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Cursos de Especializao para o quadro do Magistrio da SEESP

Ensino Fundamental II e Ensino Mdio

So Paulo

2011

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ficha sumrio tema

Ficha da Disciplina:

A Qumica da Biosfera

Ida Aparecida Pastre

Rosebelly Nunes Marques

http://lattes.cnpq.br/5468171932996244http://lattes.cnpq.br/7921735904003583

ficha sumrio tema

Estrutura da DisciplinaSemana Temas

1/ago a 7/ago

Resumo Introduo

1. Atmosfera - Importncia da Qualidade do Ar para a Manuteno da Vida no Planeta

8/ago a 14/ago2. A Hidrosfera - gua que Lquido Esse? Por Que

Devemos Cuidar?

15/ago a 21/ago3. Poluio das guas

4. Litosfera: A Qumica da Parte Slida da Terra

22/ago a 28/ago 5. Poluentes do Solo

29/ago a 4/set6. Relevncia da Qumica para uma

Sociedade Sustentvel

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ficha sumrio tema

SumrioVdeo da Semana ...................................................................... 4

Resumo .........................................................................................4

Introduo ....................................................................................5

Tema 1: Atmosfera - Importncia da Qualidade do Ar para a manuteno da Vida no Planeta ................................................................................... 9

1.1: Caractersticas da atmosfera terrestre ................................................. 9

1.2 - Regies da atmosfera terrestre..........................................................11

A troposfera ..............................................................................................12

a) A poluio atmosfrica e o aquecimento global ....................................13

b) Smog Fotoqumico ...............................................................................14

c) Chuva cida .........................................................................................16

A Estratosfera ...........................................................................................19

a) Caractersticas do oznio ......................................................................20

b)Camada de oznio ................................................................................ 21

A Mesosfera ............................................................................................. 25

Termosfera e exosfera ............................................................................... 25

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Disciplina 08 Tem

a 1ficha sumrio tema

Vdeo da Semana

ResumoDesde o surgimento do ser humano na face da terra ele aprendeu a transformar substncias

encontradas na natureza para melhorar sua qualidade de vida. No entanto, foi nos ltimos 100 anos que o ser humano desenvolveu sua capacidade de efetuar transformaes qumicas e industriais que causaram mudanas significativas no meio ambiente. O aumento da produti-vidade agro-pastoril e industrial, se de um lado foi positivo amenizando muitos problemas do ser humano como fome, sade, moradia, etc, por outro lado aes descontroladas como o uso excessivo de produtos qumicos e a utilizao dos recursos naturais, acarretam srios proble-mas ambientais que se constituem em perigos potenciais para a vida do planeta. O crescimento econmico Mundial depende dos processos qumicos que vo, desde o tratamento de gua, aos mais complexos processos industriais. Nesta etapa vamos aplicar os princpios da qumica para o entendimento das causas e efeitos desses processos no ambiente, assim como discutir aspectos relacionados Formao de Professores na temtica ambiental e a incluso do eixo Cincia, Tecnologia, Sociedade e Ambiente (CTSA). Portanto, o gerenciamento da hidrosfe-ra, da atmosfera e litosfera de forma a manter e aumentar a qualidade de vida global no planeta uma das mais importantes preocupaes da sociedade atual.

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IntroduoQumica a cincia que estuda as substncias, sua estrutura (tipos e for-

mas de organizao dos tomos), suas propriedades e as reaes que as trans-formam em outras substancias. Linus Pauling (1901-1994)

Do ponto de vista histrico a qumica surgiu da alquimia, no incio foi dividida em dois ramos, a Qumica Orgnica, que estudava as substncias formadas com base na combinao de tomos de carbono e seus derivados e a Qumica Inorgnica que se concentrava no estudo dos minerais, estes dois ramos ainda existem at hoje

Nos dias atuais a Qumica est dividida em um leque mais ampliado e diversificado, sendo que as principais divises so: Qumica Orgnica, Qumica Inorgnica, Fsico-qumica, Qu-mica analtica e Bioqumica.

Com o Desenvolvimento dessa Cincia tem-se aumentado muito o conhecimento e suas contribuies para o desenvolvimento de tecnologia, com esse desenvolvimento tambm se re-duz muito a separao entre as principais divises da qumica criando novas reas em comum entre elas.

Um novo ramo da qumica que vem se desenvolvendo a Qumica Ambiental que estuda o efeito de agentes qumicos, naturais ou artificiais que afetam a biosfera. Esse novo ramo vem se desenvolvendo para diminuir as ameaas ao meio ambiente tentando compreender a natureza e o tamanho dos problemas e encontrar solues.

Para essa compreenso necessrio reconhecer que a cincia e a tecnologia desempenham um papel muito importante na resoluo dos problemas ambientais atravs da aplicao ade-quada do conhecimento e da tecnologia.

Aspectos importantes da qumica ambiental

Qumica Ambiental pode ser definida como um estudo de espcies qumicas ou agentes qumicos que afetam a biosfera, suas origens, reaes, efeitos, movimentao e destino desses agentes na gua, ar e solo, bem como a influncia da atividade humana sobre esses processos, ou seja, a Qumica Ambiental a cincia dos fenmenos qumicos no meio ambiente.

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reas da qumica ambiental

A Qumica Ambiental estuda as reaes qumicas que ocorrem na biosfera (hidrosfera, li-tosfera e atmosfera) e suas interfaces, principalmente as que afetam o homem. Para um melhor entendimento conveniente dividir o conhecimento da Qumica Ambiental em qumica da hidrosfera, litosfera, atmosfera e biosfera.

A hidrosfera refere-se aos oceanos, rios, lagos, represas, reservatrios, picos, geleiras, calotas polares e lenis freticos, ou seja, a gua em todas as suas formas. A Qumica Ambiental ir estudar as espcies qumicas e as reaes que ocorrem na forma lquida da gua.

