nocivo à saúde. Podem ter de 2 nm a 0,1 mm.


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Fonte de partículas grossas:

Também chamados de poluentes atmosféricos

primários;

Formadas pela quebra de partículas maiores;

Minerais: Al, Ca, Si e O na forma de silicatos de

alumínio;

Areia, pólen, NaCl.


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Fonte de partículas finas: Também chamadas de poluentes secundários; Formadas pelas reações químicas entre gases (COV) e pela coagulação de espécies ainda menores Partículas de pneus, freios de veículos e poeira de fundição de metais; Fuligem (cristais de carbono em miniatura); Presentes em maior quantidade que as partículas grossas; Compostos inorgânicos de enxofre e nitrogênio


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Índice MP: mede a quantidade de material particulado em determinado volume. Unidade: microgramas de material por metro cúbico de ar, μg.m-3. MP10 – partículas com diâmetros menores que 10 μm, partículas inaláveis – de 20 a 30 μg m-3. Nos EUA:

MP10 em 24 horas < 150 μg m-3; MP2,5 em 24 horas < 35 μg m-3.

Na Grã-Bretanha: MP10 em 24 horas ≥ 50 μg m-3. MP2,5 em24 horas ≥ 25 μg m-3.


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1) Em termos gerais, o que significa smog fotoquímico? Quais são os reagentes iniciais desse processo? Por que a luz solar é necessária?

2) O que significa um poluente primário e um poluente secundário? Dê exemplos.

3) Descreva as estratégias usadas na tentativa de redução dos níveis de ozônio urbano.

4) Descreva a operação pela qual o catalisador de três vias transforma as emissões liberadas por um motor de automóvel.

5) Quais são as principais fontes antropogênicas Bióxido de enxofre? Descreva as estratégias -Ias quais as emissões podem ser reduzidas.


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7) O que é a reação de Claus? 8) Defina o termo aerossol e diferencie entre

particulados grossos e finos. Quais são as origens usuais desses dois tipos de partículas atmosféricas?

9) Quais são as unidades de concentração usuais para os particulados em suspensão? O que significa a designação MP10? O que significam os termos respirável e ultrafino?

10) Qual é o mecanismo de duas etapas pelo qual o radical livre hidroxila é produzido no ar puro?


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Neblina A manifestação mais óbvia de smog fotoquímico é a neblina amarelo-marrom-acinzentada que ocorre em decorrência da presença no ar de pequenas gotículas de água contendo produtos de reações químicas envolvendo poluentes atmosféricos. Uma alta concentração de partículas de diâmetros entre 0,1 e 1µm no ar produz uma neblina. A neblina comum na atmosfera no inverno deve-se ao aerossol de sulfato procedente das áreas industrializadas. Também estão presentes nesses aerossóis produtos contendo carbono que são intermediários nas reações do smog fotoquímico.


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A composição típica de componentes finos de um aerossol suspenso sobre áreas continentais é ilustrada na figura abaixo.


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Uma vez que a maioria das partículas no ar urbano é secundária, seu número pode ser controlado somente por meio da redução da emissão de gases poluentes primários de onde são criados.

Assim, os governantes têm sucessivamente solicitado mais e mais restrições no controle de emissões nos veículos, nas usinas de força, etc.


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Chuva ácida Este termo genérico abrange uma variedade de fenômenos, incluindo neblina ácida e neve ácida, todos eles correspondentes à precipita-ção atmosférica de quantidades substanciais de ácidos. O fenômeno da chuva ácida foi descoberto por Angus Smith na Grã-Bretanha em meados de 1880, mas permaneceu esquecido até os anos 1950.


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Ele refere-se à precipitação que seja significativamente mais ácida que a da chuva "natural" (não poluída), que é ligeiramente ácida pela presença de dióxido do carbono atmosférico dissolvido, que forma o ácido carbônico, H2CO3. CO2(g) + H2O(aq) → H2CO3(aq) O ácido fraco H2CO3 ioniza-se parcialmente para liberar um íon hidrogênio, H+, com uma consequente redução no pH do sistema: H2CO3(aq) → H+ + HCO3

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Por causa desta fonte de acidez, o pH da chuva natural, não poluída, é de cerca de 5,6. Somente a chuva que é significativamente mais ácida que isso (pH menor que 5), é que pode ser considerada chuva "ácida". Os ácidos fortes como o ácido clorídrico, HCl, produzido pela emissão de gás cloreto de hidrogênio pelas erupções vulcânicas, podem produzir temporariamente chuva ácida “ natural".


