M

Profº José Carlos Alvares

Ciclo da ÁguaAtravés do conhecimento do ciclo da água, podemos compreender uma série de

conceitos importantes dentro do estudo da Química.A ilustração a seguir, mostra esquematicamente o ciclo da água.

Como podemos observar na figura acima, a evaporação da água forma massas de ar úmido que, quando resfriadas, formam as nuvens. A água então volta à terra na forma de chuva, alimentando as fontes subterrâneas de água (lençóis freáticos), rios, lagos, etc. antes de evaporar novamente, fechando o ciclo.

A água da chuva, ao penetrar no solo, dissolve os sais presentes nas rochas, carregando-os até o mar. Esses sais permanecem dissolvidos na água do mar tornando-a salgada.

A água, quando cai sob a forma de chuva, dissolve os gases presentes no ar atmosférico: oxigênio (O2), nitrogênio (N2) e também o gás carbônico (CO2). Este ao se dissolver na água da chuva, forma o ácido carbônico (H2CO3). Assim, toda chuva é ligeiramente ácida, pois o ácido carbônico é um ácido fraco.

CO2 + H2O H2CO3

Nas regiões onde o ar é poluído, existem outras substâncias, como óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio, que também se combinam com a água, formando outros ácidos mais fortes e tornando a chuva muito mais ácida . Nesse caso, ela é chamada de chuva ácida.

Chuva ácida provocada pelos óxidos de enxofreUma das principais impurezas que existem nos derivados de petróleo (gasolina, óleo die-

sel) e no carvão mineral é o enxofre (S).Quando esses combustíveis são utilizados, a queima do enxofre produz o dióxido de en-

xofre (SO2), um óxido ácido de cheiro muito forte e irritante.

S + O2 SO2

Na atmosfera, o SO2 reage com o oxigênio (O2) e se transforma lentamente no trió-xido de enxofre (SO3), outro óxido ácido. Embora essa reação seja difícil, ela é acelerada pela presença de poeira na atmosfera e da radiação ultravioleta do sol. O SO3 formado reage com a água da chuva, produzindo ácido sulfúrico (H2SO4), que é um ácido forte.

2 SO2 + O2 2 SO3 SO3 + H2O H2SO4

Chuva ácida provocada pelos óxidos de nitrogênioNo motor dos automóveis ocorre a entrada de ar, cujo oxigênio (O2) é necessário à

combustão (queima). Junto com esse O2, entram os outros componentes do ar, que não deveriam, em princípio, tomar parte de reações químicas dentro do motor. No entanto, devido à alta temperatura interna do motor, ocorre a reação entre o gás nitrogênio (N2) e o O2 :

N2 + O2 2 NO

Uma vez lançado na atmosfera, o monóxido de nitrogênio (NO) se transforma num óxido ácido, o dióxido de nitrogênio (NO2), que, ao reagir com a água da chuva, produz os ácidos nitroso (HNO2) e nítrico (HNO3).

2 NO + O2 2NO2

2 NO2 + H2O HNO2 + HNO3

O ácido nítrico não surge na chuva apenas devido à poluição. Nos raios que ocorrem du-rante as tempestades também se formam NO e NO2, que conduzem ao aparecimento desse ácido na água. Assim , quantidades moderadas de HNO3 podem existir na chuva, mesmo na ausência de poluição, desde que a chuva seja acompanhada de raios.

NOx e SOx : Gases tóxicos de cheiro forte que, inalados em grandes quantidades, provocam irritação das vias aéreas, dos olhos e da boca, asfixia e morte.

Chuva ácida

Os óxidos de nitrogênio, NO e NO2, também são representados generica-mente por NOx .

Os óxidos de enxofre, SO2 e SO3, também são representados genericamente por SOx.

Esse processo também permite que o nitrogênio(N2) do ar, que é biologicamente inerte para animais e vegetais (entra e sai do organismo sem se incorporar aos tecidos), possa ser assimilado pelas plantas principalmente na forma de nitritos (NO2

–) e nitratos (NO3 –), que

assim podem ser transformados pelos vegetais em substâncias orgânicas nitrogenadas como proteínas, ácidos nucléicos, clorofila, etc.

O NO2 também contribui para a formação de ozônio (O3) na atmosfera:

NO2 + O2 NO + O3

É benéfica para o ser humano a presença de ozônio na estratosfera, onde ele filtra os raios ultravioleta provenientes do sol. Contudo a presença desse gás na baixa atmosfera é inconve-niente porque causa irritação nos olhos e na garganta e também ataca as folhas de vegetais. Assim sendo, o gás ozônio é considerado um poluente.

