Temas Quimica 2

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO PAR UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASIL - UAB NCLEO DE EDUCAO CONTINUADA E A DISTNCIA - NECAD PR-REITORIA DE GRADUAO - PROGRAD CENTRO DE CINCIAS SOCIAIS E EDUCAO - CCSE CURSO DE CINCIAS NATURAIS NA MODALIDADE A DISTNCIA

TEMAS DE QUMICA IIAMBIENTE E SADEAdalcindo Ofir de Souza Duarte Vnia Lobo Santos

Belm 2011

TEMAS DE QUMICA II: AMBIENTE E SADE 2o SemestreUniversidade do Estado do ParReitora Vice-Reitora Pr-Reitor de Pesquisa e Ps-Graduao Pr-Reitor de Graduao Pr-Reitora de Extenso Pr-Reitor de Gesto Marlia Brasil Xavier Maria das Graas da Silva Jofre Jacob da Silva Freitas Ruy Guilherme Castro de Almeida Mariane Cordeiro Alves Franco Manoel Maximiano Junior

Universidade Aberta do Brasil

Coordenadora UAB Aldeniza de Oliveira Ximenes Coordenadora Adjunta UAB Glria Maria Farias da Rocha

Centro de Cincias Sociais e EducaoDiretora do CCSE Maria Jos Cravo Responsvel pelo Curso de Cincias Naturais na Ionara Terra Modalidade a Distncia

Ncleo de Educao Continuada e a DistnciaAldeniza de Oliveira Ximenes Ruth Souza da Costa Thayo Luiz Vianna da Silva Thayo Luiz Vianna da Silva Cristiane Florinda Monteiro de Oliveira Lidiane Lavor Michelle Moraes

Coordenadora do NECAD Assessoria Pedaggica Diagramao e Designer Grfico Programao visual e Webdesign Instrucional Design

Editora da Universidade do Estado do ParJosebel Akel Fares Nilson Bezerra Neto Coordenadora Jessilia Guimares Eir Revisor Marco Antnio Camelo Willame de Oliveira Ribeiro Bruna Toscano Gibson Apoio Tcnico

2011

PLANO DE CURSO APRESENTAO

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Sumrio9

UNIDADE 1 - A BIOSFERA 9 1.1 A BIOSFERA EM EQUILBRIO (ATMOSFERA/LITOSFERA/HIDROSFERA) 1.2 A BIOSFERA: ORIGEM 10 1.2.1 O Sol 11 1.3 O EQUILBRIO ALCANADO PELA BIOSFERA 11 1.4 AGENTES DO DESEQUILBRIO 12 SNTESE DA UNIDADE 14 REFERNCIAS 14

UNIDADE 2 - POLUIO BIOSFERA - ATMOSFERA 15 2.1. PROPRIEDADES DE GS IDEAL 18 2.2 VOLUME DE UM GS 19 2.3 PRESSO DE UM GS 19 2.4 TEMPERATURA DE UM GS 20 2.5. AS LEIS EMPRICAS DO GS IDEAL 20 2.5.1 Lei de Boyle: relao presso volume (transformao isotrmica) 20 2.5.2 Lei de Charles: Relao temperatura x volume (transformao isobrica) 22 2.5.3 Lei de Gay-Lussac: Relao temperatura x presso (transformao isovolumtrica) 23 2.5.4 1 Lei Geral dos Gases: Combinao da Lei do Boyle e da Lei do Charles 24 2.5.5 Lei de Avogadro: Relao Volume x quantidade de matria (nmero de partculas) 24 2.5.6 2 Lei Geral dos Gases: Equao de Estado do Gs Ideal 25 2.5.7 Lei de Dalton: Presses Parciais 26 2.6 PRINCIPAIS REGIES DA ATMOSFERA 28 2.6.1 Troposfera 29 2.6.2 A Qumica da Atmosfera 30 2.6.2.1 Ciclos Biogeoqumicos 31 2.6.3 Poluio da Atmosfera 35 2.6.3.1 Efeito Estufa (reaes de combusto e aquecimento global) 36 2.6.3.2 Chuva cida 41 2.6.4 Equilbrio qumico 43 2.6.4.2 Deslocamento do Equilbrio 46 2.6.5 Alternativas para controle da poluio atmosfrica 48 2.4 A CAMADA DE OZNIO: A QUMICA DA ESTRATOSFERA 50 2.4.1 Depleo da camada de oznio 52 SNTESE DA UNIDADE 55 REFERNCIAS 55 UNIDADE 3 - HIDROSFERA 55 3.1 DISPONIBILIDADE DE GUA E O CICLO HIDROLGICO 3.2 PROPRIEDADES DA GUA 57 3.3 USO DA GUA 65 3.4 POLUIO DA GUA 66 3.5 TRATAMENTO DE GUA 68 3.6 TRATAMENTO DE ESGOTOS 69 3.7 LEGISLAO E MEDIDAS DE CONTROLE DA POLUIO SNTESE DA UNIDADE 73 REFERNCIAS 73 56