A litosfera refere-se camada slida mais externa da Terra que engloba todos os materiais encontrados na crosta como os minerais, matria orgnica, e principalmente o solo que a parte mais significativa.

A Atmosfera refere-se camada gasosa que envolve a Terra e dividida em regies diferen-tes, dependendo da altitude. A composio da atmosfera depende da altitude, da exposio radiao solar dentre outros fatores.

A Biosfera refere-se a todos os organismos vivos e fortemente influenciada pela qumica do meio ambiente que exerce uma influncia sobre a qumica dos ambientes como litosfera, hidrosfera e atmosfera.

ATMOSFERA

HIDROSFERA BIOSFERA

LITOSFERA

QUMICA AMBIENTAL

FIGURA 1 Diagrama resumido das reas da Qumica Ambiental(PASTRE; MARQUES, 2011)

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A Qumica ambiental dinmica

Uma espcie qumica quando introduzida no meio ambiente pode ser distribuda local-mente ou pode atingir propores globais. A distribuio depende da espcie qumica e da forma como introduzida. Alguns gases poluentes quando lanados na atmosfera atingem uma vasta rea geogrfica. Os problemas podem ser evitados ou minimizados conhecendo-se as propriedades de cada composto qumico e obtendo informaes dos fenmenos que ocor-rem quando o composto foi introduzido anteriormente. Essa compreenso fornece uma base para se fazer previses e evitar problemas futuros.

Uma espcie qumica pode ser distribuda pelo ambiente, por exemplo, um produto qu-mico introduzido na hidrosfera pode passar para a litosfera ou para a atmosfera ou ainda ser absorvida por um organismo vivo. Esse produto pode ficar se movimentando entre os dife-rentes sistemas.

A espcie qumica quando est na gua possui propriedades que podem ser estudadas e definidas, na gua haver uma movimentao dessa espcie atravs da interao ou reao com outras espcies no meio aqutico. Essa mesma espcie tambm pode encontrar um caminho para a atmosfera, onde ele pode ser transportado por fenmenos metereolgicos. Uma espcie qumica quando presente no sistema vascular de um animal pode ser transportado pelo corpo todo, tambm pode atingir todas as regies de uma planta o que ir depender do transporte de seiva.

O movimento de produtos qumicos no solo um pouco diferente dos exemplos citados acima. No solo o movimento de uma espcie qumica ocorre principalmente por um processo de difuso. Partculas do solo podem se mover por si s no ar ou no meio aquoso e durante o movimento podem absorver ou adsorver outras partculas. O movimento dessas partculas vai depender do movimento do ar ou da gua e ser governado pelas propriedades do ar e da gua, as propriedades ou caractersticas da espcie qumica que transportada tero uma mnima influencia.

No estudo especifico de um determinado produto qumico importante o conhecimento mais significativo das propriedades qumicas desse material, pois esse produto pode se deslocar entre as diversas reas do ambiente, os parmetros mais importantes esto relacionado com os fatores termodinmicos e cinticos nessa transio.

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Nos meios naturais no se tm sistemas que consistem em equilbrios reversveis, porm podemos assumir uma condio de equilbrio para fornecer alguma indicao particular sobre a tendncia de transformao e movimentao entre as diversas reas do ambiente.

Para considerarmos algumas propriedades que podem definir como ser a movimentao de determinadas espcies entre as reas ambientas pode-se considerar a existncia de vrias interfaces entre as reas.

Interfaces

GUA AR: Nessa interface o movimento se deve a presso de vapor da substncia e sua solubilidade em gua.

GUA SOLO Propriedades como constante de solubilidade, coeficiente de partio e calor de soluo so importantes nesta parte. Nessa interface o movimento das esp-cies qumicas ocorre principalmente envolvendo a adsoro e dessoro e os fatores que as influenciam bem como a solubilidade em gua..

TERRA AR: Este o sistema mais complexo e est relacionado adsoro qumica sobre o solo, como tambm com a presso de vapor e a influncia da gua e o efeito do movimento dessa espcie substncia qumica nessa interface.

MEIO FSICO MEIO BIOLGICO: Esta uma interface bem diferente das de-mais, pois se refere movimentao de espcies qumicas dos organismos biolgicos, como plantas e animais, para meios fsicos como o solo, gua ou ar e destes para orga-nismos biolgicos, normalmente este movimento ocorre atravs de membranas.

Nessa discusso podemos concluir que o movimento de produtos qumicos no meio am-biente um processo contnuo e que envolve todas as interfaces envolvendo vrias proprie-dades qumicas e fsicas dessas espcies e qumicas em cada processo e por mais esttico que possa parecer ele est em constante movimento.

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Tema 1: Atmosfera - Importncia da Qualidade do Ar para a manuteno da Vida no Planeta

Iniciaremos a disciplina com o estudo dos gases e seus efeitos do ponto de vista da Qumica Ambiental, conhecendo um pouco sobre a atmosfera terrestre.

1.1: Caractersticas da atmosfera terrestre

A camada de ar que envolve o planeta Terra denominada atmosfera. De acordo com LENZI (2009) possvel evidenciar trs momentos distintos ao longo de sua formao, abor-dados a seguir.

No primeiro momento, iniciado anterior vida, a atmosfera apresentava caractersticas re-dutoras bem como acmulo de N2. A gua contida na superfcie terrestre origina os mares e oceanos em um preldio ao ciclo hidrolgico. Estabelecido o ciclo hidrolgico, as condies suporte para o princpio da vida tambm foram estabelecidas.

O segundo momento est relacionado com o aparecimento da vida. Durante esse perodo 21% de ar seco da atmosfera de O2. A formao da camada de oznio surgiu nesta etapa, per-mitindo que os seres vivos de ento estivessem protegidos da ao dos raios ultravioleta. Com uma significativa quantidade de oxignio em sua constituio surgem os indivduos aerbios.

