Química Química Orgânica Prof. MARQUES. Química FUNÇÕES OXIGENADAS.
QUÍMICA DA ATMOSFERA Prof. Marcel Piovezan [email protected] Curso Técnico Concomitante...
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QUÍMICA DA ATMOSFERAQUÍMICA DA ATMOSFERA
Prof. Marcel [email protected]
Curso Técnico Concomitante em Análises
Químicas
Unidade Curricular: Química Ambiental
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOSECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICAINSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIACÂMPUS LAGES
Proposta de seminário (Apresentação)
Tema Central: Ciclos biogeoquímicos
Componentes por grupo: 2, máx. 3Tempo de apresentação: 15 – 20 min.Forma de apresentação: Livre e criativo (slides, resumo, Pôster, maquete, vídeos, experimentos demonstrativos, etc…)Data: 26/08/15 e 01/09/15
Ciclo da H2O, C, N, S e O
2
O que deve conter: biotas envolvidas (litosfera, hidrosfera, etc);Principais moléculas e processos físico-químicos;Principais reações químicas;IMPORTANTE: Efeitos sobre a biota em casos de perturbação noCiclo natural. Efeitos causados pela ação antropogênica.
ATMOSFERA HIDROSFERA
BIOSFERAGEOSFERA
ANTROPOSFERA
(tecnologia)
precipitação, vapor de água, ciclo hidrológico, energia, CO2, O2
nutrientes, matéria orgânica
biomassa, nutrientes,
H2O, CO2, O2
particuladoH2S CO2 H2O
minerais,
matéria
s-prim
as,
energ
ia, deje
tos
trans
porte
,
água
indu
strial
,
matér
ias-pr
imas
,
hidro
metalu
rgia
N2 ,N fixo, CO
2 , O2 ,
poluentesbiopolímeros,
pesticidas, agentes
tóxicos, engenharia
genéticaenergia, nitrogênio
Ca2+
, HCO
3-
CO2, O2 vapor H2O
água, sais
INTERRELAÇÃO ENTRE AR, ÁGUA, SOLO, SISTEMAS BIOLÓGICOS E A HOMEM
Fonte: Adaptado de Manahan, S.E. 19934
Alguns Conceitos…
Fontes Naturais e Antropogênicas;
Biogênica
Antropogênica
Inorgânicos gasosos(CO, SOx e NOx )
Orgânicos gasosos(COVs)
Geoquímica
5Compostos com efeitos ambientais significativos e sobre a biota.
Monóxido de Carbono (CO)
Biogênica
Na atmosfera encontra-se metano
2│CH2O│ n nCO2 (g) + nCH4 (g) Microorganismos
anaeróbicos
CH4 (g) + HO·(g) H3C·(g) + H2O(g)
H3C·(g) + O2(g) H3COO·(g)
H3COO·(g) + NO(g) H2CO·(g) + NO2 (g)
H2CO·(g) + O2(g) H2CO(g) + HOO·(g)
H2CO(g) + hv CO(g) + H2(g)
Metano radical radicalAlquil hidroxila Radical
metilperoxila
Radical metoxila
Radical hidroperoxil
a
formaldeído
7
Monóxido de Carbono (CO)
Combustão de material orgânico:
CH3CH2CH3 (g) + 2O2(g) 3CO2 (g) + 4H2O(g)propano
Combustão incompleta:
Combustão completa:
CH3CH2CH3 (g) + 7/2 O2(g) 3CO (g) + 4H2O(g)
8
Monóxido de Carbono (CO)
Destino:
Próximo ao solo: microorganismos
Mais alto:Reação em cadeia com HO·(catalisador)Produzindo CO2
9
Quais os efeitos do (CO) nos seres humanos?
Afinidade da hemoglobina pelo CO = 210 vezes
>70%
Oxihemoglobina
Fe3+Fe2+
C ≡ O
Carboxihemoglobina11
Óxido de Enxofre IV (SO2)
Demonstrando a presença de SO2 na atmosfera
Quetionando a prática:
a)Que reações químicas ocorreram?
a)Do que é composta a névoa esbranquiçada observada?
a)Por que a flor mudou de aspecto? O que ocorreu?