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UNIDADE 4 - LITOSFERA 75 4.1 ORIGEM E FORMAO DA LITOSFERA 76 4.2 COMPOSIO DO SOLO 77 4.2.1 Fase slida 77 4.2.2 Fase lquida 77 4.2.3 Fase gasosa 79 4.3 PERFIL DO SOLO 79 4.4 CARACTERSTICAS DO SOLO 80 4.5 EROSO 82 4.6 POLUIO DO SOLO RURAL 83 4.6.1 Fertilizantes sintticos 84 4.6.2 Defensivos agrcolas 84 4.6.3 Salinizao 89 4.7 POLUIO DO SOLO URBANO 90 4.7.1 Resduos Slidos Urbanos 91 4.7.1.1 Lixes 92 4.7.1.2 Aterro sanitrio 92 4.7.1.4 Incinerao 96 4.7.1.5 Reciclagem 97 4.8 RESDUOS RADIOATIVOS 98 4.8.1 Radiaes 98 4.8.2 Efeito biolgico das radiaes 99 4.9 METAIS PESADOS TXICOS 100 SNTESE DA UNIDADE 104 REFERNCIAS 104 UNIDADE 5 - A QUMICA DO METABOLISMO DOS SERES VIVOS 105 5.1 OS ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DOS MATERIAIS BIOLGICOS 105 5.1.1 A utilizao econmica dos recursos 110 5.1.2 As funes dos elementos qumicos nos sistemas biolgicos SNTESE DA UNIDADE 122 REFERNCIAS 122 CONSIDERAES FINAIS 123

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TEMAS DE QUMICA II - CH: 80H EMEnTA:

Plano de Curso

Impactos das atividades antrpicas no ambiente: Poluio atmosfrica, Poluio das guas, Poluio do solo. Contaminao por metais pesados. Acidentes com materiais radioativos. A qumica do metabolismo dos seres vivos. Experimentos temticos II.

