PROF. LUIZ FERNANDO M. CARVALHO

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


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.


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


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



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.



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+


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


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.


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;


(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;


Bons estudos.

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