13
• A queima de combustíveis (carvão e derivados de petróleo) principais causas de SO2 na atmosfera
• O SO2 oxidar SO3 + H2O H2SO4
Responsáveis pela chuva ácida
Chuva Ácida
14
• É mais ácida (próximo pH 4) que o normal (pH 5)
• Comunidades ecológicas;
• Quando o pH < 4, • TODOS: invertebrados,
vertebrados e muitos microrganismos são destruídos;
• Redução e mortalidade de peixes e organismos aquáticos. Os lagos mais sensíveis ao ataque das chuvas ácidas são os com concentrações baixas de íons alcalinos;
Efeitos da Chuva Ácida na Biosfera
15
• A chuva ácida reage com metais e carbonatos, como o mármores e calcários, dando prejuízos de bilhões de dólares anualmente;
CaCO3(s) + H2SO4(aq) CaSO4(aq) + H2CO3
Chuva Ácida
??????
16
21
A ATMOSFERA : Composição A ATMOSFERA : Composição químicaquímica
O Estudo de poluição do ar é feito no âmbito da baixa atmosfera (troposfera e estratosfera), porque?
22
A ATMOSFERA : Composição A ATMOSFERA : Composição químicaquímica
Componente Ar normal ar poluído
Nitrogênio 78,09% 78,09%
Oxigênio 20,94% 20,94%
Argônio 0,93% 0,93%
Dióxido de carbono 305-370 ppm 330-550 ppm
Monóxido de carbono 0,12-0,9 ppm 10-360 ppm
Dióxido de enxofre 0,0002 ppm 0,01-0,06 ppm
Dióxido de nitrogênio 0,0005-0,02 ppm 0,12-0,25 ppm
Amônia 0,006-0,01 ppm 0,075-0,285 ppm
23
A ATMOSFERA: Composição A ATMOSFERA: Composição químicaquímica
Poluição do ar Qualquer modificação sofrida pela atmosfera natural que causem prejuízos diretos e indiretos
ao homem, a fauna, a flora e aos demais recursos naturais em todas as suas utilizações
consideradas normais.
Formam-se a partir da interação entre dois
poluentes primários ou entre primários e os
constituintes normais do ar.
Poluentes primários
H2SO4
CO2Encontram-se no ar da
mesma forma em que foram
emitidos pela fonte
Poluentes secundários
24
A ATMOSFERA: Principais A ATMOSFERA: Principais poluentespoluentesPoluente Origem Monitoramento
CO
Combustão incompleta de materias carbonatdos. Os
veículos automotores constituem a principal fonte
Espectrofotometria de infravermelho (IV)
não-dispersivo
CO2
Ocorre naturalmente, mas também é produzido na combustão de materiais
carbonados para produção de energia. Queimadas.
(IV) não-dispersivo
NOx
Produzido naturalmente pelos vulcões. Queima de
combustíveis fósseis. Queimadas.
Método da quimioluminescência
HC
Evaporação e queima de combustíveis fósseis em
veículos automotores e na indústria
Método da ionização de chama
GC-FID
25
Poluente Origem Monitoramento
SO2
Produzido naturalmente pelos vulcões. Queima de
combustíveis fósseis. Processos industriais
IV não-dispersivo
Materialparticulad
o
Indústrias, mineração, veículos, queimadas e
construção civil. IV não-dispersivo
A ATMOSFERA: Principais A ATMOSFERA: Principais poluentespoluentes
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A ATMOSFERA: O que afeta a A ATMOSFERA: O que afeta a poluiçãopoluição
• Fatores meteorológicos– Ventos;– Temperatura;– Precipitações;
• Condições topográficas
O que afeta a poluição: O que afeta a poluição: Ventos
Favorecem a dispersão dos poluentes, mas que em algum grau, conseguem transferir estes a outras regiões
Troposfera torna-se mais fria a medida que sobe – Condições favoráveis a dispersão de poluentes.
