Química das Águas
Embora a maior parte do nosso planeta esteja coberta por água
Somente uma pequena parcela da mesma é utilizável na grande maioria das
atividades humanas
Os oceanos e mares constituem 97,2% da água existente na Terra, cobrindo
71% de sua superfície
Além disso, existem as águas presentes na neve, nas geleiras, no vapor
atmosférico, em profundidades não acessíveis, entre outras, que não são
aproveitáveis
A quantidade de água livre sobre a Terra atinge 1.370 milhões de Km3
Dessa quantidade, apenas 0,6% de água doce líquida se torna disponível,
naturalmente, correspondendo a 8,2 milhões de Km3
Química das Águas
Dessa quantidade, apenas 0,6% de água doce líquida se torna disponível,
naturalmente, correspondendo a 8,2 milhões de Km3
Somente 1,2 % se apresentam
sob a forma de rios e lagos
98,8% constituído de água
subterrânea
Restam 98.400 Km3 nos rios e lagos Somente a metade é utilizável, uma
vez que a outra parte está situada
abaixo de uma profundidade de 800
Km, inviável para captação pelo
homem
0,3% do total de água livre no
Planeta
4.050.800 Km3 de mananciais
subterrâneos
Química das Águas A distribuição da água é extremamente desigual e não está de acordo, na
maioria dos casos, com a população e as necessidades para a indústria e a
agricultura
A maior parte da Terra tem déficit de recursos hídricos, porque predomina a
evaporação potencial sobre a precipitação
Além da má distribuição e das perdas, deve ser considerada a crescente
degradação dos recursos hídricos, resultado da ação antrópica, tornando
parte da água imprópria para diversos usos
Assim, muitas regiões do mundo apresentam problemas realcionados com a
água
Escassez Qualidade inadequada da
mesma
Química das Águas
É importante entender os tipos de processos químicos que ocorrem em
águas naturais e como a ciência e o uso da química podem ser
empregadas para purificar a água destinada ao consumo humano.
Duas categorias de reações mais comuns em águas naturais:
1) Reações ácido-base;
2) Reações redox.
Os fenômenos ácido-base e de solubilidade controlam as concentrações dos
íons inorgânicos dissolvidos na água;
O teor orgânico da água é dominado por reações redox.
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Oxigênio molecular dissolvido: É o agente oxidante mais importante em águas
naturais
Reações de oxidação-redução
O Oxigênio Dissolvido
O2 + 4H+ + 4e- 2H2O Semi-reação que ocorre em solução ácida:
Semi-reação que ocorre em solução básica:
O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
A concentração de oxigênio dissolvido em água é baixa (8,7 ppm à 250C):
O2(g) O2(aq)
Os peixes necessitam de água que contenha pelo menos 5ppm de oxigênio
dissolvido para manter-se vivos.
Química das Águas Demanda de Oxigênio
Substância mais habitualmente oxidada pelo oxigênio dissolvido em água:
matéria orgânica de origem biológica (plantas mortas e restos de animais)
CH2O(aq) + O2(aq) CO2(g) + H2O(aq)
Carboidrato
(fibras de plantas)
A capacidade da matéria orgânica presente em uma amostra de água natural
em consumir oxigênio é chamada demanda bioquímica de oxigênio (DBO).
C
Avaliação das concentrações de oxigênio dissolvido antes e após um
período durante o qual uma amostra selada de água é mantida no escuro à
temperatura constante (200C ou 250C)
A DBO é igual à quantidade de oxigênio consumida como resultado da
oxidação da matéria orgânica dissolvida da amostra.
Química das Águas
Determinação mais rápida da demanda de oxigênio pode ser feita pela
avaliação da demanda química de oxigênio, (DQO), de uma amostra de
água.
O íon dicromato, Cr2O72-, é dissolvido em ácido sulfúrico: poderoso agente
oxidante.
Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr3++ 7H2O
Outras duas medidas para determinar a quantidade de substâncias orgânicas
presentes em águas naturais:
COT: caracterizar a matéria orgânica dissolvida e em suspensão em água
natural;
COD: caracterizar apenas o material orgânico que está realmente dissolvido.
Exemplos: carboidratos (mais abundantes), proteínas e aldeídos de baixa MM,
cetonas e ácidos carboxílicos.
