Transcript Primeira aula -Química Ambiental

CURSO TÉCNICO EM MEIO AMBIENTE - MODALIDADE À DISTÂNCIA
DISCIPLINA QUÍMICA AMBIENTAL
PROF. LUIZ FERNANDO M. CARVALHO
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
A ciência ambiental:
 É o estudo da Terra, do ar, da água e dos ambientes vivos,
além dos efeitos que as tecnologias tem sobre eles.
O ambiente:
 A água, o ar, a terra, a vida e as tecnologias que estão
ligadas entre si.
 As fortes interações entre os organismos vivos e as
diversas esferas do meio abiótico (não vivo) são descritas
em ciclos que envolvem processos e fenômenos biológicos,
químicos e geológicos – chamados ciclos biogeoquímicos.
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
 A química ambiental:
 O estudo das fontes, das reações, do transporte, dos
efeitos e dos destinos das espécies na hidrosfera, na
atmosfera, na geosfera e na antroposfera, além dos efeitos
das atividades humana
 A matéria e seus ciclos:
 A maior parte dos ciclos da matéria (chamado
biogeoquímico) é descrito como ciclos elementares que
envolve os elementos nutrientes como, o carbono, o oxigênio,
o nitrogênio.
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do carbono:
 As principais fontes de carbono no nosso planeta: (o gás
dióxido de carbono na atmosfera e o dióxido de carbono
dissolvido nos oceanos).
 O dióxido de carbono atmosférico representa apenas
0,036% (360 ppmv) e todos os seres vivos dependem deste
processo. como?
 No processo de fotossíntese, o CO2 é absorvido pelas
folhas das plantas que reage com a água para a formação
do açúcar (glicose) e oxigênio, ver equação abaixo:
clorofila
Energia solar +
6 CO2 +
6 H 2O
Dióxido de
carbono
glicose
C6H12O6 + 6 O2
glicose
oxigênio
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do carbono:
Observação 1:
 Quando um animal, por exemplo, um coelho come uma
planta, os carboidratos na planta são digeridos e quebrados
em açúcares simples, incluindo a glicose.
 A glicose é absorvida pela corrente sanguínea e levada
para as células do corpo do animal, onde, sob processo de
respiração,reage com o oxigênio do sangue. E gera como
produto, CO2, água e energia é liberada.
C6H12O6 + O2 
6 CO2 6 H2O + energia
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do carbono:
Observação 2:
 As plantas realizam tanto a fotossíntese (durante o dia –
dominante) quanto a respiração (à noite, a respiração é
dominante).
 Os decompositores também desempenho uma função no
ciclo de carbono – alimentam-se de restos mortos de plantas
e animais, por respiração liberam CO2 e H2O para a
atmosfera.
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do carbono:
Observação 2:
 Aproximadamente 300 milhões de anos, plantas e animais
foram soterrados e transformados(através de reações
químicas) em combustíveis fósseis: carvão, petróleo e gás
natural.
 Quando esses combustíveis são queimados liberam a
energia química armazenada nas ligações de suas
moléculas, o oxigênio da atmosfera é usado para converter
seu carbono em CO2.
C + O2  CO2 + energia
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do carbono:
 Outra parte importante do ciclo do carbono é: troca
contínua de dióxido de carbono entre a atmosfera e os
oceanos – processo importante na manutenção da
concentração de CO2 da atmosfera em um nível constante.
Ciclo do carbono
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do nitrogênio:
 É um componente essencial de proteínas e do material
genético que compõe o DNA – é fonte vital para todos os
organismos vivos.
Embora, 78% da atmosfera da Terra é composta de gás
nitrogênio, as plantas e animais não podem usar esse
nitrogênio diretamente.
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do nitrogênio:
 O nitrogênio atmosférico é convertido em outros compostos
nitrogenados, através da fixação de nitrogênio (processos
realizados por bactérias especializadas.
 Outro meio de fixação de nitrogênio atmosférico - relâmpago
(descargas elétricas dos relâmpagos formam óxidos de
nitrogênio que reagem com a água na atmosfera e produz
ácido nítrico (HNO3)
 Quando esse ácido atinge a superfície da Terra dissolvido
na água da chuva, reage com os materiais no solo e na água
forma os nitratos, que são absorvido pelas as raízes das
plantas.