O terceiro momento marcado pela presena do homem e sua influncia no meio ambiente (LENZI, 2009). Neste perodo, pela ao do homem, possvel evidenciar a intensificao do efeito estufa, bem com a formao da chuva cida. O buraco no escudo de oznio tambm surgiu durante o terceiro perodo.

A atmosfera atual apresenta uma mistura gasosa significativamente diversificada, porm, sendo constituda com cerca de 98% de nitrognio e oxignio, como possvel de visualizar na tabela 1.

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Componente Teor (frao em quantidade de matria) Massa molar

Nitrognio 0,78084 28,013

Oxignio 0,20948 31,998

Argnio 0,00934 39,948

Dixido de carbono 0,000375 44,0099

Nenio 0,00001818 20,183

Hlio 0,00000524 4,003

Metano 0,000002 16,043

Criptnio 0,00000114 83,80

Hidrognio 0,0000005 2,0159

xido nitroso 0,0000005 44,0128

Xennio 0,000000087 131,30

Tabela 1. Composio do ar seco prximo ao nvel do mar (BROWN; et al, 2005 apud PASTRE;MARQUES, 2011).

Geralmente, os gases atmosfricos tm suas concentraes expressas em duas escalas, a ab-soluta e a relativa. No caso da escala absoluta, as concentraes so determinadas em molculas por centmetro cbico.

Quanto escala que expressa as concentraes relativas, esta usualmente expressa como frao molar ou molecular. Devido s concentraes dos componentes de uma mistura gasosa serem significativamente pequenas, freqentemente as fraes molares ou moleculares so ex-pressas em partes por milho, ppm, partes por bilho, ppb, ou partes por trilho, ppt (BAIRD, 2002).

A unidade de concentrao usualmente utilizada para expressar a quantidade trao de subs-tancias o ppm. Para solues aquosas ppm refere-se a gramas de substncia em um milho de gramas de soluo. Para gases ppm ou ppmv refere-se parte por volume um milho de volume do todo.

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Lanando mo da lei dos gases ideais, como o volume do gs proporcional a quantidade de molculas do gs, a frao de volume e a frao em quantidade de matria so as mesmas. Assim, 1 ppm de um constituinte em trao da atmosfera corresponde a um mol do constituin-te em um milho de mols de gs total. Ou seja, a concentrao em ppm igual a frao em quantidade de matria multiplicada por 106.

Como exemplo temos que para o CO2, a Tabela 1 fornece a frao em quantidade de mat-ria para o mesmo na atmosfera como sendo 0,000375. Sua concentrao em ppm 0,000375 x 106 = 375 ppm.

Praticando: A concentrao de CO em uma amostra de ar 4,3 ppm. Qual a presso parcial do CO (PCO) se a presso total (PT) do ar 695 torr?

Resoluo PCO = PT .XCO

PCO = 695 . 4,3 106

PCO = 3,0 x 10-3 torr

1.2 - Regies da atmosfera terrestre

A atmosfera apresenta cinco regies distintas, sendo elas a troposfera, a estratosfera, a me-sosfera, a termosfera e a exosfera, com quatro faixas de transio bem definidas: a tropopausa, a estratopausa, a mesopausa e a termopausa (Figura 2). Considerando at o limite entre a termosfera e a exosfera, a espessura da atmosfera pode chegar a aproximadamente 500 km (LENZI, 2009).

A atmosfera terrestre afetada pela temperatura e pela presso, bem como pela gravidade. As molculas e os tomos mais leves so encontrados em altitudes maiores. A densidade do ar diminui com a altitude. A presso atmosfrica tambm diminui medida que se sobe s ca-madas superiores da atmosfera e vai caindo significantemente seu contedo de oxignio, cuja densidade maior que a do nitrognio. A presso diminui de um valor mdio de 760 torr ao nvel do mar, para 2,3 x 10-3 torr a 100 km e 1 x 10-6 a 200 km.

A troposfera e estratosfera respondem juntas por 99,9% da massa da atmosfera, com 75% da massa sendo da troposfera. Essas duas camadas destacam-se do ponto vista ambiental. Na troposfera, desenvolvem-se todos os processos climticos importantes para a manuteno da

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vida na terra. Alm disso, nessa regio que ocorre a maioria dos fenmenos relacionados com a poluio do ar. Na estratosfera, em razo da presena do oznio, ocorrem importantes reaes que permitem o desenvolvimento da vida em nosso planeta.

O perfil de temperatura que caracteriza a atmosfera resultado da estratificao dos gases que se encontram presentes em cada camada, da incidncia de radiao solar no planeta e da disperso dessa radiao de volta para o espao (BRAGA; et al, 2006).

A troposfera

A camada mais baixa da atmosfera a troposfera, estando compreendida entre a superf-cie da crosta terrestre at aproximadamente 16 km de altitude (BAIRD, 2002). Essa camada apresenta-se como a de maior interesse para o homem, visto que nela que se encontra o ar que respiramos. Uma marcante caracterstica da troposfera a reduo de temperatura com o aumento da altitude sendo esse decrscimo de aproximadamente 6,5 C por quilometro sen-do conhecido como gradiente vertical normal ou padro de temperatura. Possui importncia fundamental do ponto de vista climtico, pois essa camada a responsvel pela ocorrncia das condies climticas da terra

Os dois componentes mais importantes da atmosfera natural na troposfera so o nitrog-nio, N2, e o oxignio, O2. Importante revisarmos algumas propriedades qumicas dos dois prin-cipais componentes da atmosfera. A molcula de N2 possui ligao tripla. Essa ligao muito forte basicamente responsvel pela baixa reatividade do N2. A molcula de O2 apresenta ligao dupla sendo a energia da ligao no O2 de 495 kJ/mol, muito menor que a energia de ligao da molcula de N2 que de 941 kJ/mol, sendo portanto, o O2 mais reativo que o N2.

