PROF. LUIZ FERNANDO M. CARVALHO CURSO TÉCNICO EM MEIO AMBIENTE - MODALIDADE À DISTÂNCIA DISCIPLINA QUÍMICA AMBIENTAL
Feb 23, 2016
PROF. LUIZ FERNANDO M. CARVALHO
CURSO TÉCNICO EM MEIO AMBIENTE - MODALIDADE À DISTÂNCIADISCIPLINA QUÍMICA AMBIENTAL
QUÍMICA AMBIENTAL
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.
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
INTRODUÇÃO
QUÍMICA AMBIENTAL
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.
INTRODUÇÃO
QUÍMICA AMBIENTAL
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:
Energia solar + 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2
clorofila
Dióxido de
carbonoglicose oxigêni
oglicose
INTRODUÇÃOQUÍMICA AMBIENTAL
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
INTRODUÇÃOQUÍMICA AMBIENTAL
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.
INTRODUÇÃOQUÍMICA AMBIENTAL
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
INTRODUÇÃOQUÍMICA AMBIENTAL
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
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.
INTRODUÇÃO
QUÍMICA AMBIENTAL
INTRODUÇÃOQUÍMICA AMBIENTAL
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.
INTRODUÇÃOQUÍMICA AMBIENTAL
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 NO3
-
Quando essas duas reações são somadas produzem a reação global:
NH4+ + 2 O2 + H2O NO3
- + 2 H3O+
INTRODUÇÃOQUÍMICA AMBIENTAL
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
INTRODUÇÃOQUÍMICA AMBIENTAL
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.
INTRODUÇÃOQUÍMICA AMBIENTAL
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 AMBIENTALQuímica 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;
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.
QUÍMICA AMBIENTAL
Química da Água
Propriedades importante da água
Fonte - Manahan, 2006, p. 165.
Ciclo hidrológico
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 e10)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 área ampla por meio de escoamento superficial.
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 Formas químicas absorvidasNão mineraisCarbono (C) CO2
Hidrogênio (H) H2O
Oxigênio (O) CO2, H2O, O2
Nome Formas químicas absorvidasNutrientes primáriosNitrogênio (N) NH+
4, NO-3
Fósforo (P) H2PO-4, HPO2-
4
Potássio (K) K+
Nutrientes secundáriosCálcio (Ca) Ca2+
Magnésio (Mg) Mg2+
Enxofre (S) SO2-4
Nutrientes químicos necessários às plantas:
Nome Formas químicas absorvidasMicronutrientesBoro (B) H2BO-
3, B(OH)-4
Cloro (Cl) Cl-
Cobre (Cu) Cu2+
Ferro (Fe) Fe2+, Fe3+
Manganês (Mn) Mn2+
Molibdênio (Mo) MoO2-4
Zinco (Zn) Zn2+
Nutrientes químicos necessários às plantas:
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).
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.
7- Poluição de águas Subterrâneas:
Poluentes Inorgânicos 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.
Poluentes Inorgânicos cont. 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).
Poluentes Orgânicos
Os pesticidas 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.
Inseticidas:
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.
Inseticidas cont.:
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-bis-ditiocarbamatos e trifenil estânico. Efeito tóxicos bastante elevado ao meio ambiente, devido ao seu princípio ativos a base de cobre e mercúrio.
Fungicidas:
Herbicidas:
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;
(3)Separação/Filtração: etapa preliminar necessária, utilizada para retirada de contaminantes sólidos, formando aglomerados chamados de flocos;
Tratamento de água clássico ou convencional
(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;
(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;
Tratamento de água clássico ou convencional
Bons estudos.