Aula 1: Introdução à Química Ambiental - ufjf.br§ão-à-Química... · INTRODUÇÃO QUÍMICA AMBIENTAL é uma ciência multidisciplinar por envolver não só as áreas básicas

Aula 1:

Introdução à Química AmbientalIntrodução à Química Ambiental

QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTALQUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL1º período de 20131º período de 2013

Introdução à Química AmbientalIntrodução à Química Ambiental

Prof. Rafael SousaProf. Rafael SousaDepartamento de Química – UFJF

www.ufjf.br/baccanwww.ufjf.br/baccan

INTRODUÇÃO

QUÍMICA AMBIENTAL é uma ciência multidisciplinar por envolver não só as áreas básicas da Química como também a Biologia, a Geologia, a

Ecologia e a Engenharia Sanitária

Estuda processos químicos que ocorrem no meio ambiente

Esses Esses processos podem causar processos podem causar mudanças: mudanças: naturais ou antropológicas (causadas pelo homem)naturais ou antropológicas (causadas pelo homem)

Podem (em alguns casos) trazer sérios danos à populaçãoPodem (em alguns casos) trazer sérios danos à população

Atualmente, há uma grande Atualmente, há uma grande preocupaçãopreocupação em entender a em entender a química do meio ambiente, com o objetivo de química do meio ambiente, com o objetivo de

melhorar a qualidade de vida em nosso planetamelhorar a qualidade de vida em nosso planeta

INTRODUÇÃO ...

A QUÍMICA AMBIENTAL COMO CIÊNCIA MULTIDISCIPLINAR

Sugere as “práticas sustentáveis”Sugere as “práticas sustentáveis”

Diminuição da poluição e/ou os impactos Diminuição da poluição e/ou os impactos negativos das atividades humanasnegativos das atividades humanas

EngenhariasQuímicaSanitária

Ciências exatasQuímica de materiais

Química analítica

Monitorar – Controlar – Remediar a poluição

Química �� Papel fundamental �� Oportunidades

INTRODUÇÃO ...

�� A QUÍMICA AMBIENTAL E O CONTEXTO SÓCIO-ECONÔMICO

Industrialização

Poluição

Qualidade de vida

Desafio da química ambiental como ciência multidisciplinar

INDUSTRIALIZAÇÃO QUALIDADE DE VIDA

�Conhecer os problemas�Realizar ações: p. ex: Reavaliar fontes e usos de energia ...

INTRODUÇÃO ...A QUÍMICA AMBIENTAL E O CONTEXTO SÓCIOA QUÍMICA AMBIENTAL E O CONTEXTO SÓCIO--ECONÔMICOECONÔMICO

Ilustrando o cenário atual para Minas Gerais

Dados do 25º Balanço energético da Cemig*

MAIOR PARTE DA ENERGIA CONSUMIDA: cadeia do petróleocadeia do petróleo, gásgás e derivadosderivados (33,9% do consumo)

SETORES QUE CONSOMEM ENERGIA:- indústriaindústria (58,8%)- setor de transportes setor de transportes (22,7%)- residênciasresidências (11,3%)- setor comercial e público setor comercial e público (2,4%)- outros outros (2,3%)

(*) Dados referentes ao ano de 2009(*) Dados referentes ao ano de 2009

MAPAMAPA: : http://turismo.culturamix.com/servicos/mapahttp://turismo.culturamix.com/servicos/mapa--googlegoogle--minasminas--geraisgerais, acessado em 21, acessado em 21--0303--2013.2013.

A “química do meio ambiente” é uma área do conhecimento A “química do meio ambiente” é uma área do conhecimento na verdade antiga na verdade antiga

11-- Existem documentos que datam do século XVIIExistem documentos que datam do século XVII

-- Preocupação com a devastação do meio ambiente em regiões do Reino Unido Preocupação com a devastação do meio ambiente em regiões do Reino Unido

HISTÓRICO DA QUÍMICA AMBIENTAL

próximas de onde se fazia a extração de carvãopróximas de onde se fazia a extração de carvão