O oxignio reage com muitas substncias para formar xidos. Os xidos dos no metais como o CO2, SO2 e NO2, formam solues cidas quando dissolvidos em gua. Os xidos de metais como o xido de clcio (CaO) formam solues bsicas quando dissolvidos em gua.

Importantes fenmenos intensificados pela ao do homem, que interferem direta e indire-tamente na vida, inclusive na do homem, acontecem nela. Dentre eles o smog fotoqumico e a chuva cida e o aquecimento global sero abordados com maiores detalhes.

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Camada

Exosfera

Altitude Temperatura C Radiao SolarIncidente

500km

85km

50km

10 - 16km

0km

Termopausa

Termosfera

Mesosfera

Estratosfera

Troposfera

Mesopausa

Estratopausa

Tropopausa

Raio da Terra(6.371km)

Regio demudana

+ 1.200

-92

-2

-56

-15

=

> 22

0 33

0 nm

>

100 n

m

>

330 n

m

Regi

o vis

vel d

o esp

ectro

Figura 2. Representao esquemtica da atmosfera, com suas variaes de temperatura e a penetrao da radiao eletromagntica (LENZI, 2009).

a) A poluio atmosfrica e o aquecimento global

A exploso do desenvolvimento industrial leva ao acmulo de dixido de carbono (CO2) no ambiente alm de milhares de outros poluentes. As principais fontes de dixido de carbo-no so a respirao dos organismos aerbicos, a queima completa da matria orgnica como o combustvel fssil, a biomassa, florestas, etc. O dixido de carbono, juntamente com o gs metano, aparece como um dos principais poluentes responsveis pelo aumento da temperatura do planeta, ou seja, o aquecimento global.

O ar considerado poludo quando ele contm uma ou mais substncias qumicas em concentraes suficientes para causar danos aos seres humanos, outros animais, vegetais ou ao patrimnio.

Os poluentes so classificados em primrios e secundrios. Os primrios so aqueles lan-ados diretamente no ar. Como exemplo, temos o monxido de carbono (CO), os compostos orgnicos volteis e particulados em suspenso como poeira e fumaa, etc.. Os secundrios so

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aqueles poluentes formados na atmosfera a partir de substncias lanadas no ambiente. Como exemplo, temos o cido sulfuroso (H2SO3) formado pela reao entre o dixido de enxofre (SO2) e a gua na atmosfera.

O vapor de gua e dixido de carbono presentes na troposfera so importantes para a ma-nuteno da temperatura na superfcie da terra. Retm a radiao infra-vermelha que sentimos como calor, originando o chamado efeito estufa que mantm a temperatura mdia na superfcie da terra prxima dos 15 C. Sem o efeito estufa, a temperatura mdia da Terra seria de 18 C abaixo de zero.

Em razo das atividades humanas o aumento da concentrao atmosfrica dos gases do efeito estufa (CO2, metano (CH4), xido nitroso (N2O e clorofluorcarbonos (CFCs)) aumen-taram a absoro do calor emitido ou refletido pela superfcie da terra diminuindo a quan-tidade que deveria voltar para o espao ocasionando o aumento do efeito estufa, ou seja, da temperatura mdia do planeta.

A concentrao global de CO2 medida no perodo pr - industrial antes de 1750 era de 280 ppmv. De 1958 a 2003, a concentrao de CO2 global aumentou de 316 ppmv para 376 ppmv. O aumento desde o perodo pr - industrial at o presente foi de aproximadamente 34%. Estes dados revelam uma elevao de 0,3 a 0,6 C na temperatura mdia global da atmosfera sendo a previso para 2050 - 2100 um aumento de 1 a 3 C.

b) Smog Fotoqumico

Segundo Baird (2002), o smog fotoqumico, ou nvoa fotoquimica, um fenmeno carac-terizado pela presena de oznio na troposfera em regies urbanas com a estagnao de uma massa de ar. O smog proveniente de uma srie de reaes qumicas, tendo como principais reagentes o xido ntrico, hidrocarbonetos emitidos, principalmente, pela queima incompleta do combustvel dos motores a combusto, os compostos orgnicos volteis, COVs, oriundos de substancias contendo hidrocarbonetos volteis como, combustvel lquido, aerossis e afins. Com a presena da luz solar sobre esses compostos h um aumento da quantidade de radicais livres formados no ambiente. A Figura 3 a seguir, ilustra as sucessivas reaes de formao do smog.

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Figura 3: As principais reaes durante a formao do smog fotoqumico e suas etapas (LENZI, 2009)

De acordo com LENZI (2009), o smog fotoqumico pode apresentar efeitos fsicos, qu-micos e biolgicos. Fisicamente, o material particulado constituinte do smog forma aerossis que reduz a visibilidade sendo que, para uma umidade relativa do ar inferior a 60%, essa pode ser limitada a 3 milhas.

Biologicamente, todo o efeito pode ser verificado na biota animal e vegetal. Em seres hu-manos, o smog proporciona problemas sade bem como desconforto. Os PAN, peroxil alquil nitrato, causa irritao nos olhos e o oznio em concentraes de 0,15 ppm causa problemas respiratrios. De acordo com a organizao mundial da sade, a concentrao mxima permi-tida de O3 no ar de 100 ppb medida em mdia por um perodo de uma hora.

Quimicamente, os efeitos ficam a cargo do carter oxidante que a nvoa fotoqumica apre-senta. A corroso de materiais evidente neste efeito, em que, a gua serve de meio reacional.