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ApresentaoO homem tem a possibilidade de alterar o planeta onde vive, mas da lhe advm uma tremenda responsabilidade: essa alterao pode, no caso de ser incorreta, comprometer a sua prpria sobrevivncia, at ao nvel de espcie (OLIVEIRA, 2005). Os processos da industrializao, prometidos para melhorar as condies de vida na terra, destroem os bens naturais, dos quais temos dependncia para a manuteno da vida na terra. Entre esses bens naturais esto a gua, o ar, o solo, a fauna e a flora que a natureza levou milhes de anos para consolidar e levar milhes de anos para recompor, se interferirmos negativamente no equilbrio do meio ambiente e, mesmo com esta recomposio, nada nos garante que as condies ambientais sero as mesmas. O destino da vida no Planeta Terra est em mos do ser humano, como bem diz Mauro (2007, p. 20), [...] a construo do presente responsvel pela histria individual e coletiva que ser diagnosticada e interpretada no futuro, estamos vivendo no presente o reflexo do passado e adotando as opes que constroem os caminhos do futuro. Nesta perspectiva dinmica, do nosso presente e do nosso futuro, fica evidente a necessidade de ns gerirmos o meio ambiente de forma responsvel para que a vida do homem na face da terra seja preservada saudvel, digna e produtiva. Neste mdulo (Tema II), o aluno ter a oportunidade de ver e rever as interferncias das atividades antrpicas no equilbrio do meio ambiente bem como as suas consequncias. Na Unidade I, ser feita uma breve descrio da biosfera. Nela veremos que, embora seja uma pelcula bastante estreita, a biosfera apresenta uma estrutura bastante complexa e dinmica e uma composio que varia continuamente, resultado da atividade biolgica que nela se realiza permanentemente h milhares de anos. A biosfera a regio do planeta que contm todos os seres vivos e abrange uma faixa da atmosfera, hidrosfera e litosfera, ou seja, a moradia da natureza. O homem, como ser vivo, faz parte da biosfera, interage com os outros seres vivos e no vivos, mantendo relaes ecolgicas com eles, algumas vezes de forma harmnica mas, na maioria das outras vezes, de forma desarmnica e com isso causa constantes prejuzos para a vida da biosfera em geral. Na Unidade II, abordaremos a poluio na atmosfera e suas consequncias, mostrando que a qualidade do ar um bom indicador de sade e de conforto ambiental, portanto faz-se necessrio a sua preservao para uso coletivo. Devido s propriedades de alta disperso, peculiar ao estado gasoso, a poluio atmosfrica considerada um dos maiores estressores de qualidade de vida. Na Unidade III, vamos caracterizar a hidrosfera, ou seja, a esfera discontnua de todas as guas do planeta que compreende os oceanos, rios, lagos, calotas de gelo, gua no subsolo e atmosfera, etc. A abundncia de gua na Terra uma caracterstica que distingue o chamado planeta azul de outros, no sistema solar. O planeta Terra , provavelmente, o nico do sistema solar onde existe gua na forma lquida. O que o efeito estufa tem a ver com esse fenmeno? Voc sabe por que a gua um elemento fundamental vida? Essas e muitas outras curiosidades sero tratadas nesta unidade.7

Na Unidade IV, descreveremos a litosfera, a camada slida mais externa de um planeta, constituda por rochas e solo, no caso da Terra, crosta terrestre. Composta pelas rochas gneas, sedimentares e metamrficas, a litosfera cobre toda a superfcie da terra, desde o topo do Monte Evereste at as profundezas das Fossas Marinhas. A estrutura da litosfera vem-se alterando atravs dos tempos devido a falhas e dobramentos que conduzem formao de montanhas ou vulcanismos. Sero tambm abordados alguns acidentes ocorridos por contaminao com metais pesados e os perigos de materiais radioativos. Na Unidade V, sero introduzidos os elementos qumicos constituintes dos materiais biolgicos. Ao longo da histria, existiam condies bastante diferentes das atuais, sem que isto tivesse impedido o desenvolvimento e a evoluo de formas de vida. Hoje, a ideia de uma evoluo qumica, da seleo de uma melhor substncia para uma determinada funo, tem atrado a ateno dos pesquisadores que dela tentam extrair as devidas ilaes. Veremos que, para um adepto da teoria de evolucionismo, medida que subimos ou descemos uma escala de complexidade dos organismos vivos, comea a fazer sentido se falar da adaptao da vida s condies fsicas e qumicas do ambiente. Enfim, nas Unidades acima citadas, estudaremos os principais ambientes fsicos da Terra (atmosfera, hidrosfera e litosfera) que constutuem a biosfera, para compreender suas relaes enquanto suportes de vida no Planeta Terra.