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Por outro lado, o pH da chuva não poluída pode ser maior que 5,6 por causa da presença de bases fracas originárias de partículas de solo no ar, que estão parcialmente dissolvidas nas gotículas. Os dois ácidos predominantes na chuva ácida são o ácido sulfúrico, H2SO4 e o ácido nítrico, HNO3. Em termos gerais, a chuva ácida precipita-se segundo a direção do vento longe da fonte dos poluentes primários, isto é, a chuva ácida é um problema de poluição que não respeita fronteiras administrativas em razão do deslocamento.


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Neutralização da chuva ácida pelo solo: A extensão pela qual a precipitação ácida afeta a biota em uma dada área depende muito da composição do solo e das rochas nesta área. Se a rocha é calcária, o ácido pode ser eficientemente neutralizado, uma vez que essas rochas são compostas de carbonato de cálcio, CaCO3, que atua como uma base e reage com o ácido: CaCO3(S) + H+(aq) → Ca2+(aq) + HCO3-(aq) HCO3

-(aq) + H+(aq) → H2CO3(aq) → CO2(g) + H2O(aq)


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Em contraste, áreas fortemente afetadas pela chuva ácida são aquelas que possuem rochas de granito ou quartzo, porque o solo dessas regiões possui pouca capacidade de neutralizar o ácido. A acidez das precipitações leva à deterioração do solo. Quando o pH do solo é diminuído, nutrientes de plantas como os cátions potássio, cálcio e magnésio, são trocados pelo H+ sendo consequentemente lixiviados.


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Embora os níveis de emissão do dióxido de enxofre tenham diminuído significativamente nas últimas décadas, tanto na Europa quanto na América do Norte, não houve uma mudança tão grande correspondente ao pH das precipitações. A falta de uma redução correspondente na acidez é atribuída a um declínio das emissões de partículas de fuligem de chaminés e de outras partículas só-lidas; todas elas eram alcalinas e neutralizavam uma certa quantidade de dióxido de enxofre e de ácido sulfúrico, do mesmo modo que o carbonato de cálcio se comporta no solo.


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Dezenas de milhares de lagos nas regiões do Escudo, tanto do Canadá como Suécia, têm se tornado fortemente acidificados, devido à chuva ácida que cai e escoa até eles. Em alguns casos, tem havido tentativas de neutralizar a acidez com a adição calcário ou hidróxido de cálcio, CA(OH)2, nos lagos; no entanto, esse processo ser repetido todo ano para manter o pH em um nível aceitável.


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A adição de fosfato nos lagos também pode controlar a acidez, por estimular o crescimento das plantas, que convertem o íon nitrato, NO3

-, em formas reduzidas de nitrogênio com consumo de grandes quantidades de íons hidrogênio. últimos anos, uma nova fonte de ácido sulfúrico apareceu nos lagos – a oxidação do enxofre em manguezais rasos que se tornaram secos e, assim, expostos ao ar aquecimento global.


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Efeitos da poluição do ar nas árvores e na colheita: O fenômeno da deterioração das florestas foi primeiro observado em grande escala no oeste da Alemanha e ocorre principalmente em grandes altitudes. A acidificação do solo pode lixiviar os seus nutrientes e, como ocorre nos lagos, solubilizar o alumínio. Esse elemento pode interferir na absorção de nutrientes pelas árvores e outras plantas.


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Aparentemente, tanto a acidez da chuva que cai sobre as florestas quanto o ozônio troposférico e outros oxidantes no ar aos quais elas estão expostas apresentam um estresse significativo para as árvores. Os dois fenômenos em separado não matariam as árvores, mas quando eles são combinados com a estiagem, temperaturas extremas, doenças, ou ataque de insetos, as árvores rumam-se muito vulneráveis.