Radiao eletromagntica

Inverso trmica

NOx + h + HC

CHNOx

COV

1 Etapa 2 Etapa 3 Etapa

O2 + h ( = 246 nm) O + O

O3 + h ( ,< 315 nm) O + O2

O3 + h (1200 > > 315nm) O + O2

NO3 + h (400 < < 625 nm) O + NO2

O + NO + M NO2 + M

O + O2 + M O3 + M

O3 + NO NO2 + O2

O3 + NO2 NO3 + O2

O + NO2+ M NO3 + M

NO2 + h ( < 430 nm) NO + O

RH2COO + O2 RH2C-O

+ O3

RH2COO + NO2 RH2COONO2

(PAN)RH2COO

+ NO RH2C-O + NO2

RH2CO + HO RCHO + H2O

Aldedo

NO2 + HO HNO3

HO + HO H2O2 HOO + HOO H2O2 + O2

NO2 + NO3 N2O5 N2O5 + H2O 2HNO3

O + RCH3 HO + RH2C

HO + RH2C-H H2O + RH2C

RH2C + O2 RH2COO

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c) Chuva cida

A chuva cida uma das principais conseqncias da poluio atmosfrica. A principal causa da ocorrncia de chuva cida se d pela ao antrpica. Com a queima de carvo ou combustveis fsseis ocorre liberao de resduos gasosos, como o dixido de enxofre e de nitrognio para a atmosfera. Esses gases sofrem reaes na atmosfera dentre elas a reao com vapor de gua presente na atmosfera. Como resultado h a formao das chuvas cidas.

Vale ressaltar que a gua da chuva naturalmente cida com pH aproximadamente igual a 5,5 devido ao dixido de carbono (CO2) dissolvido oriundo da atmosfera (BAIRD, 2002). As equaes abaixo mostram a formao e dissociao do cido carbnico (H2CO3) presente na chuva natural, no-poluda:

CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq)

H2CO3(aq) H+(aq) + HCO3-(aq)

HCO3-(aq) H+(aq) + CO32-(aq)

O aumento da acidez da gua da chuva, pH menor que 5, ocorre principalmente quando h um aumento na concentrao de xidos de enxofre e nitrognio na atmosfera. Estes xidos e o dixido de carbono so chamados de xidos cidos, porque em contato com a gua (neste caso gua de chuva) formam cidos, que contribuem para o decrscimo do pH ou aumento da acidez da gua da chuva.

Os dois principais cidos predominantes na chuva cida so o cido sulfrico (H2SO4) e o cido ntrico (HNO3) (BAIRD, 2002).

O dixido de enxofre (SO2) o responsvel pelo maior aumento na acidez da chuva. Este produzido diretamente como subproduto da queima de combustveis fsseis como a gasolina, carvo e leo diesel. O leo diesel e o carvo so muito impuros, e contm grandes quantidades de enxofre em sua composio, sendo responsveis por uma grande parcela da emisso de SO2 para a atmosfera (BROWN; et al., 2005).

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De forma equivalente a outros xidos, o SO2 reage com a gua formando o cido sulfuroso:

SO2(g) + H2O(l) H2SO3(aq)

H2SO3(aq) H+(aq) + HSO3-(aq)

O dixido de enxofre tambm pode sofrer oxidao na atmosfera e formar o trixido de enxofre (SO3), que por sua vez, em contato com a gua da chuva ir formar o cido sulfrico (H2SO4), que um cido forte:

SO2(g) + O2(g) SO3(g)

SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq)

H2SO4(aq) 2H+(aq) + SO42-(aq)

O nitrognio gasoso (N2) e o oxignio molecular (O2) da atmosfera podem reagir formando o monxido de nitrognio (NO). No entanto, esta reao no espontnea, necessitando de muita energia para ocorrer. Por exemplo, durante a queima de combustvel no motor do carro ou em fornos industriais a temperatura muito elevada, fornecendo a energia necessria para que ocorra a formao do monxido de nitrognio de forma eficiente (BAIRD, 2002).

N2(g) + O2(g) 2 NO(g) (em altas temperaturas)

O monxido de nitrognio pode ser oxidado na atmosfera (que contm O2) e formar o dixido de nitrognio (NO2) que apresenta colorao marrom. Muitas vezes, o fato do cu ter um tom marrom em cidades com tantos veculos como So Paulo, se deve formao do NO2 na atmosfera, somado com a grande emisso de material particulado (incluindo a fuligem) que tambm escurece a atmosfera. O dixido de nitrognio pode sofrer novas reaes e formar o cido ntrico (HNO3), que contribui para aumentar a acidez da gua de chuva (BAIRD, 2002):

2 NO(g) + O2 (g) 2 NO2 (g)

2 NO2(g) + H2O(l) HNO2(aq) + HNO3(aq)

2 HNO2(aq) + O2(aq) 2 HNO3(aq)

Um carro produzido em 1995 produz at 10 vezes mais NO que um carro produzido hoje. Isto porque os carros modernos possuem um conversor cataltico que reduz muito a formao do NO. O conversor cataltico (ou catalisador) contm metais como paldio, platina e rdio,

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que transforma grande parte dos gases prejudiciais sade e ao meio ambiente, em gases iner-tes como N2 e CO2. Devemos lembrar que o CO2 um gs que no prejudica diretamente a sade humana, mas colabora para aumentar o efeito estufa (ATKINS; DE PAULA, 2008).

2 CO(g) + 2NO(g) 2CO2 (g) + N2 (g)

2 CO(g) + O2(g) 2CO2(g)

2 NO(g) N2(g) + O2(g)

importante salientar que com ou sem catalisador o carro continua emitindo imensas quantidades de CO2 para a atmosfera. O catalisador tem um papel importantssimo, mas atua de forma a minimizar apenas as emisses de CO e NO (ATKINS; DE PAULA, 2008).