O ácido nítrico é um ácido forte. Juntamente com o ácido sulfúrico, ele é o responsável pelo fenômeno da chuva ácida. Ela é responsável por inúmeros problemas ambientais, entre os quais se destacam: prejuízos para a agricultura, pois o solo se torna ácido e, ao mesmo tempo o SO2 destrói as folhas e as flores dos vegetais; a água dos rios e lagos se torna mais ácida e, consequentemente imprópria á vida dos pei-xes; corrosão do mármore, do ferro e de outros materiais usados em monumentos e constru-ções.

Fontes de água no planeta TerraA quantidade total de água em nosso planeta é de aproximadamente 1,4 · 1021 kg, a maior

parte concentrada nos oceanos. É interessante observar que apenas 0,7% dessa água é imedi-atamente aproveitável para as atividades humanas.

A água como solvente A água dissolve um grande número de substâncias por isso ela é considerada o solvente

universal. O corpo humano é uma grande solução aquosa em que se encontram várias subs-

Os raios promovem a reação entre N2 e O2 formando NO, que a seguir, reage com mais O2, produzindo NO2. Como esse último dá origem ao aparecimento de O3, é comum sentir o forte cheiro do ozônio nas proximidades de onde acabou de cair um raio.

Água do mar (97,50%)Calotas polares e geleiras (1,97%)Água subterrânea (0,50%)Rios e lagos (0,20%)Solo (0,01%)Atmosfera (0,0001%)

ÁGUA POTÁVEL 0,7%

tâncias importantes para nossa sobrevivência, portanto para nos mantermos vivos devemos ingerir por volta de dois a três litros de água diariamente. Isso porque todos os processos vi-tais ocorrem em solução aquosa. Essa solução aquosa é o ambiente no qual ocorrem as rea-ções químicas que caracterizam a vida no nosso organismo. Aproximadamente 70% da massa do nosso corpo é água. Essa proporção muda de acordo com a idade: nos fetos, ela constitui 95% do peso corporal; nos recém-nascidos, representa 80%. Nos adultos, a quantidade de água varia de acordo com a quantidade de gordura no organismo. O corpo das mulheres, por exemplo, geralmente possui mais gordura e menos água do que o dos homens.

Como a água é um ótimo solvente, ela é encontrada no planeta na forma de uma solução de várias substâncias, principalmente sais. Com cerca de 0,1% de sais dissolvidos, a água é chamada de água doce e, quando própria para o consumo humano, água potável. A água potável que bebemos possui uma pequena quantidade de sais, aproximadamente 0,5 g de sais para cada litro de água. Quando essa quantidade de sais é ultrapassada, a água torna-se imprópria para o consumo, com gosto desagradável e é chamada de água salobra. Um caso interessante é o da água subterrânea, que dissolve cálcio e magnésio, sob a forma de bicarbonatos, e depois goteja numa caverna, dando origem às estalactites (formações penduradas no teto) e às estalagmites (formações que se elevam do solo, constituídas de carbonatos de cálcio e magnésio.

O gás carbônico (CO2) do ar reage com o carbonato de cálcio (CaCO3) insolúvel das ro-chas e a água (H2O), formando o bicarbonato de cálcio [Ca(HCO3)2], o qual sendo solúvel, é levado pela água das chuvas para os rios, e destes para os oceanos.

CO2 + CaCO3 + H2O Ca(HCO3)2

Nos oceanos, certas espécies de animais marinhos transformam o bicarbonato de cálcio em carbonato de cálcio, o qual é utilizado na formação das carapaças, pérolas, corais, cretas, conchas, etc. Também as estalactites e as estalagmites, citadas anteriormente, formam-se por um mecanismo análogo; o bicarbonato de cálcio formado é, agora levado para as cavernas, onde se decompõe em carbonato de cálcio, formando as estalactites (do teto para o solo) e as estalagmites (do solo para o teto):

Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2

Em certas regiões, o bicarbonato de cálcio permanece em solução aquosa (lagos, rios, poços, etc. ), dando origem a água dura.

Organismos e alimentos

Quantidade de água (% em massa)

Invertebrados marinhos 97Feto humano (1 mês) 95Peixes 82Humano adulto 70Brócolis 90Leite 88Maçã 85Ovos 75Batatas 75Carne 73Queijo 35

Água duraA água dura é uma água natural relativamente rica em sais de cálcio e magnésio tais

como bicarbonatos e sulfatos dissolvidos, o que a torna imprópria para o consumo humano. Quando em contato com a água dura, o sabão não faz espuma, pois os sais de cálcio e magné-sio reagem com o sabão e formam uma substância insolúvel (precipitado), o qual não possui ação detergente e forma crostas nos tanques, pias e banheiras. Para se ter uma idéia, basta lavar as mãos quando impregnadas com giz (mistura de sulfato de cálcio e carbonato de cál-cio).