Química das Águas
Decomposição Anaeróbica de Matéria Orgânica em Águas Naturais
Quando as bactérias apropriadas estão presentes, a matéria orgânica
dissolvida na água decompõe-se sob condições anaeróbicas: águas
estagnadas (pântanos) e na parte inferior de lagos profundos.
2CH2O CH4 + CO2 bactérias
matéria orgânica metano dióxido de
carbono
Química das Águas
Drenagem Ácida de Mina
Reação que acontece em minas subterrâneas
FeS2 (pirita ferruginosa ou “ouro dos trouxas”): componente estável e insolúvel
das rochas subterrâneas enquanto não entra em contato com o ar
Como resultado da mineração de carvão e outras substâncias parte dele é
exposta ao oxigênio
Torna-se parcialmente solubilizado em consequência de sua oxidação
4 FeS2 + 15 O2 + 2 H2O 4 Fe3+ + 8SO42- + 4 H+
2 Fe2(SO4)3 + 2 H2SO4
Química das Águas
O íon Fe3+ é solúvel em água altamente ácida que é produzida
inicialmente ( pH pode ser tão baixo quanto zero)
Uma vez que a drenagem da água altamente ácida da mina torna-se
diluída, elevando o pH, forma-se um precipitado de Fe(OH)3, marrom-
alaranjado que colore a água e seu curso
Vazamento de grandes quantidades de água acidificada e de sólidos de
coloração ferrugem
O ácido concentrado pode liberar metais pesados tóxicos dos minérios
presentes na mina, provocando mais poluição
Química das Águas Nitratos e Nitritos em Alimentos e Água
Recentemente manifestou-se certa preocupação com o aumento nos níveis
do íon nitrato na água potável
O excesso de nitrato na água potável constitui um risco para a saúde: pode
resultar em metemoglobinemia
Bebês recém-nascidos e adultos com uma determinada deficiência
enzimática
Bactérias presentes em mamadeiras que não são esterelizadas ou no
estômago do bebê, reduzem parte do nitrato para nitrito:
NO3- + 2 H+ + 2 e- NO2
- + H2O
Íon nitrato Íon nitrito
O nitrito combina-se com a hemoglobina do sangue e promove sua oxidação
Impedindo a absorção e o transporte adequados do oxigênio para as células
Química das Águas
O bebê torna-se azul e sofre insuficiência respiratória
Síndrome do Bebê Azul
Relativamente rara em países industrializados , mas ainda é um
problemas em países em desenvolvimento
Constatado um aumento no risco do aparecimento de linfoma do tipo não-
Hodgkin em pessoas que bebem água potável com níveis mais elevados de
nitrato em algumas comunidades de Nebraska
Excesso de íons nitrato na água potável é também problemático: potencial
relação com o câncer de estômago.
Química das Águas
Parte dos íons nitrato convertidos à íons nitrito no estômago
Nitrosaminas nos Alimentos e na Água
Alguns cientistas têm advertido que o excesso de íons nitrato na água
potável e nos alimentos pode levar a um aumento na incidência de câncer
de estômago em seres humanos
Nitritos poderiam reagir com aminas para produzir N-nitrosaminas: ação
carcinogênica em animais
Aminas em que dois grupos orgânicos e uma unidade –NO estão ligados ao
nitrogênio central:
Química das Águas
N-nitrosodimetilamina: é de interesse não apenas no que diz respeito a
sua produção no estômago e a sua ocorrência em alimentos e
bebidas(queijos, bacon frito, carne e peixe defumado e/ou curado e
cerveja)
Poluente ambiental da água potável: carcinógeno potente
Líquido orgânico parcialmente solúvel em água e em solventes orgânicos
Química das Águas A Química Ácido-Base em Águas Naturais
O Sistema CO2/Carbonato
A química ácido-base de muitos sistemas aquáticos naturais, incluindo rios e
lagos, é denominada pela interação CO32- com o ácido fraco H2CO3.
CO32-
(g) + H2O(aq) H2CO3(aq)
O H2CO3 resulta da reação acima e da decomposição da matéria orgânica
na água. H2CO3 H
+ + HCO3-
CaCO3(s) Ca2+ + CO32-
Fonte predominante de íon carbonato são as rochas calcárias: constituídas
em grande medida por CaCO3
Embora CaCO3 seja quase insolúvel em água, uma pequena quantidade dele
dissolve-se em contato com a água:
As águas naturais expostas ao calcário são chamadas de águas calcárias.