-- Artigo (Artigo (NatureNature 1872): 1872): análiseanálise minuciosa da qualidade do ar nas cidades minuciosa da qualidade do ar nas cidades

inglesas de Londres e Manchesteringlesas de Londres e Manchester

Perigo das altas concentrações de SOPerigo das altas concentrações de SO2 2 observadas observadas naquelas atmosferas urbanasnaquelas atmosferas urbanas

2- Discussões científicas que datam da década de 60

“A Terra passou a ser considerada como um organismo vivo e único”“A Terra passou a ser considerada como um organismo vivo e único”

Danos ao ambiente (homem) puderam ser contabilizados:Danos ao ambiente (homem) puderam ser contabilizados:

HISTÓRICO DA QUÍMICA AMBIENTAL ...

- Uso indiscriminado de pesticidas

colocando em risco a saúde devido à

contaminaçãocontaminação dede alimentosalimentos ee dada águaágua

- Descarte inadequado de lixo urbano e

industrial

- O ar estava se tornando irrespirável nos

grandes centros

Modelo econômico tratava Modelo econômico tratava o nosso planeta finito e limitado o nosso planeta finito e limitado como se fossecomo se fosse algo algo infinitamente rico e capaz de prover recursos ilimitados a uma população que infinitamente rico e capaz de prover recursos ilimitados a uma população que

crescia “assustadoramente”crescia “assustadoramente”

contaminaçãocontaminação dede alimentosalimentos ee dada águaágua

Os primeiros PCBsPCBs foram identificados pela 1ª vez em

1966 !

33-- Na década de 70 surgem alguns “resultados”Na década de 70 surgem alguns “resultados”

�� LegislaçõesLegislações ambientaisambientais

Cada vez mais restritivas (preocupação com o destino doscompostos químicos no meio ambiente)


�� AvaliaçãoAvaliação dede riscosriscos ambientaisambientais

Preocupação com o risco de exposição a novas moléculasproduzidas pelo homem, de cuja toxicidade pouco se sabia

44-- AA partirpartir dada décadadécada dede 8080AA questãoquestão ambientalambiental passapassa aa serser umum tematema dede discussãodiscussão emem

todostodos osos segmentossegmentos dada sociedadesociedade

��

A questão ambiental passa a ser um tema de discussão em todos os A questão ambiental passa a ser um tema de discussão em todos os segmentos da sociedadesegmentos da sociedade

Exemplos importantesExemplos importantes::

-- EcoEco--92 92 (Rio de Janeiro)

-- Rio +10 Rio +10 (África do Sul)


-- Protocolo de Kyoto Protocolo de Kyoto (Japão)

-- Rio +20 Rio +20 (Rio de Janeiro)

� Políticas sócio-econômicas

� Práticas “sustentáveis”- Reaproveitamento da águaReaproveitamento da água

- Menor utilização de materiais (papel, madeira, ...)Menor utilização de materiais (papel, madeira, ...)�� Coleta do lixo reciclável ...Coleta do lixo reciclável ...

TemTem havidohavido umauma ddisseminaçãoisseminação dede umum sentimentosentimento queque associaassocia aaquímicaquímica comcom oo impactante,impactante, oo nocivo,nocivo, (preconceito(preconceito comcom oo “sintético”)“sintético”)

MasMas aa expectativaexpectativa dede vidavida dodo brasileirobrasileiro estáestá aumentandoaumentando

�� AvançosAvanços dada químicaquímica nana áreaárea dede saneamentosaneamento ambientalambiental,, processosprocessos dede

desinfecçãodesinfecção dede água,água, aumentoaumento ee diversificaçãodiversificação dada produtividadeprodutividade agrícolaagrícola

(insumos(insumos químicos)químicos)


�� AvançosAvanços nana bioquímicabioquímica,, queque servemservem comocomo basebase dada medicinamedicina

preventivapreventiva,, desenvolvendodesenvolvendo vacinasvacinas ee novasnovas drogasdrogas queque aumentamaumentam aa

nossanossa longevidadelongevidade

Dentro de um assunto tão complexo, inúmeras perguntasDentro de um assunto tão complexo, inúmeras perguntasainda estão sem respostasainda estão sem respostas

AindaAinda nãonão conhecemosconhecemos comcomexatidãoexatidão aa magnitudemagnitude dodoefeitoefeito estufaestufa ee todastodas asassuassuas consequênciasconsequências

ToxicidadeToxicidade ouou poderpodermutagênicomutagênico dede todastodas asasnovasnovas moléculasmoléculas queque sãosãoproduzidasproduzidasOPORTUNIDADES...OPORTUNIDADES...