A chuva cida causa diversas conseqncias para o meio ambiente. malfica para a sade da populao, pois esta chuva solubiliza metais txicos presentes no solo. Esses metais podem contaminar os rios e podem ser utilizados pelo homem causando srios problemas de sade (BAIRD, 2002). Nas casas, edifcios e monumentos a chuva cida tambm ajuda a corroer alguns dos materiais utilizados nas construes, danificando algumas estruturas, como as bar-ragens, as turbinas de gerao de energia, monumentos, etc., como mostra a Figura 4.

Figura 4: Efeito da precipitao cida em uma esttua em calcrio e sobre uma floresta de picea (Erz-gebirge, Alemanha). Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Chuva_%C3%A1cida

http://pt.wikipedia.org/wiki/Calc%C3%A1riohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Piceahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Erzgebirgehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Erzgebirgehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Chuva_%C3%A1cida

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Os lagos podem ser os mais prejudicados com o efeito das chuvas cidas, pois podem ficar totalmente acidificados perdendo toda a sua vida.

A chuva cida causa desflorestamentos, provocando clareiras, matando algumas rvores de cada vez. Podemos imaginar uma floresta, que vai sendo progressivamente dizimada, poden-do eventualmente ser at destruda. Plantaes quase da mesma forma que as florestas so afetadas, no entanto a destruio mais rpida, uma vez que as plantas so todas do mesmo tamanho e assim, igualmente atingidas pelas chuvas cidas (BAIRD, 2002).

A Estratosfera

A estratosfera a regio atmosfrica compreendida numa faixa de aproximadamente 35 km acima da troposfera. A camada de oznio est situada na poro inferior da estratosfera, fato que a torna de vital importncia.

A estratosfera apresenta como principal caracterstica a inverso de temperatura, isto , a medida que a altitude aumenta, a temperatura tambm sofre acrscimo (BAIRD, 2002). Acompanhando-se a variao de temperatura com o aumento da altitude, Figura 5, verifica-se

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0170 190 210 230 250 270 290

Termosfera

Altitu

de (k

m)

Temperatura (K)

Mesopausa

Mesosfera

Estratopausa

Estratosfera

TropopausaTroposfera

na estratosfera que em sua camada inferior a temperatura apresenta uma tendncia a diminuir. Porm, avanando em altitudes superiores a temperatura se eleva. A estratopausa, regio limtrofe da estratosfera marcada pela estagna-o da temperatura e posterior decrscimo de temperatura com o aumento da altura.

Figura 5: Variao da temperatura em funo da altitude na atmosfera (Brown; et al, 2005)

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a) Caractersticas do oznio

O oznio (O3) um gs instvel, com propriedades diamagnticas e com temperatura de ebulio de -112 C. uma forma alotrpica do oxignio, constitudo por 3 tomos unidos por ligaes simples e dupla, sendo um hbrido de ressonncia com comprimento mdio de ligao de 1,28 . uma molcula angular com um ngulo de 11649 entre seus tomos o que o torna mais solvel em gua. Sua alta reatividade o transforma em elemento txico capaz de atacar protenas (destruindo microorganismos) e prejudicar o crescimento dos vegetais. um gs temperatura ambiente, de colorao azul-plida, devido intensa absoro de luz vermelha, venenoso e com um odor pronunciado e irritante. A sensibilidade de algumas pessoas pode detectar aproximadamente 0,01 ppm no ar. A exposio concentrao de 0,1 a 1 ppm produz dores de cabea, queimao nos olhos e irritao das vias respiratrias.

A molcula dissocia-se facilmente formando tomos de oxignio reativos:

O3(g) O2(g) + O(g) H = 105 kJ/mol

A decomposio catalisada por metais como Ag, Pt, Pd e muitos xidos de metais de transio.

tambm um agente oxidante poderoso mais fraco apenas que o F2, reagindo mais rapi-damente que o O2. Uma medida desse poder oxidante o alto potencial padro de reduo de O3 comparado com F2 e O2.

F2(g) + 2H+(aq) + 2e- 2HF (aq) E = +3,06 V

O3(g) + 2H+(aq) + 2e- O2(g) + H2O(l) E = +2,07 V

O2(g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l) E = +1,23 V

O oznio forma xidos com muitos elementos nas condies para as quais O2 no reage; ele oxida todos os metais comuns exceto o ouro e a platina.

O oznio formado em descargas eltricas: 3O2(g) 2O3(g) H = 285 kJ

O oznio usado para tratamento domstico de gua em substituio ao cloro matando bactrias e oxidando compostos orgnicos. O maior uso do oznio esta na preparao de me-dicamentos, lubrificantes sintticos dentre outros compostos orgnicos comercialmente teis, onde O3 usado para romper ligaes duplas carbono - carbono.

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O oznio apresenta-se como espcie indesejvel na atmosfera poluda de grandes centros urbanos, sendo um dos principais constituintes da nvoa fotoqumica. Entretanto, o O3 um componente importante da atmosfera superior, onde bloqueia a radiao ultravioleta prote-gendo a terra dos efeitos desses raios de alta energia. Por essa razo, a destruio do oznio estratosfrico motivo de preocupao cientfica nos dias atuais.

b)Camada de oznio

Os mecanismos envolvidos na depleo da camada de oznio, O3, dentre outros que ocorrem na estratosfera so controlados pela radiao solar (BAIRD, op cit.). Portanto, importante entender a capacidade de absoro de ondas eletromagnticas pelas molculas, e conseqente-mente a sua ativao, tornando-as potencialmente reativas. Os diferentes nveis de energia dos eltrons que constituem uma determinada substncia conferem a esta caractersticas distintas no tocante a sua tendncia a absorver um certo comprimento de onda. Reaes fotoqumicas que ocorrem na camada de oznio so responsveis pela absoro de radiao ultravioleta de alta energia extremamente danosa vida na terra. Portanto, ela serve como um filtro radiao solar. Enquanto N2, O2 e O (oxignio atmico) absorvem radiao eletromagntica de compri-mento de onda menor que 240 nm, o O3 importante absorvedor de radiao eletromagntica com comprimento de onda de 240 nm a 310 nm (1nm = 10-9 m).