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Os efeitos de poluentes atmosféricos externos sobre a saúde humana: O efeito que os poluentes têm sobre a saúde humana não pode ser deduzido a partir de leis gerais da biologia ou fisiologia; eles devem ser estabelecidos experimentalmente. Para alguns poluentes, pode existir uma concentração basal do poluente, ou uma exposição abaixo da qual um particular efeito à saúde não ocorra.


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Para alguns poluentes, pode existir uma concentração basal do poluente, ou uma exposição abaixo da qual um particular efeito à saúde não ocorra. Podem existir efeitos danosos à saúde que não se manifestam quando a exposição, mesmo intensa, aos poluentes ocorre durante um breve período de tempo. O nível de exposição a um dado poluente variar consideravelmente de lugar para lugar.


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Como pode ser esperado, o maior efeito da poluição do ar na saúde humana ocorre nos pulmões. Por exemplo, as pessoas asmáticas sofrem mais com a doença quando o dióxido de enxofre, o ozônio ou a concentração de material particulado aumenta no ar que eles respiram. Estudo realizado nos Estados Unidos demonstrou que os ataques de asma aumentam em 3% para cada aumento de 10 µg/m3

no índice MP10. Um estudo recente na Califórnia constatou que a asma pode ser causada pela poluição do ar, especificamente pelo ozônio, e especialmente entre as crianças altamente ativas, que naturalmente inalam mais ar para os pulmões.


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Outro gás poluente preocupante é o 1,3-butadieno. Esse hidrocarboneto é conhecido como agente tóxico no ar uma vez que existem evidências de que causa câncer – especialmente leucemia e linfoma do tipo não Hodgkin – e também pode afetar negativamente a reprodução humana. Ele é gerado como um subproduto da queima incompleta de combustíveis, é produzido em incêndios florestais e também é um componente da fumaça do cigarro.


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Os efeitos do smog sobre a saúde humana: a poluição composta de fuligem e enxofre, aumentou a taxa de mortalidade de forma expressiva, principalmente crianças pequenas e idosos que já sofriam de problemas brônquicos. A neblina produzida pela poluição do ar, reduz tanto a intensidade da luz solar que pode diminuir a produção de alimentos em até 30%. o ozônio produz irritações passageiras no sistema respiratório, aumentando tosse, irritação nasal e da garganta, falta de ar e dores no peito com a respiração profunda.


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Uma análise de 95 centros urbanos nos Estados Unidos descobriu que o período de altas concentrações de ozônio aumentou a mortalidade diária cardiovascular e respiratória em cerca de 0,5% para cada incremento em 10 ppbv, após alguns dias de exposição contínua. A exposição ao ozônio também produz inúmeros efeitos indiretos à saúde – incluindo uma diminuição na contagem de espermatozoides. Um efeito antecipado do ozônio é o decréscimo na resistência a doenças infecciosas por causa da destruição dos tecidos do pulmão além de levar a um envelhecimento precoce dos tecidos pulmonares.


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Tem-se especulado que a poluição atribuída ao SO2 e a sulfatos causa a diminuição na resistência ao câncer de colo de útero e mama nas pessoas vivendo nas latitudes situadas mais ao norte. Finalmente, nota-se que existem alguns efeitos positivos da poluição do ar para a saúde humana! Por exemplo, a taxa de câncer de pele nas áreas fortemente poluídas por ozônio é provavelmente reduzida por causa da habilidade do gás para filtrar o UV-B da luz solar.


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1) Discuta a relação entre particulados da atmosfera e

neblina. 2) O que é chuva ácida? Quais são os dois ácidos que

predominam nela? 3) Usando equações químicas, explique como a chuva

ácida é neutralizada pelo calcário que está no solo. 4) Descreva os efeitos da precipitação ácida solo sobre:

(a) os níveis de alumínio dissolvido, (b) na população de peixes, e (c) nas árvores.

5) Descreva os efeitos mais importantes dos poluentes do ar exterior sobre a saúde.


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“A educação sozinha não transforma a sociedade,

sem ela tampouco a sociedade muda”.

Paulo Freire


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