Química das Águas
CO32- + H2O HCO3
- + OH-
O íon carbonato dissolvido atua como base, produzindo na água íons
bicarbonato e hidróxido:
Química das Águas Índice de Dureza em Águas Naturais
Mede certos cátions importantes presentes em amostras de águas naturais
Mede a concentração total de íons Ca2+ e Mg2+: espécies que são as
principais responsáveis pela “dureza” da água de abastecimento
Dureza = [Ca2+] + [Mg2+]
A maior parte do cálcio entra na água através de CaCO3, na forma de
calcário, ou por depósitos minerais de CaSO4
A fonte da maioria do magnésio é o calcário “dolomítico”, CaMg(CO3)2
Pessoas que habitam em áreas de águas duras apresentam um índice
médio de mortalidade por doenças cardíacas menor do que as pessoas que
vivem em áreas com águas muito noles
Química das Águas
Suprimento de íon magnésio para o organismo
Proteção que a água dura possa proporcionar devido à presença de outros
íons (sódio e íons de metais pesados)
Química das Águas
Principais usos da água:
-Abastecimento humano;
-Abastecimento industrial;
-Irrigação;
-Dessedentação de animais;
-Recreação;
-Harmonia paisagística;
-Geração de energia elétrica;
-Conservação da flora e fauna;
-Navegação;
-Pesca;
-Diluição e assimilação de despejos.
Química das Águas
O consumo de água tende a crescer
Aumento da população Desenvolvimento industrial e
outras atividades humanas
Cada vez mais se retira água dos mananciais e se produzem resíduos líquidos,
os quais voltam para os recursos hídricos, alterando sua qualidade
Para cada uso da água, há necessidade de que a mesma tenha uma
determinada qualidade
A água de beber deve obedecer a critérios mais rígidos do que a utilizada na
recreação ou para fins paisagisticos
A qualidade desejável para a água usada na irrigação varia em função dos
tipos de culturas onde será aplicada, se alimentícias ou não
Química das Águas
Alguns usos provocam alterações nas características da água, tornando-a
imprópria para outras finalidades.
A recreação pode modificar a qualidade da água, prejudicando o recurso
humano
A irrigação com o uso de fertilizantes e pesticidas, pode provocar a
poluição de mananciais (fontes de água, superficiais ou subterrâneas,
utilizadas para abastecimento humano e manutenção de atividades
econômicas), causando prejuízos e outros usos.
A água utilizada para diluir despejos, mesmo tratados, torna-se
imprópria para o consumo humano e para outros fins
Química das Águas
Observa-se que há necessidade do manejo adequado dos recursos
hídricos, compatibilizando-se os seus diversos usos de forma a garantir a
água na qualidade e na quantidade desejáveis aos diversos fins
DESAFIO: A humanidade deve saber aproveitar seus recursos hídricos,
de forma a garantir os seus múltiplos usos, hoje e sempre
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NA TERRA
CICLO DA ÁGUA
A àgua circula entre o meio físico e os seres vivos, continuamente,
constituindo o denominado ciclo hidrológico.
Quantitativamente, a água representa o constituinte inorgânico mais abundante
na matéria viva.
O ciclo hidrológico é constituído pela transferência de água da atmosfera,
passagem por várias fases e volta à atmosfera.
A água evaporada dos mares, lagos, rios, pântanos, vegetais e animais
formam as nuvens, as quais, alcançando regiões mais frias, condensam-se e
caem na forma de chuvas (precipitação).
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NA TERRA
CICLO DA ÁGUA
A água precipitada pode escoar sobre a superfície (escoamento
superficial), formando os oceanos, lagos e rios, ou infiltrar-se no solo
(infiltração), recarregando os mananciais.
Nesse percurso, a água pode evaporar diretamente para a atmosfera ou ser
captada pelos seres vivos (vegetais e animais).
Os vegetais absorvem a água do solo pelas raízes e a perdem pela
transpiração.
Os animais obtêm a água diretamente do meio físico ou através alimentos,
e a perdem por transpiração, respiração e excreção.
O homem tem interferido no ciclo da água, através de mudanças no seu
escoamento (barramentos), desmatamentos, impermeabilização do solo,
entre outras atividades.