Adalcindo Ofir de Souza Duarte Vnia Lobo Santos

Unidade 1

A BIOSFERA

Antes de iniciarmos os nossos estudos, pense sobre como voc se relaciona com o meio em que voc vive. Como voc interage com a fauna e a flora existentes no nosso planeta? Qual sua relao e suas atitudes com a gua que voc usa e com o ar que voc respira? Como voc cuida dos rejeitos que voc produz? Nesta unidade, voc conhecer alguns aspectos acerca do equilbrio existente entre os principais compartimentos do planeta Terra (atmosfera, hidrosfera e litosfera) e como estes interdependem entre si, sua estabilidade e a participao dos seres viventes nos processos que ocorrem para fazer deste planeta o que hoje e sua constante transformao. Entender como contribumos para poluir nosso planeta e de modo que devemos cuidar dele. Assim, ao final desta unidade, voc dever estar apto a: Compreender como a atmosfera, a hidrosfera e a litosfera interagem, trocando substncias entre si, e como as atividades dos seres vivos interferem e contribuem para este equilbrio. Relacionar os processos envolvidos nos compartimentos terrestres (atmosfera, hidrosfera e litosfera) com as atividades dos seres vivos e os processos que ocorrem a partir das atividades antrpicas. Identificar que processos das atividades antrpicas podem causar impactos no meio ambiente. 1.1 A BIOSFERA EM EQUILBRIO (ATMOSFERA/LITOSFERA/ HIDROSFERA) Depois da Segunda Guerra Mundial, a industrializao em massa foi adotada no mundo inteiro, encabeada pelos pases ricos, como estratgia para vencer os problemas de pobreza e de subdesenvolvimento no mundo. Bastaram alguns anos para o mundo se dar conta dos aspectos problemticos decorrentes da explorao desenfreada dos recursos naturais. O modelo atual de produo pode gerar problemas com a mesma gravidade ou at mesmo piores, que o s problemas econmicos e sociais que pretendia resolver. Segundo Backer (1995, p.37), [...] de tanto querer criar um ecossistema industrial e um natural, irrefletidamente esquecemos de que se trata do mesmo ecossistema, que a partir de agora deve ser administrado de maneira responsvel. Fisicamente a biosfera est composta de trs partes: - hidrosfera (gua, ambiente lquido: rios, lagos, mares); - litosfera (parte slida da terra acima do nvel das guas: rochas, solo); - atmosfera (camada de gs que envolve a terra: ar e seus componentes).9

TEMAS DE QUMICA II: AMBIENTE E SADE

Os elementos fundamentais da biosfera (gua, solo e ar), junto com a energia do sol (energia radiante), constituem a vida (animal e vegetal) no planeta da forma que conhecemos. H um equilbrio dinmico entre os constituintes da biosfera que pode ser resumido como segue: de um lado, tem-se a camada de oznio (na atmosfera), que nos protege da entrada da parte nociva da radiao solar (radiaes ultravioletas) e no deixa escapar o calor que desprendido do solo (litosfera) depois que o sol se pe (atuando como um manto protetor). De outro lado, tem-se o vapor da gua que desprendido dos mares, lagos, rios, etc., (hidrosfera), que aprisionado debaixo deste manto e diariamente transformado novamente em gua (chuva) pelo processo de condensao (quando este vapor de gua sobe e encontra o frio das camadas superiores da atmosfera). Depois a chuva enche novamente nossas mananciais de gua e o ciclo (ciclo hidrolgico) continua de forma interminvel. Estas caractersticas podem permitir a afirmao de que a biosfera do nosso planeta nica no Universo onde ocorre este conjunto de fenmenos que favoreceram o surgimento da vida da forma que conhecemos, mas isto no significa que no possam existir outras formas de vida em outros planetas ou em outras biosferas, as quais dificilmente sero similares s formas de vida de que aqui dispomos. 1.2 A BIOSFERA: ORIGEM A origem da biosfera intimamente relacionada ao surgimento do nosso planeta e do prprio Universo, cuja origem mais aceita atribuda a uma grande exploso - o Big Bang. Segundo a Teoria do Big Bang, acerca de 15 - 20 bilhes de anos atrs, toda matria e energia se concentraram num espao muito pequeno, com densidade extremamente alta, virtualmente infinita, e nesta condio singular houve uma grande exploso, num evento que foge a qualquer visualizao fsica. Atribui-se a esse evento o ponto de partida de tudo que nos diz respeito e, aps muitos anos (cerca de 11 bilhes de anos), de processos contnuos de expanso e condensao, surgiram as galxias, um conjunto de estrelas (TEIXEIRA, 2001). Em torno dessas estrelas, processou-se a formao dos planetas, inclusive o nosso, O Planeta Terra, que se formou ao redor da estrela que conhecemos como Sol e, juntamente com os demais nove planetas do nosso sistema solar, pertence galxia chamada Via Lctea. Estima-se em 4,6 bilhes de anos o incio da formao de nosso planeta e, ao da biosfera, um pouco menos (3,5 bilhes de anos). A formao da camada de oznio h cerca de um bilho de anos foi fundamental para que a biosfera atingisse as caractersticas que permitiram o aparecimento de todas as espcies (OPARIN, 1982). O termo Biosfera formado por bio = vida e esfera = camada (espao ou esfera). Desta forma, a biosfera a esfera (espao ou camada) que possui vida na Terra. Estende-se por cerca de 24 km, tendo seu limite superior, a camada de oznio, a 14 km de altura no equador e aproximadamente a 7 km nos polos, e o limite inferior variando desde os primeiros centmetros de profundidade do solo at mais ou menos a 10 km no fundo do oceano (PERIDICOS: Qumica Nova na Escola - Cadernos Temticos).Universidade do Estado do Par - UEPA