O que afeta a poluição: O que afeta a poluição: Temperatura
Quando o ar quente fica aprisionado entre duas camadas de ar frio – Condições de estagnação de poluentes (INVERSÃO TÉRMICA)
30Processo que normalmente retém e aglutina os poluentes;
O que afeta a poluição: O que afeta a poluição: Precipitações
O retorno do vapor d’água presente na atmosfera, no estado líquido ou sólido à superfície da terra. Formas de precipitação:
chuva, neve, granizo, orvalho e geada
Condições topográficas
As irregularidades do terreno influenciam sobre o grau de
dispersão de poluentes
O que afeta a poluição:O que afeta a poluição:
Autodepuração*• Os processos de emissão de
poluentes associados aos processos de turbulência da atmosfera caracterizam a
capacidade de autodepuração.
* É a sua capacidade de promover a estabilização de determinada carga poluidora nele lançada.
O que afeta a poluição:O que afeta a poluição:
• Comprometimento em níveis locais, regionais e até globais:
– Da saúde;– Dos bens materiais;– Dos recursos naturais.
Consequências da poluição:Consequências da poluição:
Efeitos sobre os seres vivos e materiais
Poluente Consequências
NOxAfecções respiratórias e alterações sanguíneas; destroem a clorofila;
causam edemas pulmar; deterioram borracha, tecidos; favorecem ao envelhecimento precoce; contribuem para o fenômeno.
MP
Problemas estéticos; Suja com fuligem os prédios e a paisagem; produz bruma e reduz a visibilidade; irrita mucosas e brônquios; carreia poluentes
tóxicos para os pulmões; reduz a produção de vitamina D em recém-nascidos; causa danos às plantas, modificações no clima terretres;
distúrbios digestivos, anemia, nervosismos, parasilia, câncer nas vias respiratórias.
HC Formam névoa escura e amarelada sobre as cidades; irritam olhos e mucosas; alguns são cancerígenos
SOx Irritam as vias respiratórias; destroem a clorofila; correm ferro, aço e mármore; causam danos irreversíveis aos pulmões quando combinados com
partículas; provocam a acidez da chuva
COx Níveis muito baixos – agrava o coração e compromete o funcionamento
normal do cérebro.Níveis elevados – causa a morte por asfixia e é o principal responsável do
efeito estufa.
Legenda: NOx, óxidos de N; MP, material particulado; HC, hidrocarbonetos; Sox óxidos de S; Cox, óxidos de C
• Além da Chuva ácida;
• Efeito estufa;
• Camada de ozônio.
Consequências da poluição: Efeitos Consequências da poluição: Efeitos globaisglobais
Efeito estufaFormação:
• Aumento da concentração dos gases de estufa como dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, clorofluorcarbonetos (CFC) e !!!!ozônio!!!.
Consequência direta:
• Aumento progressivo da temperatura global
Consequências da poluição: Efeitos Consequências da poluição: Efeitos globaisglobais
http://videoseducacionais.cptec.inpe.br/
Degradação da camada de ozônioCaracterísticas
• Faixa de 30 km de espessura;
• Altamente rarefeito;
• Capacidade de interagir com grande número de substâncias químicas.– CFC (freon)
Consequências da poluição: Efeitos Consequências da poluição: Efeitos globaisglobais
Melhorando a qualidade do arMelhorando a qualidade do ar• Investigação do problema;
– Levantamento das fontes poluidoras•O que? Onde? Quando?;
– Identificação dos padrões de qualidade• PRONAR: Res. CONAMA 05/89, 03/90 e 08/90 e PROCONVE:
Res. CONAMA 18/86 e 06/93
•
USEPA
Medidas de controle da qualidade Medidas de controle da qualidade do ardo ar
•
1. Planejamento e zoneamento territorial;2. Redução ou eliminação da emissões;3. Controle das emissões.
1.PLANEJAMENTO TERRITORIAL E ZONEAMENTO1.PLANEJAMENTO TERRITORIAL E ZONEAMENTO
Localização adequada da fontes poluidoras em relação a outra áreas; De que falamos?De que falamos?