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do nitrogênio:
 A transformação de amônia em nitratos é realizada por
bactérias do solo – Nitrificação - (nesse processo o pH ideal
estar entre 6,5 e 8. A reação de nitrificação segue dois passos:
2 NH4+ + 3 O2 + 2 H2O  2 NO2- + 4 H3O+
2 NO2- + O2 + H2O  2 NO3Quando essas duas reações são somadas produzem a reação global:
NH4+ + 2 O2 + H2O  NO3- + 2 H3O+
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do nitrogênio:
 As plantas convertem amônia e nitratos através dos nódulos
radiculares ou do solo.
 Os animais obtêm nitrogênio, ao se alimentares das plantas.
 Quando as plantas e animais morrem são degradados por
decompositores, assim retornam ao solo. Então, o nitrogênio é
reciclados através da cadeia alimentar.
 Outro processo é a desnitrificação, em que as bactérias
conduzem uma série de reações que convertem os nitratos a
N2.
4 NO3- + 5 CH2O + 4 H3O+  2 N2 5 CO2 + 11 H2O
Ciclo do nitrogênio
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do oxigênio:
 O oxigênio está ao redor de todos nós, (na forma de gás e
representa 21% da atmosfera).
 Componentes de todos os compostos orgânicos importantes
dos organismos vivos.
 Ele é um componente do CO2, do nitrato (NO3-), do fosfato
(PO43-).
 O ciclo do oxigênio é muito complexo e está interligado a
vários outros ciclos.
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO
O ciclo do oxigênio:
 A fotossíntese e a respiração são a base dos ciclos de
carbono e do oxigênio.
 O oxigênio é liberado durante a fotossíntese e é consumido
durante a respiração.
 Outra parte do ciclo do oxigênio é a troca constante de
oxigênio entre atmosfera e corpos d’água (oceanos).
 No ambiente aquático, o oxigênio dissolvido é essencial
para os peixes e outros organismos.
Ciclo do oxigênio
QUÍMICA AMBIENTAL
Química da Água
 A maior parte da água encontrada no planeta estar
concentrada nos oceanos e mares (97%) e, apenas 1% nos
rios, lagos e aquíferos subterrâneos.
 Os processos de evaporação, transpiração, condensação e
precipitação, a energia solar e gravidade são responsáveis
pela redistribuição da água entre oceanos, terras, ar e
organismos vivos.
Propriedades importante da água
 Excelente solvente para os sais, ácidos, bases e
substâncias que contém átomos de H, O e N capazes de
formar ligações de hidrogênio;
QUÍMICA AMBIENTAL
Química da Água
Propriedades importante da água
 Solventes em fluidos biologicos, como sangue ou urina;
 Transporta nutrientes para as raizes da plantas no solo;
 usada como excipientes ou adjuvantes;
 Solvente universal, etc.
Ciclo hidrológico
Fonte - Manahan, 2006, p. 165.
Poluição e tratamento de água
Tipos de poluentes de água
 Os poluentes de água podem ser divididos nas seguintes
categorias gerais:
1) Agentes causadores de Doenças;
2) Resíduos que Consomem Oxigênio;
3) Nutrientes de Plantas;
4) Sólidos em Suspensão e Sedimentos;
5) Sólidos dissolvidos;
6) Poluição Térmica (calor);
7) Poluição de águas Subterrâneas;
8) Substâncias Radioativas;
9) Óleo e
10)Ácidos.
 Os poluentes chegam aos corpos d’água a partir de
Fontes Pontuais e Fontes Difusas:
 Fontes Pontuais:
 Incluem lançamentos de esgotos e efluentes por estações
de tratamentos, fábricas, usinas de energia elétrica, minas e
plataformas marítimas de perfuração de petróleo.
 Fontes Difusas:
 Liberam poluentes em
escoamento superficial.
