QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL

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Prof. Marcelo da Rosa Alexandre

Ciência Ambiental e Meio Ambiente 1 - De acordo com G. Tyler Miller Jr (Ciência Ambiental, 11aEd, 2007), Meio Ambiente é tudo que afeta um organismo vivo (qualquer forma de vida única). 2 - Se o que afeta o meio ambiente está relacionado a processos químicos (natural ou antrópico), pode-se definir, de acordo com Colin Bird and Micheal Cann, no livro, Envrironmental Chemistry (4a Ed, 2008), um ramo da ciência denominada de Química Ambiental. 3 - Dessa forma, Ciência ambiental é o estudo de como a terra funciona, de como interagir com ela e de como lidar com os problemas ambientais que afetam ar, água e terra.

A Terra Raio: 6.378,14 km Volume: 1,0832 x 1012 km3

Massa: 5,9737 x 1024 kg Densidade: 5.515 g cm-3

Área Superficial: 5,100657 x 108 km2

Temperaturas: -88/58 (min/max) °C

A Terra e suas camadas

A Terra – Composição Química Ferro – 32,1% Oxigênio – 30,1% Silício – 15,1% Magnésio – 13,9% Enxofre – 2,9% Níquel – 1,8% Cálcio – 1,5% Alumínio – 1,4% Outros – 1,2%

A Terra – Distribuição

71% da superfície da Terra é ocupada por água

O Ambiente Global

Podemos dividir o planeta terra em cinco grandes esferas:

Atmosfera: O envelope gasoso que envolve a terra

Litosfera: porção inorgânica sólida da terra (minerais, rochas, etc)

Hidrosfera: água (oceanos, rios, lagos, etc...)

Biosfera: Todos os organismos vivos

Antroposfera: O ambiente humano: o ser humano e sua influência

A interconexão entre os sistemas De maneira geral, pode-se dizer que há uma ligação entre as várias esferas globais, ou seja, qualquer processo, mesmo que local e em apenas umas das esferas ambientais , pode e vai afetar o ambiente global.

O Planeta Terra é essencialmente um sistema fechado em relação à matéria. Denomina-se matéria os elementos químicos (carbono, hidrogênio, oxigênio, etc), ligados ou não (formando moléculas). Dessa forma, todo a matéria existente no meio não é criada nem destruída, ela se transforma. Isso implica que a matéria passa de uma esfera à outra, formando um ciclo. Fluxo de Energia; Os ciclos geológicos:

Ciclo Tectônico Ciclo Hidrológico Ciclos Biogeoquímico (Carbono, Fósforo, Enxofre, Nitrogênio)

Fluxos Naturais de Energia (1020 kJ)

Ciclo do Carbono

Ciclo do Carbono

Ciclo do Carbono

Ciclo do Nitrogênio

Ciclo do Nitrogênio

Ciclo do Nitrogênio

Ciclo do Nitrogênio

Ciclo do Oxigênio

Manahan, S. E., Environmental chemistry. 8th ed.; CRC Press, 2005

Ciclo do Oxigênio

REAÇÕES: OXIGÊNIO ELEMENTAR PARA OXIGÊNIO LIGADO Respiração aeróbica: {CH2O} + O2(g) → CO2 + H2O Combustão: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Reação redox: 4FeO + O2 → 2 Fe2O3

Ciclo da água

• Precipitação: 496,000 km3/yr – Terra 111,000 km3/yr – Oceano 385,000 km3/yr

• Evaporação + Transpiração das Plantas: 496,000 km3/yr – Terra 71,000 km3/yr – Oceano 425,000 km3/yr

• Lixiviação – 26,000 km3/yr

• Água Subterrânea – 14,000 km3/yr

• Uso Humano – 3000 km3/yr

Outros Ciclos Biogeoquímicos

Ciclo do Fósforo

Ciclo Enxofre

A dinâmica do meio ambiente O aspecto dinâmico do meio ambiente fica muito claro a partir do estudo dos ciclos geológicos e do transporte de massa e energia pela atmosfera e hidrosfera. A hidrosfera

- As correntes marítimas desempenham um papel fundamental no transporte de energia de latitudes menores (equatoriais) para latitudes maiores (polares).

A hidrosfera - Transporte de massas

Dois aspectos importantes do transporte de massas pelo ciclo hidrológico podem ser destacados: A lixiviação consiste no carregamento, através da precipitação, de espécies solúveis e insolúveis para os corpos d´água (rios, lagos, oceanos) Tempo de residência significa o números de dias, meses ou anos que uma determinada massa de água (ou espécie química) permanece em determinado corpo d´água.

Tempo de Residência

– Tempo de Residência

(tempo) = Tamanho do

reservatório (quantidade)/

Taxa de aporte ou saída

(fluxo) (quantidade/tempo)

10ml/sec

10ml/sec

1000ml

Recedence time:

1000ml/10ml/sec

= 100 second

Tempo de Residência

0i F

M

F

M

Tempo de residência: mais de um fluxo

0i F

M

F

M

Exemplos

• τ (água na atmosfera)= 12,700 km3/496,000 km3/ano = 0.03

ano ou 9 dias

• τ (água subterrâneas)= 4,000,000 km3/12,000 km3/ano =

330 anos

– Em média... pode ser entre 10,000 e 40,000 anos

• Águas subterrâneas estão normalmente em grandes reservatórios e

possuem tempos de residências bastante grandes…. São difíceis de

serem poluídas, porém, uma vez poluída……difícil de ser recuperada

Qual a importância do tempo de residência?

• Elementos com longos tempos de residências normalmente ocorrem a

razões constantes com outros (ex. Sais presentes nos oceânos)

– Ou seja, são menos afetados por mudanças nas taxas de aporte ou processos de

perdas

• Por outro lado, espécies com pequenos tempos de residências são mais

vulneráveis a variação, e assim , mais facilmente afetados.

A hidrosfera - Transporte de massas

Ainda em relação ao transporte de massas através da hidrosfera, devemos considerar outro aspecto importante, as correntes marinhas. Tem-se dois principais meios de transporte através da circulação dos oceanos: A circulação superficial, realizada principalmente pelo vento (até 200 m) Circulação por “thermohaline forces”, que é a circulação de águas oceânicas provocada pela diferença de temperatura entre as águas superficiais e águas profundas

A hidrosfera - Transporte de massas

A hidrosfera - Transporte de massas: ressurgimento ou “costal upwelling”.

A atmosfera A atmosfera age como um excelente meio de transporte de energia do equador para os pólos. Da mesma forma que carrega energia, a atmosfera pode, assim como a hidrosfera, ser um agente transportador de massas