CONCEITOS DE QUÍMICA AMBIENTAL

Meio-ambiente

BiosferaBiosfera

Poluição

Poluente

MEIO AMBIENTE

Conjunto de condições que afetam a existência, desenvolvimento e bem-estar dos seres vivos

NãoNão sese tratatrata apenasapenas dede umum lugarlugar nono espaçoespaço, mas de todas as condiçõesfísicas, químicas e biológicas que favorecem ou desfavorecem odesenvolvimento

CONCEITOS DE QUÍMICA AMBIENTAL...

desenvolvimento

BIOSFERA

Conjunto de todastodas asas partespartes dada TerraTerra onde é possível, pelo menos aalgumas espécies de organismos, viver permanentemente, alimentar-se ereproduzir-se

�� AA BIOSFERABIOSFERAéé oo conjuntoconjunto dede todostodos osos ecossistemasecossistemas dodo planetaplanetaintegraintegra osos diferentesdiferentes ambientesambientes aondeaonde osos seresseres vivosvivos habitamhabitam

CONCEITOS DE QUÍMICA AMBIENTAL ...

Hidrosfera AtmosferaAtmosferaBIOSFERA

Hidrosfera

Ambiente líquidoAmbiente líquido(oceanos, lagos, rios)

AtmosferaAtmosfera

Camada de ar que Camada de ar que envolve a Terraenvolve a Terra

LitosferaLitosfera

Camada superficial, Camada superficial, sólida, da Terra, sólida, da Terra,

composta de rochas e solo

POLUIÇÃO:

QualquerQualquer substânciasubstância queque possapossa tornartornar oo ambienteambiente impróprioimpróprio, nocivo ouofensivo à saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso aos materiais, àfauna, à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e às atividades normais dacomunidade

NãoNão sese restringerestringe somentesomente àà ocorrênciaocorrência dede doençasdoenças nono homemhomem


QualquerQualquer alteraçãoalteração dede umum ambienteambiente (ar,(ar, água,água, solo)solo) queque resulteresulte emem prejuízosprejuízos aosaosorganismosorganismos vivosvivos ouou prejudiqueprejudique umum usouso previamentepreviamente definidodefinido parapara eleele

POLUENTE

Qualquer substânciasubstância causadoracausadora dede poluiçãopoluição


�A POLUIÇÃO interfere nos CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Processos físico-químicos responsáveis pelo equilíbrio entre os diferentes ambientes que compõem a biosfera

Ciclo do Ciclo do carbonocarbono

Ciclos Ciclos biogeoquímicosbiogeoquímicos

Ciclo do Ciclo do oxigêniooxigênio

Ciclo do Ciclo do enxofreenxofre

Ciclo do Ciclo do nitrogênionitrogênio

carbonocarbono


�� OS EFEITOS NOCIVOS DA POLUIÇÃOPOLUIÇÃO podem ser diretos ou indiretos

�� Podem ocorrer até mesmo de médio a longo prazoPodem ocorrer até mesmo de médio a longo prazo

“Embora a maior parte de nossa exposição a essas substâncias sejadecorrente de sua presença na água – ou do consumo do peixepeixe quequevivevive nessa água – veremos que seu transportetransporte aéreoaéreo e sua deposiçãovivevive nessa água – veremos que seu transportetransporte aéreoaéreo e sua deposiçãofinal no solo são considerações vitais para o entendimento de seupapel na poluição. ”

CONSIDERAR:

- Cadeias alimentares- Interação entre diferentes ecossistemas


OS POLUENTES MAIS COMUNS

ClassesClasses::

�� Compostos orgânicos voláteisCompostos orgânicos voláteis (VOC)(VOC)::São hidrocarbonetos e derivados de “fácil” volatilização, como:

- benzeno, tolueno, etil-benzenos e xilenos (BTEX)- sulfetos orgânicos (mal cheirosos)- sulfetos orgânicos (mal cheirosos)

- compostos halogenados

�� CompostosCompostos halogenadoshalogenados::

- dibenzo-p-dioxinas policloradas- dibenzofuranos

- bifenilas policloradas e terpenilas(PCBPCB)

�

Fontes primárias: Processos de combustão(incineração de lixo e de resíduos industriais).Ex: 2,3,7,8-tetraclorodibenzodioxina (mais tóxico)

Fontes: componentes de isolantes elétricos eretardantes de chama


ClassesClasses::

�� CompostosCompostos orgânicosorgânicos voláteisvoláteis (VOC)(VOC)

�� CompostosCompostos halogenadoshalogenados::

- dibenzo-p-dioxinas policloradas

- dibenzofuranos

- bifenilas policloradas e terpenilas

- naftalenos, bifenilaspolibromadas

- organoclorados como:

- trialometanos (THM)Presentes em águaágua dede abastecimentoabastecimento (resultado da desinfecção com

cloro).

- pesticidas (piretrinas e piretróides - permetrina e cipermetrina)Compostos muito tóxicos para peixes

OS POLUENTES MAIS COMUNS ClassesClasses::

�� CompostosCompostos orgânicosorgânicos voláteisvoláteis (VOC)(VOC)�� CompostosCompostos halogenadoshalogenados�� PesticidasPesticidas::

Substâncias capazes de “matar”“matar” organismosorganismos (insetos, plantas e fungos)ou que interfereminterferem nono seuseu processoprocesso reprodutivoreprodutivo

“ ... Desde a sua introdução, os pesticidas sintéticos constituem umproblema, devido ao seu impacto potencial sobre a saúde humana emvirtude da ingestão de alimentos contaminados com esses produtos... ”virtude da ingestão de alimentos contaminados com esses produtos... ”

Diferentes tipos:

- OrganocloradosOrganoclorados (toxofeno �� proibido), ciclodienos

- OrganofosforadosOrganofosforados (paration, malation, etc)

- CarbamatosCarbamatos (carbofurano, carbaril, etc)

- “Inorgânicos”“Inorgânicos” (contêm elementos como AsAs, BaBa, CdCd, CuCu, FeFe, HgHg, PPb,SeSe, TlTl e ZnZn) �� maioriamaioria tóxicatóxica (metais “pesados”: (As), Cd, Hg, Pb)


�� CompostosCompostos orgânicosorgânicos voláteisvoláteis (VOC)(VOC)�� CompostosCompostos halogenadoshalogenados�� PesticidasPesticidas�� MetaisMetais “pesados”“pesados”: (As), Cd, Hg, Pb

Devem ser monitorados em alimentos devido a sua elevadatoxicidade:

- Resolução Mercosul, GMC N0 102, de 1994- Regulamento da Comunidade Européia (CE), N0 333, de 28 de março de 2007- Regulamento da Comunidade Européia (CE), N0 333, de 28 de março de 2007

O termo é tecnicamente NÃO RECOMENDADO, sendo usado comosinônimo para os elementos metálicos que são tóxicos:

- NãoNão essenciaisessenciaisAs, Ba, Cd, HgHg e Pb

- MicronutrientesMicronutrientes (essenciais(essenciais aoao nívelnível dede traços)traços)Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Se e Zn

FONTES: agroindústria, mineração, siderúrgicas, indústrias debaterias, de galvanoplastia ...

Foto: Foto: “Afloramento” de Hg no solo do município de Descoberto (Zona da Mata)


�� CompostosCompostos orgânicosorgânicos voláteisvoláteis (VOC)(VOC)

�� CompostosCompostos halogenadoshalogenados

�� PesticidasPesticidas

�� MetaisMetais “pesados”“pesados”

�� HidrocarbonetosHidrocarbonetos policíclicospolicíclicos aromáticosaromáticos (PAH)(PAH)::�� HidrocarbonetosHidrocarbonetos policíclicospolicíclicos aromáticosaromáticos (PAH)(PAH)::