A água dura além de ter gosto desagradável (água salobra) e não fazer espuma com o sa-bão é muito prejudicial quando usada em caldeiras para a produção de vapor e outros apare-lhos em que a água é fortemente aquecida, pois ocorrem reações químicas como por exemplo:

calor calorCa(HCO3)2 CaCO3 CaO

Solúvel Insolúvel Insolúvel

Essas substâncias insolúveis depositam-se nas tubulações das caldeiras, obstruindo-as e podendo causar explosões.

O tratamento da água dura para a retirada dos íons cálcio (Ca 2 +) e magnésio (Mg2 +) é conhecido por abrandamento ou amolecimento da água e consiste em fazer a água atravessar uma resina que captura os íons Ca 2 + e Mg 2 +, substituindo-os por íons não-prejudiciais, tais como o íon Na + e o H + cedidos pela resina. Esse procedimento é chamado de método da troca iônica.

Água mineralÁgua mineral é a água natural proveniente do subsolo que contém substâncias sólidas e

gasosas dissolvidas em quantidade relativamente elevada; estas posuem, frequentemente, ação curativa especial. As águas minerais podem conter sais ferrosos (águas ferruginosas), sais de magnésio (águas amargas), ácido sulfídrico (águas sulfurosas), iodetos (águas iodadas), gás carbônico (águas carbonatadas), etc.

Tratamento da águaA água própria para se beber é denominada água potável. Não precisa ser pura, na con-

ceituação química – isto é, conter somente moléculas H2O – mas é necessário que ela esteja límpida; não pode conter terra nem outros materiais em suspensão; pode conter somente ves-tígios de sais em solução, que lhe conferem algum sabor (diferente da água destilada que é a água quimicamente pura); precisa estar aerada, ou seja, conter um pouco de ar dissolvido, dando ao paladar uma sensação de “água leve”; não deve conter microorganismos que pos-sam causar doenças. Evidentemente, essa água será também apropriada para outros usos do-mésticos, como: cozinhar os alimentos, lavar as roupas e utensílios domésticos, tomar banho, etc. Para satisfazer o enorme consumo das grandes cidades, é preciso retirar a água de lagos ou de rios, que, em geral, é poluída – tendo, por isso, de ser convenientemente tratada.

O tratamento da água para o consumo público, possui fundamentalmente duas fases: o tratamento primário e o secundário.Tratamento primário. Os poluentes são eliminados por processos que não envolvem reações químicas, isto é, por processos físicos: peneiramento, para remover grandes objetos;

sedimentação, que consiste em deixar que os grãos maiores de sujeira se depositem lenta-mente no fundo do recipiente; filtração, com sucessivas camadas de areia e cascalho para remover partículas menores; aeração, na qual o ar é borbulhado através da água, retirando substâncias que possam conferir mau cheiro à água.Tratamento secundário. Aqui os poluentes são eliminados por processos que envolvem rea-ções químicas: floculação ou coagulação: adiciona-se hidróxido de cálcio ou cal hidratada [Ca(OH)2] à água e a seguir, sulfato de alumínio [Al2(SO4)3]. Ocorre a seguinte reação química:

Al2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4

o hidróxido de alumínio [Al(OH)3 ] produzido forma “flocos” ou “coágulos” gelatinosos e insolúveis em água; esses flocos vão retendo em sua superfície as partículas em suspensão presentes na água, arrastando-as para o fundo do tanque, onde a reação é feita; desinfecção: a água passa por um clorador, onde é introduzido o cloro, que mata os microorganismos presentes. A água está pronta para ser consumida.

O cloro (Cl2) é um gás amarelo-esverdeado, altamente tóxico, que ao ser borbulhado em água (H2O), reage com ela:

Cl2 + H2O HCl + HClO

Por esse motivo, ao ser inalado, o gás cloro reage com a água existente no nariz e nos pulmões, formando ácido clorídrico (HCl), um ácido forte capaz de causar graves lesões in-ternas; inalado em grandes quantidades o cloro pode até mesmo produzir a morte.

A ação desinfetante do cloro na obtenção de água potável e nas piscinas é devida ao ácido hipocloroso (HClO), que se forma na reação entre o cloro e a água, pois ele é bacteri-cida (mata bactérias) e fungicida (mata fungos).