área
ampla
por
meio
de
a. Área de criação de animais em confinamento (pecuária
intensiva, terras cultivadas, florestas que sofre corte raso),
cidades e canteiros de obras e construções.
b. São difíceis de ser identificados e controlados
1- Agentes Causadores de Doenças
 Os surtos de doenças, podem ocorrer quando fezes de
pessoas que estão contaminadas – Patógenos –
contaminam o suprimento de água.
 São transmitida quando as pessoas bebem ou nadam em
água – incluem (o cólera, a febre tifóide, a disenteria, a
hepatite infecciosa e a poliomielite).
 A contagem de bactérias coliformes é usada para
determinar se existe contaminação da água por
microrganismos.
 As bactérias coliformes são inofensivas e não causam
doenças, mas sua presença é um indicador de
contaminação fecal.
2- Resíduos que consomem oxigênio
 Animais e plantas que vivem em ambientes aquáticos
dependem do oxigênio na água.
 A solubilidade diminui com o aumento da temperatura e o
aumento da altitude.
 Resíduos que consomem oxigênio – fezes humanas,
animais, resíduos industriais de fabricas de papel,
curtumes, processamento de alimentos, resíduos
proveniente de matadouros e frigoríficos, detritos
orgânicos nos ecossistemas aquáticos.
 A DBO (demanda bioquímica de oxigênio).
 Efluentes de esgotos.
3- Nutrientes de Plantas
 A poluição da água pode ser causada pelo uso de
fertilizantes sintéticos.
 As plantas obtém carbono, hidrogênio e oxigênio do ar e
da água, pelo processo de fotossíntese.
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6 O2

Nutrientes químicos necessários às plantas:
Nome
Não minerais
Carbono (C)
Hidrogênio (H)
Oxigênio (O)
Formas químicas absorvidas
CO2
H2O
CO2, H2O, O2
Nutrientes químicos necessários às plantas:
Nome
Nutrientes primários
Nitrogênio (N)
Fósforo (P)
Potássio (K)
Formas químicas absorvidas
NH+4, NO-3
H2PO-4, HPO2-4
K+
Nutrientes secundários
Cálcio (Ca)
Magnésio (Mg)
Ca2+
Mg2+
Enxofre (S)
SO2-4
Nutrientes químicos necessários às plantas:
Nome
Micronutrientes
Boro (B)
Cloro (Cl)
Cobre (Cu)
Ferro (Fe)
Manganês (Mn)
Molibdênio (Mo)
Zinco (Zn)
Formas químicas absorvidas
H2BO-3, B(OH)-4
ClCu2+
Fe2+, Fe3+
Mn2+
MoO2-4
Zn2+
4- Sólidos em suspensão e sedimentos:
 Como resultado da erosão natural das rochas e dos
solos – todas as massas de água contém partículas não
dissolvidas, denominada de sedimentos.
 Por exemplo:
 Terraplenagem para loteamento,
 O corte raso de madeira,
 A mineração a céu aberto,
 A aração, são todas práticas que removem a cobertura
natural do solo e aceleram a sua erosão.
5- Sólidos dissolvidos:
A irrigação é a principal causa da salinidade das águas
naturais.
5- Sólidos dissolvidos:
 Outra causa da salinidade são as descargas de resíduos
industriais e estações de tratamento municipais e escoamento
superficial de terras agrícolas.
6- Poluição Térmica (calor):
 Aumento de temperatura afeta a vida aquática – Portanto,
morre alguns peixes.
 Aumenta a taxa de respiração (consome mais oxigênio).
7- Poluição de águas Subterrâneas:
 As principais fontes de materiais perigosos são despejos
químicos (vazam de tambores metálicos).
7- Poluição de águas Subterrâneas:
 Os resíduos químicos: tintas, metais, têxteis, fertilizantes,
plásticos e produtos petrolíferos, pesticidas e fertilizantes
agrícolas, esgotos de fossas sépticas, vazamento de
combustíveis e vazamentos de tubulações de esgotos, etc.
 Cádmio: Origina-se dos resíduos de mineração e despejos
industriais ou de processos de metalização – Em seres
humanos causa: hipertensão arterial, danos aos rins, danos ao
tecido testicular e destruição dos globos vermelhos.