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NA TERRA
CICLO DA ÁGUA
O ciclo hidrológico, através da evaporação das águas oceânicas e da
precipitação, principalmente, é responsável pela reposição da água doce
encontrada no planeta.
A ocorrência de chuva no planeta se dá de forma bastante diferenciada.
Densas
florestas
Desertos
Especialistas acreditam que dentro de cerca de 20 anos, no máximo, teremos
no mundo uma crise semelhante à do petróleo, em 1973, relacionada com a
disponibilidade de água de boa qualidade.
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NA TERRA
BRASIL
Possui 12% da água disponível no mundo
Cabe ressaltar que 80% de todo volume de águas superficiais disponíveis no
país se encontram na região amazônica
Os 20% restantes estão distribuídos por todo o país, de maneira
pouco uniforme, e se destinam a abastecer aproximadamente 95% da
população brasileira
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
Tão ou mais importante que a questão envolvendo a quantidade de água disponível, apresenta-se também a questão da qualidade da água disponível.
POLUIÇÃO: Qualquer substância que possa tornar o ambiente impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso aos materiais, à fauna, à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade.
Não se restringe somente à ocorrência de doenças no homem
Qualquer alteração de um ambiente (ar, água, solo) que resulte em prejuízos aos organismos vivos ou prejudique um uso previamente definido para ele.
POLUENTE: Qualquer substância causadora de poluição
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
A poluição das águas é principalmente fruto de um conjunto de atividades
humanas.
Poluentes alcançam águas superficiais e subterrâneas de formas bastante
diversas.
Este aporte é classificado como pontual ou difuso para efeito de legislação
Fontes pontuais: descarga de efluentes a partir de indústrias e estações de
tratamento de esgoto, derramamentos acidentais, atividades de mineração,
enchentes, etc.
Estas fontes são de identificação bastante fácil, e, portanto, podem ser
facilmente monitoradas e regulamentadas.
Impacto ambiental causado por elas
É possível se responsabilizar o agente poluidor
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
Fontes difusas: escoamento superficial urbano, escoamento superficial das
áreas agrícolas, trabalhos de construção, etc.
Elas se espalham por inúmeros locais e são particularmente difíceis de serem
determinadas, em função das características intermitentes de suas descargas
e também da abrangência sobre extensas áreas
Existem duas estratégias adotadas no controle da poluição: (1) redução na
fonte e (2) tratamento dos resíduos de forma a remover os contaminantes ou
ainda convertê-los a uma forma menos nociva
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
Primeiras evidências da relação entre doenças e o consumo de água poluída
Metade do século passado em Londres: Epidemia de Cólera
Sabe-se hoje que a água é um dos principais vetores de transmissão de
doenças.
Cólera e tifo mataram milhões de pessoas no passado e ainda o fazem ao
redor do globo, especialmente nos países subdesenvolvidos.
Os poluentes aquáticos mais sérios são os microorganismos patogênicos
(causadores de doenças e mortes)
Frequentemente presentes nos excrementos dos seres humanos e de animais,
podendo ser bactérias, vírus e parasitas, etc.
Através das águas residuárias, os microorganismos aportam em corpos
aquáticos receptores e podem assim contaminar novos indivíduos
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
•Medidas de saúde pública para minimizar os efeitos de doenças
especialmente nos países desenvolvidos e em desenvolvimento:
1- Tratamento e desinfecção da água destinada ao abastecimento público;
2 – Coleta e tratamento do esgoto.