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UNIDADE 1 - A Biosfera

A espessura da biosfera muito estreita se comparada ao volume total do planeta, mas ela apresenta uma estrutura bastante complexa e dinmica, abrigando os mais diversos ecossistemas terrestres (florestas, campos, desertos, etc.), marinhos e de gua doce. 1.2.1 O Sol O sol (estrela de tamanho mdio) maior que qualquer um dos planetas em nosso sistema solar. Seu dimetro de 1.392.000 Km. O dimetro da Terra de apenas 12.756 km, ou seja, mais de um milho de planetas Terra caberiam dentro do Sol (TEIXEIRA, 2001). O Sol pode ser considerado uma usina nuclear gigante, em que, atravs de reaes complexas, os elementos qumicos sofrem transformaes, liberando luz e calor.

H+ H He + energia H + He Li + energia He + He Be + energia etc. etc.Quando esta energia chega Terra, ela possibilita um nmero imenso de reaes, ciclos e sistemas: Conduz a circulao da atmosfera e dos oceanos; cria alimento para as plantas que, por sua vez, so o alimento de pessoas e animais. 1.3 O EQUILBRIO ALCANADO PELA BIOSFERA A vida surgiu na Terra h cerca de 3,5 milhes de anos, onde os primeiros organismos no passavam de simples estruturas de carbono. Eles inauguraram as primeiras cadeias alimentares e deram incio construo da biosfera. A biosfera alcanou, atravs do tempo, um equilbrio dinmico que se caracteriza por uma elevada funcionalidade e uma grande estabilidade (SILVA, 1985). Como resultado, verifica-se um perfeito equilbrio, tanto no nmero de indivduos quanto na quantidade de espcies, e a manuteno desse equilbrio depende de diversos fatores como, por exemplo, densidade populacional, competio intraespecfica e interespecfica, mortalidade devido ao predatismo e outras doenas, valor adaptativo das populaes (fundo gentico), modificaes do meio ambiente etc. (SILVA, 1985). A instabilidade ambiental apresenta desafios aos indivduos de uma espcie ou a uma comunidade ou, at mesmo, ao ecossistema como um todo. Para se manter em harmonia com um ambiente como o nosso, sujeito ao processoUniversidade Aberta do Brasil - UAB