Tratamento doméstico da águaO ato de filtrar a água consiste em uma operação muito importante para a eliminação de

partículas ou bactérias que eventualmente tenham entrado na água após sua saída da estação de tratamento. Os fabricantes costumam colocar dentro da vela do filtro pedaços de carvão ativo, preparado para reter em sua superfície substâncias que causam mau cheiro à água.

Uma maneira ainda mais segura de eliminar microorganismos presentes na água é fervê-la (principalmente se ela provém de poço).

Outro modo consiste em usar um ozonizador. Através de descargas elétricas esse apare-lho transforma o oxigênio do ar (O2) em ozônio (O3), que é borbulhado na água.

Gás tóxico de cheiro irritante, que provoca lesões nas mucosas do nariz e da garganra. Inalado em grande quantidade pode provocar a morte.

Cl2

Descargas elétricas 3 O2 2 O3

Este método de prepaparação do ozônio justifica a formação do ozônio durante as trovo-adas e também nas proximidades de máquinas elétricas de alta tensão (o que se pode verificar devido ao seu odor irritante).

O ozônio é um bactericida muito eficiente, sendo utilizado na esterilização de água potá-vel e de alimentos no lugar do cloro e na desodorização de interiores lotados como cinemas, teatros, velórios, etc. Apesar disso, ele não costuma ser utilizado nas estações de tratamento, pois seu efeito não é muito prolongado, ao contrário do cloro, cuja ação se estende mesmo depois de a água ter saído da estação de tratamento.

Água de calO óxido de cálcio (CaO) é um sólido branco, conhecido com o nome de cal viva ou cal

virgem, obtido a partir da decomposição térmica do carbonato de cálcio (CaCO3 ) ou calcário:

CaCO3 CaO + CO2 A sua reação com água produz o hidróxido de cálcio [Ca(OH)2], denominado cal

apagada, cal extinta ou ainda cal hidratada.

CaO + H2O Ca(OH)2

O óxido de cálcio e o hidróxido de cálcio são usados na indústria de construção civil; na produção do vidro; na agricultura para corrigir solos ácidos; na purificação de açúcares, óleos vegetais e sucos de frutas e no tratamento de águas e esgotos.

A argamassa consiste fundamentalmente numa mistura de hidróxido de cálcio e areia, a qual se adiciona água, produzindo uma pasta. Essa pasta vai aos poucos endurecendo devido à evaporação da água e à subsequente reação química do hidróxido de cálcio com o gás carbônico (CO2) do ar e, com a sílica (SiO2) da areia, produzindo uma mistura complexa, dura e insolúvel, de carbonato de cálcio (CaCO3) e silicato de cálcio (CaSiO3):

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O do ar

Ca(OH)2 + SiO2 CaSiO3 + H2O areia

O hidróxido de cálcio também é usado na pintura denominada caiação. A parede fica branca devido à mesma reação entre o hidróxido de cálcio e o gás carbônico do ar mostrada acima, que produz o carbonato de cálcio, que é um pó branco. É por isso que, num quarto recentemente caiado, têm-se a sensação de respirar melhor, pois o hidróxido de cálcio reage com o gás carbônico do ar conforme descrito acima, o que aumenta a quantidade relativa de oxigênio (O2).

1. Com base na sequência de quadrinhos abaixo, explique o ciclo da água.

2. Explique o aparecimento da água líquida na superfície externa de um copo que contém água gelada.3. O que são lençóis freáticos?4. Por que toda chuva é ligeiramente ácida? Escreva a equação química do processo.5. A água mineral com gás pode ser fabricada pela introdução de gás carbônico (CO2) na água sob alta pressão.a) Essa água é ácida ou alcalina (básica)? Justifique a sua resposta.b) Se a garrafa for deixada aberta, o que acontece com a acidez ou a alcalinidade dessa água?6. Qual “água contém mais impurezas: a “água da chuva” recolhida em uma grande cidade ou a recolhida na zona rural? Justifique a sua resposta.7. O que é chuva ácida?8. Por que o enxofre (S) é uma das principais impurezas que existem nos derivados de petró-leo?9. Explique, com o auxílio de equações químicas, como ocorre o aparecimento de ácido sulfúrico na água da chuva.10. É comum ao cortar a cebola e por algum descuido sentir arder os olhos. Sabe-se que a cebola libera dióxido de enxofre, que em contato com o ar sofre oxidação e reage com a água (no olho), resultando em um ácido que causa a sensação de ardor. Escreva a fórmula e o nome do respectivo ácido.11. Óxidos de nitrogênio, quando presentes na atmosfera, aumentam a acidez da chuva. Cite duas origens possíveis para esses óxidos na atmosfera.12. Explique com o auxílio de equações químicas, como o ácido nítrico aparece na chuva.13. O que se entende por NOx e SOx e quais são os seus efeitos tóxicos sobre o organismo?14. Quais são os problemas ambientais causados pela chuva ácida?15. Como o nitrogênio(N2) do ar, que é biologicamente inerte para animais e vegetais pode ser assimilado pelas plantas?16. Qual é a importância da camada de ozônio para os seres vivos e o meio ambiente?17. Como se forma o ozônio no ar que respiramos próximo à superfície terrestre?18. Por que no ar ambiente o ozônio é considerado um poluente e quais são os seus efeitos?19. Por que a água do mar é salgada?