 Chumbo: Origina-se de diversas fontes industriais, de
mineração, calcário e galena (PbS) – Em seres humanos
causa: afeta o fígado, sistema reprodutor, o cérebro e sistema
nervos central.
 Mercúrio: Origina-se de diversos minerais, combustíveis
fósseis (carvão e lignita) – Em seres humanos causa: danos
ao cérebro (irritabilidade, paralisia, cegueira ou insanidade.
 A maior toxicidade do mercúrio ocorreu na Baia de
Minamata – Japão em 1953 e 1960.
 Cianeto: Uma substância venenosa letal, existe na água
como HCN (ácido cianídrico).
 Utilizado pela indústria: limpeza de metais e
eletrogalvanização são os principais efluentes da lavagem de
gases e coque em usina de gás e fornos de coque.
 Esgoto: Origem doméstico – processamento de alimentos
de fontes industriais, substâncias com demanda de oxigênio
(óleo, graxa e sólido não removido com tratamento de esgoto),
outros como sais, metais e compostos orgânicos refratários –
(não removido com eficiência).
 São empregados para diversas finalidades.
 Os pesticidas podem ser introduzidas na água pela via
direta – em aplicações como o controle de mosquitos, ou pela
via indireta – pelos os deflúvios de terras cultivadas.
Combate insetos, lavras, formigas – divididos em 4 grupos
químicos:
 Organoclorados: Hidrocarbonetos em que diferentes
átomos de hidrogênio foram substituído por cloro.
 O mais famoso foi o DDT (diclorodifeniltricloroeatano).
 São pouco hidrossolúveis e muito lipossolúveis.
 Organofosforados: São compostos orgânicos (inseticidas)
que contém fósforo em sua fórmula. Ex : malathion, parathion.
 São biodegradáveis e muito tóxico aos seres humanos.
 o principal efeito tóxico é a inibição da acetilcolinesterase.
Carbamatos: São derivados do ácido carbâmico:
São lipossolúveis e têm ação similar aos organofosforados,
mas são menos tóxicos para os mamíferos. Ex ;
carbaril,carbofuran, aldicarb.
 Aplicados em cultura de cereais e alimentos para impedir
infecções fúngicas.
 Principais grupos: captan, hexaclorobenzeno,etileno-bisditiocarbamatos e trifenil estânico.
 Efeito tóxicos bastante elevado ao meio ambiente, devido
ao seu princípio ativos a base de cobre e mercúrio.
 Aplicados em área agrícolas em todo mundo e são
poluentes aquáticos.
 Encontrados em água superfícies e subterrânea – atrazina,
simazina e cianazina.
 Utilizado no controle de ervas daninhas – o “agente laranja”
(tordon) – utilizada como desfolhante de planta (guerra do
Vietnã)
Tratamento de água clássico ou convencional
 (1) Coagulação: a água recebe coagulantes, geralmente
sulfato de alumínio ou o sulfato ferroso, que têm como
finalidade de aglomerar as partículas em suspensão;
 (2) Floculação: logo após a água passar pelo processo de
Mistura rápida ou Coagulação, ela é colocada no floculador,
que retém as pequenas partículas em suspensão;
Tratamento de água clássico ou convencional
 (3)Separação/Filtração: etapa preliminar necessária,
utilizada para retirada de contaminantes sólidos, formando
aglomerados chamados de flocos;
 (4) Decantação: nos tanques de decantação os flocos
mais densos, pesados, são decantados deixando a água
mais limpa;
 (5) Filtração: após a retirada dos flocos por decantação, a
água passa por tanques contendo camadas de carvão,
areia e cascalho, que são usados para tratamento físico da
água, minimizando a turvação da água;
Tratamento de água clássico ou convencional
 (6) Desinfecção: geralmente usa-se gás de cloro,
hipoclorito de sódio (NaClO), dióxido de cloro (ClO2), ozônio
(O3) ou luz ultravioleta, a fim de eliminar os microrganismos
patogênicos, bactérias, parasitas, vírus, etc;
 (7) Fluoretação: processo em que adicionado o flúor à
água com o intuito de prevenção da cárie dentária;
Bons estudos.