As sucessivas reaes que formam o O3 so iniciadas pela absoro de radiao eletromag-ntica com comprimento de onda inferior a 242 nm (LENZI, 2009).

Na regio, entre 30 e 90 km de altitude, a radiao de comprimento de onda curto capaz de fotoionizar o oxignio j foi absorvida. Porm, na regio da estratosfera superior chega radia-o capaz de dissociar a molcula de O2:

O2(g) + h 2O(g)

Onde, para esta equao qumica, hn representa a energia da radiao eletromagntica absorvida, de frequncia n necessria para a dissociao da molcula de oxignio e h a cons-tante de Planck.

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Como na baixa estratosfera concentrao de O2(g) muito maior que a de oxignio atmi-co, estes sofrem colises freqentes com as molculas de O2(g), resultando uma velocidade de formao de oznio maior que a de decomposio:

O(g) + O2(g) O3*(g)

O asterisco sobre O3 significa que a molcula de oznio est com excesso de energia. Esta reao libera 105 kJ/mol de O3 formado. Essa energia deve ser transferida da molcula de O3* em um perodo curto de tempo se no o oznio se decompe nos gases de origem. Esses processos variam com a altitude em sentidos opostos, sendo que a velocidade mais alta de for-mao do oznio ocorre a uma altitude de aproximadamente 50 km. No total, 90% do oznio da terra so encontrados na estratosfera entre 10 e 50 km de altitude

A fotodecomposio do oznio inverte a reao que o forma. O oznio absorve radiao entre 200 e 310 nm e se decompe:

O3*(g) + h O(g) + O2(g)

Ento temos um processo cclico de formao e decomposio do oznio estratosfrico resumido a seguir:

O2(g) + h O(g) + O(g)

O2(g) + O(g) + M(g) O3(g) + M(g) (calor liberado)

O3(g) + h O2(g) + O(g)

O(g) + O(g) + M O2(g) + M(g) (calor liberado)

Note que o elemento M das reaes pode ser, dentre as possveis molculas, N2 ou at mesmo outra molcula de O2.

O primeiro e terceiro processos so fotoqumicos, eles usam um fton solar para iniciar a reao qumica. O segundo e quarto processos so reaes qumicas exotrmicas. O resultado lquido um ciclo onde a energia solar radiante convertida em energia trmica. O ciclo do oznio na estratosfera responsvel pelo aumento da temperatura que atinge seu mximo na estratopausa.

Alguns compostos como os CFCs (clorofluorcarbonos) e N2O (xido nitroso) migram da

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troposfera para a estratosfera gerando, respectivamente tomos de Cl e NO que so catalisa-dores importantes da destruio do oznio estratosfrico.

Na estratosfera as molculas de CFCs so expostas radiao de alta energia que provoca a fotodissociao das ligaes C-Cl que so consideravelmente mais fracas que as ligaes C-F. Dessa forma os tomos de cloro so formados rapidamente na presena de luz de compri-mento de onda na faixa de190 a 225 nm. Os tomos de cloro livres reagem rapidamente com oznio produzindo ClO(g) e O2(g) sendo a constante de velocidade (k) da ordem de 7,2 x 109 mol-1 L s-1 a 298 K. O monxido de cloro (ClO) sofre fodissociao regenerando os tomos de cloro livres que reagem com o oznio como mostrado a seguir:

2Cl(g) + 2O3(g) 2ClO(g) + 2O2(g)

2ClO(g) + hv 2Cl(g) + 2O(g)

O(g) + O(g) O2(g)

_____________________________________

2O3(g) 3O2(g)

A velocidade da reao dos tomos de cloro livres com o oznio aumenta linearmente com a concentrao de cloro.

O xido nitroso (N2O) migra da troposfera para a estratosfera gerando xido ntrico (NO) que um importante catalisador da destruio do oznio na estratosfera mdia e superior. O xido ntrico eliminado na estratosfera pela ao de avies a jato, este reage instantaneamen-te com oznio para formar NO2, que por sua vez reage com O regenerando NO que pode reagir sucessivamente com outra molcula de O3 segundo as equaes abaixo:

Reao de decomposio do xido nitroso: N2O + O(g) 2NO(g)

Mecanismo cataltico de decomposio do oznio:

NO(g) + O3(g) NO2(g) + O2(g)

NO2(g) + hn NO(g) + O(g)_________________________________

O3(g) O2(g) + O(g)

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Na parte inferior da estratosfera como a concentrao de oxignio atmico baixa estes mecanismos predominam s custas daqueles que requerem oxignio atmico, pois as reaes que requerem O ficam lentas.

Exemplo de mecanismo que requer oxignio atmico na degradao do oznio e que, por-tanto, ocorre na estratosfera superior mostrado a seguir:

NO(g) + O3(g) NO2(g) + O2(g)

NO2(g) + O(g) NO(g) + O2(g)_____________________________

O3(g) + O(g) 2O2(g)

Na destruio cataltica do oznio, os compostos mais significativos, segundo Lenzi (2009), so: H, HO, HOO; NO, NO2; Cl, ClO; Br, BrO; I, IO, sendo que os pontos como sobrescritos representam as espcies radicalares.

Com a diminuio da camada de oznio ocorrem diversas conseqncias prejudiciais ao meio ambiente em geral como o aumento da temperatura global e efeitos malficos a sade dos seres vivos.