Hidrocarbonetos que contêm doisdois ouou maismais anéisanéis aromáticosaromáticos conectadospor um par de átomos de carbono

Exceto o naftaleno, são obtidos indiretamente na queima de materiaisorgânicos e sintéticos (produtos industrializados)

�� Origem natural ou antropogênica

Dezesseis destes compostos fazem parte de uma lista da EPA(“Poluentes prioritários”) que enumera os poluentes mais relevantes


CLASSESCLASSES (espécies orgânicas, inorgânicas e organometálicos)

ESPÉCIESESPÉCIES INORGÂNICASINORGÂNICAS

�� Íons que ocorrem naturalmente no ambiente (águas)

podem ter sua concentração aumentada pelas atividadesantrópicas:

CNCN--,, ClCl--,, CaCa22++,, MgMg22++,, POPO4433--,, NHNH44

++,, NONO33--,, NONO22

--,, HH++,, SS22--,, demaisdemais íonsíonsmetálicosmetálicos

SABER como determináSABER como determiná--los !los !

�� Várias possibilidades

�� Técnicas instrumentais devem ser preferidas ...

A QUÍMICA ANALÍTICAANALÍTICA AMBIENTAL

FornecerFornecer informaçõesinformações químicasquímicas sobre estudos ambientais ourelacionadas ao monitoramento de espécies de interesse em umdeterminado meio

InfinidadeInfinidade dede termostermos técnicostécnicos ee abreviaturasabreviaturas !!

Alguns exemplosAlguns exemplos::

Campanha de amostragemCampanha de amostragemDBPDBP-- produtos de desinfecçãoDBPDBP-- produtos de desinfecçãoGeoreferenciamentoGeoreferenciamentoMHT MHT –– tempo máximo de estocagem para uma amostraOCP OCP –– pesticidas organocloradosOPN – pesticidas organonitrogenadosOPP OPP –– pesticidas organofosdoradosPHAPHAPBB PBB –– bifenilas polibromadas

PBDE PBDE –– difenileterespolibromadosPCA – alcanos policloradosPCBPCBPCDD PCDD –– dibenzo-p-dioxinas policloradasPCDF PCDF –– dibenzofuranos policloradosPCN PCN –– naftalenos policloradosPOP POP –– poluentes orgânicos persistentesPCT PCT –– polychlorinated terphenylsVOCVOC

ESTÁ NO MONITORAMENTO OU EM ESTUDOS AMBIENTAIS

O ideal é utilizar métodos que permitam fazer a determinação química diretamente no ambiente (in situ) e em tempo real

A QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL ...

A medida é feita e o resultado prontamente conhecidoA medida é feita e o resultado prontamente conhecido

Poucas são as medidas que podem ser feitas dessa forma: (como é a media de pH da água de um rio, por exemplo)

FiguraFigura 11 –– Sonda multiparâmetro paraleitura simultânea de parâmetros (porexemplo, pHpH, oxigêniooxigênio dissolvidodissolvido,condutividadecondutividade elétricaelétrica, temperaturatemperatura,turbidezturbidez) que medem a qualidade de


Portabilidade de equipamentos –característica importante e desejávelcaracterística importante e desejável

turbidezturbidez) que medem a qualidade deáguas superficiais em rios, lagoas,represas e de águas subterrâneas.

��Métodos eletroquímicosMétodos eletroquímicos mostram-se adequados �� Preparo de amostra (geralmente) requerido é uma desvantagem

FiguraFigura 22 –– Equipamento de fluorescência de raios-x (FRX)portátil** para determinação simultânea de elementos químicos(principalmente metais) em amostras sólidas.



�Determinações inorgânicas (resíduos sólidos)inorgânicas (resíduos sólidos)

Detectabilidade da FRX: mg kg-1 – mg g-1

(dependo do elemento e condições instrumentais)

((**) FONTE) FONTE: : http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=66http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=66, acessada 05, acessada 05--0505--13.13.