Distribuição adequada das edificações;
Melhoria da circulação dos veículos;
Melhoria e incentivo ao uso de transporte coletivo.
Utilização de barreiras a propagação dos poluentesUtilização de barreiras a propagação dos poluentes;
2. REDUÇÃO OU ELIMINAÇÃO DAS EMISSÕES2. REDUÇÃO OU ELIMINAÇÃO DAS EMISSÕES
Uso de matéria prima e combustíveis menos poluidores;
Uso de energia elétrica no transporte;
Modificação dos processos industriais; Química verde
Operação e manutenção adequada dos equipamentos e processos;
Controle meteorológico.CIÊNCIAS DO AMBIENTE - CAP. 13.27
PROTOCOLO DE KYOTO• Tratado internacional com compromissos para
a redução da emissão dos gases que provocam o efeito estufa, considerados como causa do aquecimento global;
• Negociado em 1997, entrou oficialmente em vigor em 16 de fevereiro de 2005fevereiro de 2005 com 163 países envolvidos
• Por ele se propõe um calendário pelo qual os países desenvolvidos têm a obrigação de reduzir a quantidade de gases poluentes em, pelo menos, 5,2% até 2012, em relação aos níveis de 1990;
• Instrumentos – Mercado de Carbono e o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL).
• E hoje???
PROTOCOLO DE KYOTOMeio Ambiente: Enfraquecido, Meio Ambiente: Enfraquecido, Protocolo de Kyoto é estendido Protocolo de Kyoto é estendido
até 2020até 2020
O secretário-geral da ONU, Ban Ki-moon, é recebido pelo primeiro-ministro do Catar, na abertura da COP 18, em Doha, capital do país
Resumo da 18ª. Conferência das Partes (COP 18) na Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima
Somente 37 dos 194 países signatários da COP apoiam hoje o Protocolo de Kyoto.
Juntos, eles respondem por apenas 15% do total das emissões de gás carbônico.
Relutância dos Estados Unidos em assinar o tratado limitou o alcance das propostas para diminuir o aquecimento do planeta (em 1997).
EUA e China, juntos respondem por 40%
das emissões de gases poluentes, estão
isentos das responsabilidades
legais aplicadas aos demais países
http://vestibular.uol.com.br/resumo-das-disciplinas/atualidades/meio-ambiente-enfraquecido-protocolo-de-kyoto-e-estendido-ate-2020.htm
O BRASIL E O PROTOCOLO DE KYOTO• O Brasil assinou o Protocolo de Kyoto em 29 de
Abril de 1998;
• A Assembléia Legislativa aprovou o texto do Protocolo apenas em 20 de julho de 2002, sob o Decreto Legislativo nº 144 de 2002;
• Sendo que a ratificação do Protocolo pelo Brasil foi feita somente em 23 de Agosto de 2002.
• Não incluia metas obrigatórias para os membros do Brics (Brasil, Rússia, Índia, China e África do Sul).
• Países desenvolvidos deveriam arcar com responsabilidades maiores pela poluição.
3. CONTROLE DAS EMISSÕES3. CONTROLE DAS EMISSÕES
Equipamentos de retenção de gases e partículas:
filtros de manga;Coletores inerciais, coletores
gravitacionais;ciclones, precipitadores eletrostáticos; torres de borrifo/enchimento ;pós-queimadores catalíticos
(catalisadores); condensadores de vapores.
CIÊNCIAS DO AMBIENTE - CAP. 13.28
Diluição de poluentes mediante o uso de chaminés altas;
PRECIPITADOR ELETOSTÁTICO (99,5% MP)
Ionização do ar
Carregamento do MP
Migração Adesão
Legenda:Fio de carregamentoCargas elétricas Material Particulado (MP)
+ -
Emissões Industriais de MP
Tratamento adequado / Estudo de caso
Identificação das Fontes * Processamento de subprodutos (produção de farinhas de vísceras, penas e de carne).
PROBLEMA* Odores Desagradáveis
Caracterização do Efluente Gasoso* Compostos Sulfurados (Mercapetanas); * Compostos Nitrogenados (aminas); * Moléculas Orgânicas contendo Grupos cetona, aldeídos e ácidos carboxílicos;
• Buscar minimizar a emissão de odores gerados pela Indústria, adotando medidas de controle.