Muitas pessoas atribuem o aumento da expectativa de vida da população
mundial à medicina moderna
Esta melhora é muito mais fruto da prevenção de doenças, que se tornou
possível através das medidas mencionadas anteriormente
Apesar disto, cerca de 1,4 bilhão de pessoas em todo o mundo ainda não
têm acesso à água potável tratada
E 2,9 bilhões de pessoas vivem em áreas sem que haja coleta ou tratamento
de esgoto
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
•Outra forma de poluição de águas superficiais, especialmente lagos e
reservatórios, é a eutrofização artificial
Estes corpos aquáticos sofrem um processo de enriquecimento de nutrientes,
principalmente fósforo e nitrogênio
Descarga de esgoto não tratado e de resíduos agrícolas e industriais têm
contribuído para acelerar este processo
Lagoas da Pampulha, em Belo Horizonte, assim como o Lago Paranoá, em
Brasília, são exemplos de corpos aquáticos eutrofizados
O aporte excessivo de nutrientes tais como fósforo e nitrogênio provoca o
crescimento descontrolado de algas
Geração de biomassa maior que aquela que o sistema poderia naturalmente
controlar
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
Crescimento excessivo na população e sua posterior degradação no corpo
aquático gera uma demanda de oxigênio grande
Provoca a morte de animais aquáticos (peixes) e também a proliferação de
organismos anaeróbios
Em seu estágio final, estes lagos e reservatórios produzem compostos mal-
cheirosos e altamente tóxicos para a biota
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
Milhões de toneladas de compostos orgânicos sintéticos são produzidos globalmente
Largamente empregados na produção de plásticos, fibras sintéticas, borracha
sintética, solventes, pesticidas, agentes preservantes de madeira, etc.
Em função de sua estrutura química, muitos destes compostos são resistentes
à biodegradação (após mineralização eles não se tornam inorgânicos)
Esta é, inclusive, uma das principais propriedades que tornam tais compostos
de grande utilidade
Inúmeros destes compostos são considerados poluentes aquáticos e se
constituem em substâncias às quais a biota aquática ainda não foi exposta
Efeitos destes compostos sobre os mais variados tipos de organismos
aquáticos ainda são totalmente desconhecidos (exposições prolongadas e
concentração muito baixa)
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
Muitos deles podem ser mutagênicos (causadores de mutação),
cancerígenos ou ainda teratogênicos (causadores de defeitos em recém-
nascidos)
Podem ainda causar disfunções nos rins e fígado e fígado, esterilidade e
inúmeros problemas de natureza fisiológica ou ainda neurológica.
Exemplos:
1 – Substâncias plásticas de grande utilização doméstica industrial;
2 – No caso da poluição da água: substâncias chamadas tensoativas
(detergentes sintéticos) que apresentam ligações sulfônicas extremamente
resistentes às ações químicas ou biológicas
Vantajosa para a indústria: armazenamento por tempo indefinido;
Limpeza é facilitada, mas resistência à deterioração pode interferir no
equilíbrio ecológico: mortandade de insetos e organismos aquáticos.
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
•A presença de compostos orgânicos persistentes é causa de grande
preocupação
Principalmente quando são encontrados em águas destinadas ao
abastecimento público
Entre os compostos orgânicos sintéticos, uma classe preocupante são os
hidrocarbonetos halogenados
Os hidrocarbonetos clorados são os mais comuns: vastamente empregados na
indústria de plásticos
1 – Indústria de plásticos: cloreto de polivinila – PVC;
2 – Pesticidas (DDT);
3 – Solventes (tetracloroetileno)
4 – Isolamento elétrico (bifenilas policloradas), etc.
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
•Outra classe de substâncias químicas que não se degradam no ambiente são
as metais pesados. (Resolução CONAMA, n0 344 de 2004 )
Pesticidas: conversão para estruturas não tóxicas através de processos
químicos ou ainda biológicos
Metais pesados: o elemento e intrinsecamente tóxico, cuja toxidez depende da
espécie química formada pelo metal
Metais pesados mais perigosos: chumbo, mercúrio, arsênio, cádmio, estanho,
cromo, zinco e cobre
Largamente utilizados na indústria, presentes em determinados pesticidas e
até mesmo em medicamentos, usados em pigmentos, esmaltes, tintas e
corantes
Aportam em sistemas aquáticos por várias fontes e espécies diferentes
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA
Exemplo: Sais como Hg(NO3)2 são bastante solúveis e se estiverem presentes
em água o íon Hg(II) permanecerá em solução e sua concentração deve ser
elevada
Exceto se ânions como o sulfeto também estiverem presentes, pois o HgS é
uma espécie bastante insolúvel e deve se depositar nos sedimentos de corpos
aquáticos
Os compostos orgânicos contendo mercúrio (ligações covalentes C-Hg) são
muito mais tóxicos para os mamíferos que os sais simples de Hg(II)
Referências bibliográficas
1 - http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/aguas.pdf. Acessado em
13/11/12.
2 – BAIRD, C., Química Ambiental, Bookman, 2002, p. 441-481.
3 - http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/aguas.pdf. Acessado em
13/11/12.
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