Elétronejetado

Emissão deraios-x


Portabilidade de equipamentos –princípio da técnica de FRXprincípio da técnica de FRX

Raios-X

A

Vacância

B

(A) Efeito Fotoelétrico; (B) Emissão de Raios-X característicos provenientes de transições eletrônicas subseqüentes

** Este slide foi retirado do material didático da disciplina QP812, preparado pela ** Este slide foi retirado do material didático da disciplina QP812, preparado pela PrfaPrfa. Dra. Maria Izabel M. Silveira (IQ. Dra. Maria Izabel M. Silveira (IQ-- UNICAMP)UNICAMP)

FiguraFigura 33 –– Equipamento de LIBS** – laserinduced breakdown spectroscopy(espectroscopia de emissão ópticainduzida por laser) portátil** paradeterminação simultânea de elementosquímicos (principalmente metais) emamostras sólidas.



amostras sólidas.

�Determinações inorgânicas em amostras sólidasinorgânicas em amostras sólidas(materiais “líquidos” (úmidos))

Detectabilidade comparável à FRX

Facilidade para trabalhos de prospecção ambiental

((**) ) FONTEFONTE: : http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=10http://www.anacomci.com.br/produtos.php?pagina=produtos&produto=10 , acessado em 05, acessado em 05--0505--13.13.

Protótipo do “Los Alamos Protótipo do “Los Alamos NationalNational LaboratoryLaboratory”.”.

FiguraFigura 44 – Cromatógrafo portátil** sendoutilizado para medidas de VOCs pela CETESB.



utilizado para medidas de VOCs pela CETESB.

((**) FONTE:) FONTE:http://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamentohttp://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamento--dede--riscos/emergenciasriscos/emergencias--quimicas/84quimicas/84--cromatografocromatografo--aa--gasgas--portatilportatil, , acessado 05acessado 05--0505--1313..

�� “CROMATOGRAFIA GASOSA”TÉCNICA MUITO IMPORTANTE EM QAA

Alguns fabricante s de cromatógrafos portáteis:AgilentAgilent TecnologiesTecnologies, Eletronic Sensor , Eletronic Sensor TecnologyTecnology, O. I. , O. I. AnalyticalAnalytical, , TorionTorion TecnologiesTecnologies, ,

PhotovacPhotovac Inc. ...Inc. ...



�� “CROMATOGRAFIA GASOSA”TÉCNICA MUITO IMPORTANTE EM QAA

Alguns fabricante s de cromatógrafos portáteis:

AgilentAgilent TecnologiesTecnologies, , BrukerBruker, Eletronic Sensor , Eletronic Sensor TecnologyTecnology, , InficonInficon, O. I. , O. I. AnalyticalAnalytical, , AgilentAgilent TecnologiesTecnologies, , BrukerBruker, Eletronic Sensor , Eletronic Sensor TecnologyTecnology, , InficonInficon, O. I. , O. I. AnalyticalAnalytical, , TorionTorion TecnologiesTecnologies, , PhotovacPhotovac Inc. ...Inc. ...

Cromatógrafos portáteis apresentam algumas desvantagens:

Precisão inferior, limitações técnicas (capacidade do reservatório de gases e o Precisão inferior, limitações técnicas (capacidade do reservatório de gases e o dispositivo de bateria)dispositivo de bateria)

A maioria das análises não pode ser feita em campo ...

Muitos Muitos analitosanalitos precisam sofrer transformações químicas e passar por métodos de precisam sofrer transformações químicas e passar por métodos de purificação para tornar possível a sua determinaçãopurificação para tornar possível a sua determinação


Portabilidade de equipamentos�� CaracterísticaCaracterística importanteimportante ee desejáveldesejável

SESE aa técnicatécnica analíticaanalítica nãonão consegueconsegue medirmedir oo analitoanalito porpor estarestar eleele emem concentraçãoconcentraçãomuitomuito baixabaixa nana matrizmatriz

� Pré-concentração do analito� Uso de técnicas mais sensíveis (geralmente não portáteis)

AMOSTRAGEM ADEQUADA

A condição fundamental de uma amostra é que ela deve retratar o mais próximo possível o meio do qual ela foi retirada

Bibliografia Consultada

11-- BAIRD, C. Química Ambiental, São Paulo, BAIRD, C. Química Ambiental, São Paulo, BookmanBookman, 2ª ed., 2005., 2ª ed., 2005.

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