• Bioquímicos (biofiltro, bioscrubbers ou lodo ativado)
• Químicos (scrubbers químicos, oxidação térmica, catalítica ou ozonização)
ESTRATÉGIAS DE TRATAMENTO
• Físicos {condensação, adsorção (carvão ativado) e absorção}.
* Scrubbers: São colunas de absorção de troca gás/líquido
PRINCIPAIS MÉTODOS
SISTEMAS BIOQUÍMICOS: Biofiltros
Leito + microorganismos
Ar com odor(úmido)
Ar Limpo
Lixiviado
Ar com odorLeito
empacotado
Ar LimpoBiopelícul
a
Vantagens:Pouca supervisão e consumo de energia;Elimina diversos compostos
Desvantagens:Pouco controle das condições Risco de entupimento
Empregam bactérias suportadas que decompõem os compostos orgânicos presentes no efluente, empregando-os como substrato para o seu desenvolvimento.
BIOSCRUBBERS
São colunas de absorção de troca gás/líquido
As colunas são recheadas com microrganismos suportados,
que são constantemente borrifados com água.
Vantagens:•Remove compostos altamente solúveis;
Desvantagens:•O efluente residual acaba
gerando odores.
Processos Biológicos: Landfarming
Baseiam-se nas propriedades físico-químicas do solo e de sua intensa atividade microbiana, (biodegradação) e fixação dos gases
Minimizando os riscos de contaminação ambiental. Aplicações controladas na superfície ou no interior do
solo, acompanhada por práticas de manejo e monitoramentos constantes,
- Evitar lixiviação de lençóis freáticos.
QUÍMICOS: SCRUBBER
Os gases contaminados são
injetados pela parte inferior do tanque. Ao fluírem verticalmente para cima entram em contato com o líquido de limpeza (reativo), o
qual encontra-se disperso mediante
borrifação.
Desvantagem: •O Efluente líquido
gerado deve ser tratado
QUÍMICOS: OZÔNIO
O processo baseia-se no elevado poder oxidante do O3.
Comumente empregado em série com outros métodos,
como o lodo ativado.
VANTAGENS:•É isento de resíduos;
•Não há risco de transporte, pois sua produção é local.
DESVANTAGEM:Custo elevado
FÍSICOS: ADSORÇÃO POR CARVÃO ATIVADO
• Sua elevada área superficial facilita a adsorção da maioria dos
compostos gasosos.
• Concentra os poluentes;
• Necessita de um tratamento (pirólise), ou descartado como
resíduo.
•Elevada eficiência (100%)
MANAHAN, S.E. Fundamentals of Environmental Chemistry. Lewis Publishers, London. 1993. 844 p.
LENZI, E. FAVERO, L. O. B. Introdução à Química da Atmosfera - Ciência Vida e Sobrevivência. Rio de Janeiro (RJ): LTC, 2011. 465 p.
BAIRD, C.; CANN, M. Química Ambiental. 4. ed. Porto Alegre (RS): Bookman, 2011.
Emissões veiculares no estado de São Paulo 2011 / CETESB Disponível em:<http://www.cetesb.sp.gov.br/ar/emissao veicular>. Acesso em: 11 nov. 2014 às 23:40h.
Referências
60
MAPA DAS EMISSÕES. Disponível em: <http://meioambiente.cptec.inpe.br/>. Acesso em: 11 mar. 2015 às 10:25h.
EFEITO ESTUFA. Disponível em: <http://videoseducacionais.cptec.inpe.br>. Acesso em: 11 mar. 2015 às 10:25h.
PROTOCOLO DE KYOTO. Disponível em: <http://vestibular.uol.com.br/resumo-das-disciplinas/atualidades/meio-ambiente-enfraquecido-protocolo-de-kyoto-e-estendido-ate-2020.htm>. Acesso em: 11 mar. 2015 às 10:25h.
Referências (vídeos e Notícias)
61