Com o aumento da temperatura no mundo, est em curso o derretimento das calotas po-lares. Ao aumentar o nvel das guas dos oceanos, pode ocorrer, futuramente, a submerso de muitas cidades litorneas, devido ao aumento da temperatura da Terra (BAIRD, 2002).

Esse aumento de temperatura acarretar em morte de vrias espcies animais e vegetais, desequilibrando vrios ecossistemas. Somado ao desmatamento que vem ocorrendo, princi-palmente em florestas de pases tropicais como o Brasil, a tendncia aumentar cada vez mais as regies desrticas do planeta Terra, diminuindo as plantaes e conseqentemente diminuindo comida para toda a populao. O aumento da temperatura tambm ocasiona uma maior evaporao das guas dos oceanos, potencializando ciclones, tufes, entre outros tipos de catstrofes climticas (BAIRD, 2002).

Regies de temperaturas amenas tm sofrido com as ondas de calor. No vero europeu, por exemplo, tem se verificado uma intensa onda de calor, provocando at mesmo mortes de idosos e crianas.

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Uma conseqncia sria da destruio da camada de oznio o risco da sade pblica da populao, com grande aumento da incidncia de cncer de pele, pelos raios ultravioletas de alta energia que so mutagnicos. A maior preocupao dos cientistas com o cncer de pele, mas h outras doenas como a catarata, cuja incidncia vem aumentando nos ltimos vinte anos. recomendado evitar o sol nas horas em que esteja muito forte, assim como a utilizao de filtros solares, nicas maneiras de se prevenir e de se proteger a pele (SANTOS; ML, 2010).

A Mesosfera

A mesosfera, camada de ar que contm p procedente da destruio de meteoritos, se en-contra a partir dos 50 km de altura, tendo como limite inferior a estratopausa. O perfil de temperatura se modifica novamente e passa a diminuir com a altura at os 80 km, chegando a -90 C.

Na mesosfera a queda de temperatura passa a ocorrer em virtude da baixa concentrao de molculas e da diminuio do calor oriundo da camada de oznio, que se encontra em uma regio inferior. Apesar da baixa concentrao, o ar presente na mesosfera suficiente para ofe-recer resistncia a objetos que entrem em nossa atmosfera (BAIRD, 2002).

O calor gerado pela resistncia do ar a diversas rochas que colidem com a Terra faz com que os objetos sejam incendiados e dem origem ao que conhecido como estrelas cadentes. Esses fenmenos so chamados de meteoros e as rochas de meteorides (PRESS; et al., 2006).

Termosfera e exosfera

a zona onde se destri a maioria dos meteoritos que entram na atmosfera terrestre. A ter-mosfera a camada superior da atmosfera localizada entre 80 quilmetros e 100 quilmetros de altura. A temperatura sobe novamente na termosfera por causa da absoro da radiao na regio do ultravioleta longnquo pelos gases atmosfricos, principalmente o oxignio atmico. Esses raios ultravioletas de alta energia so capazes de fotoionizar os gases presentes nesta regio da atmosfera. Em virtude da baixa densidade de gases nesta regio da atmosfera e da radiao de alta energia raro haver a recombinao dos fragmentos, e uma frao aprecivel dos gases existe na forma de tomos ou ons. Essa camada importante, pois, nela ocorre a absoro da radiao de altssima energia.

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A exosfera a regio onde se produzem as belssimas auroras boreais. a camada mais externa da atmosfera, acima da ionosfera, que mede de 600 a 1600 km. Composta de 50% de hidrognio e 50% de hlio suas temperaturas so em torno de 1000 C, devido grande presena de plasma.

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Pr-Reitora de Ps-graduaoMarilza Vieira Cunha Rudge

Equipe CoordenadoraAna Maria Martins da Costa Santos

Coordenadora Pedaggica

Cludio Jos de Frana e SilvaRogrio Luiz Buccelli

Coordenadores dos CursosArte: Rejane Galvo Coutinho (IA/Unesp)

Filosofia: Lcio Loureno Prado (FFC/Marlia)Geografia: Raul Borges Guimares (FCT/Presidente Prudente)

Antnio Cezar Leal (FCT/Presidente Prudente) - sub-coordenador Ingls: Mariangela Braga Norte (FFC/Marlia)

Qumica: Olga Maria Mascarenhas de Faria Oliveira (IQ Araraquara)

Equipe Tcnica - Sistema de Controle AcadmicoAri Araldo Xavier de Camargo

Valentim Aparecido ParisRosemar Rosa de Carvalho Brena

Secretaria/AdministraoMrcio Antnio Teixeira de Carvalho

NEaD Ncleo de Educao a Distncia(equipe Redefor)

Klaus Schlnzen Junior Coordenador Geral

Tecnologia e InfraestruturaPierre Archag Iskenderian

Coordenador de Grupo

Andr Lus Rodrigues FerreiraGuilherme de Andrade Lemeszenski

Marcos Roberto GreinerPedro Cssio Bissetti

Rodolfo Mac Kay Martinez Parente

Produo, veiculao e Gesto de materialElisandra Andr Maranhe

Joo Castro Barbosa de SouzaLia Tiemi Hiratomi

Liliam Lungarezi de OliveiraMarcos Leonel de Souza

Pamela GouveiaRafael Canoletti

Valter Rodrigues da Silva

Marcador 1Vdeo da SemanaResumoIntroduoTema 1: Atmosfera - Importncia da Qualidade do Ar para a manuteno da Vida no Planeta1.1: Caractersticas da atmosfera terrestre1.2 - Regies da atmosfera terrestreA troposferaa) A poluio atmosfrica e o aquecimento globalb) Smog Fotoqumicoc) Chuva cidaA Estratosferaa) Caractersticas do ozniob)Camada de oznio A MesosferaTermosfera e exosfera

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