20. Analisando os dados referentes às fontes de água em nosso planeta, explique a finalidade e a necessidade das campanhas contra o desperdício de água.21. A irrigação artificial do solo pode ser feita de várias maneiras. A água utilizada para a irrigação é proveniente de lagos ou rios e contém pequenas quantidades de sais dissolvidos. Sabe-se que desde a mais remota Antiguidade, que a irrigação artificial intensa pode levar à salinização do solo, tornando-o infértil, principalmente em locais onde há poucas chuvas. Em regiões onde chove regularmente, de modo a não ser necessária a irrigação, a salinização não ocorre.a) Como se pode explicar a salinização do solo?b) Por que a água da chuva não provoca a salinização do solo?22. A figura abaixo mostra o esquema de um processo usado para a obtenção de água potável a partir de água salobra (que contém alta concentração de sais). Este “aparelho” improvisado é usado em regiões desérticas da Austrália.

a) Que mudanças de estado ocorrem com a água, dentro do “aparelho”?b) Onde, dentro do “aparelho”, ocorrem essas mudanças?c) Qual destas mudanças absorve energia e de onde esta energia provém?23. Freqüentemente, os jornais, rádios e TV advertem a população que não dispõe de água tratada: “A água antes de ser ingerida deve ser fervida, para matar os germes nocivos”A água fervida depois de estar na temperatura ambiente, deve ser passada várias vezes de um recipiente para outro antes de ser bebida. Por quê?24. Quando colocamos água numa moringa ou jarro de barro, ela atravessa as paredes desse recipiente, chegando à superfície externa, evapora-se lentamente. Com isso, a água restante diminui de temperatura mantendo-se fresca, ou seja, em temperatura menor que a do ambiente. Que explicação você poderia dar ao fenômeno? 25. Por que a água é considerada o solvente universal?26. Por que a água é uma substância fundamental para a vida?27. Como se formam os estalactites e os estalagmites nas cavernas?28. Como se origina o bicarbonato de cálcio presente nos oceanos e qual a sua importância para os animais marinhos?29. Qual é a diferença entre água doce e água salobra?30. O que se entende por água potável?31. O que é água dura?32. Por que em contato com a água dura o sabão não faz espuma?

33. Por que a água dura é muito prejudicial quando usada em caldeiras para a produção de vapor e outros aparelhos em que a água é fortemente aquecida?34. O que é água mineral?35. Em uma das etapas do tratamento de água ocorre a adsorção de partículas sólidas em uma massa gelatinosa constituída de hidróxido de alumínio. Essa substância é preparada pela adição de hidróxido de cálcio e sulfato de alumínio à água contida em tanques de tratamento. Escreva a equação química da reação entre o hidróxido de cálcio e o sulfato de alumínio.36. Ao inalarmos gás cloro (Cl2), sentimos uma irritação no nariz. Escreva a equação química que representa a reação que acontece dentro do nariz, responsável por essa irritação.37. Explique a ação desinfetante do cloro na obtenção da água potável e no tratamento da água das piscinas.38. Como funciona um ozonizador e como se explica a formação do ozônio durante as trovoadas e nas proximidades de máquinas elétricas de alta tensão?39. Quais as aplicações práticas do ozônio e por que ele não costuma ser utilizado nas estações de tratamento de água?40. Cal viva é o óxido de cálcio (CaO).a) Escreva a equação química da reação da cal viva com a água.b) Por que, na agricultura, a cal viva é adicionada ao solo?41. Qual é a composição química da argamassa e por que ela endurece?42. O que se entende por caiação e por que num quarto recentemente caiado, tem-se a sensação de respirar melhor? Escreva a reação química do processo.43. Como se obtém a cal viva a partir do calcário?