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de mudanas provocado por agentes biticos (seres viventes) ou abiticos (seres sem vida), os organismos no s precisam ser adaptados, mas, adaptveis. As espcies, alm de ter que possuir variabilidades genticas, devem tambm apresentar uma capacidade de produzir variedades genticas mais resistentes por mutao. Desta forma, os variantes genticos menos resistentes podem se tornar menos frequentes e so eliminados, enquanto os variantes mais resistentes se tornam mais frequentes e so adotados como o novo padro da espcie. Com o passar de tempo, esse novo gentipo provocar uma reao em cadeia nas comunidades nas quais venha a participar, reproduzindo aqueles mais adaptados e conferindo ao ecossistema e biosfera um novo equilbrio dinmico. 1.4 AGENTES DO DESEQUILBRIO A escalada do progresso tcnico humano pode ser medida pelo seu poder de controlar e transformar a natureza. Cada nova fonte de energia dominada pelo homem produz determinado tipo de desequilbrio ecolgico e de poluio. A inveno de mquina a vapor, por exemplo, aumentou a procura pelo carvo e acelerou o ritmo de desmatamento; a destilao de petrleo multiplicou a emisso do gs carbnico e de outros gases na atmosfera; com a petroqumica, surgem novas matrias primas e substncias no biodegradveis. O aumento da populao mundial, ao longo da histria, exige reas cada vez maiores para a produo de alimentos e tcnicas de cultivo que aumentem a produtividade da terra. Florestas cedem lugar a lavouras e pecuria, espcies animais e vegetais so domesticadas, muitas extintas e outras, ao perderem seus predadores naturais, multiplicam-se aceleradamente. Produtos qumicos no biodegradveis, usados para aumentar a produtividade e evitar predadores nas lavouras, matam microorganismos decompositores, insetos e aves, reduzem a fertilidade da terra, poluem os rios e as guas subterrneas e contaminam os alimentos (BAIRD, 2002). A urbanizao multiplica esses fatores de desequilbrio porque as grandes cidades usam os recursos naturais em escala concentrada, quebram as cadeias naturais de produo desses recursos e reduzem a capacidade da natureza de reconstruir novas situaes de equilbrio (SILVA, 1985). O estilo de desenvolvimento econmico atual estimula desperdcio: automveis, eletrodomsticos, roupas e demais utilidades so planejadas para durar pouco, e o apelo ao consumo multiplica a extrao de recursos naturais. Outro fator que contribui para o desequilbrio ambiental a diferena de riqueza entre as naes. Nos pases pobres, o ritmo de crescimento demogrfico e da urbanizao no acompanhado pela expanso de infraestrutura, principalmente da rede de saneamento bsico. Uma boa parcela dos dejetos humanos, lixo urbano e industrial lanado sem tratamento na atmosfera, nas guas e no solo. A necessidade de aumentar a exportao para sustentar o desenvolvimento interno estimula tanto a extrao dos recursos minerais como a expanso da agricultura sobre novas reas e com isso cresce o desmatamento e a superexplorao da terra. O acmulo de detritos domsticos e industriais no biodegradveis na atmosfera, no solo e nas guas continentais e martimas provoca danos ao meio ambiente e doenas nos seres humanos. As substncias no biodegradveis esto presentes em plsticos, produtos de limpeza, tintas e solventes, pesticidas e componentes de produtos eletroeletrnicos. As fraldas descartveis demoram12Universidade do Estado do Par - UEPA

UNIDADE 1 - A Biosfera

mais de 50 anos para se decompor e alguns plsticos de 4 a 5 sculos. Ao longo do tempo, os mares, os oceanos e manguezais vm servindo de depsito para esses resduos. Entre todas as formas de lixo, os resduos radioativos so os mais perigosos. Substncias radiativas so usadas como combustveis em usinas atmicas de gerao de energia eltrica, em motores de submarinos nucleares e em equipamentos mdico-hospitalares. Mesmo depois de esgotarem sua capacidade como combustvel, no podem ser destrudos e permanecem em atividade durante milhares at milhes de anos. Despejos no mar e na atmosfera so proibidos desde 1983, mas at hoje no existem formas absolutamente seguras de armazenar essas substncias. As mais recomendadas so tambores ou recipientes impermeveis de concreto, prova de radiao, que devem ser enterrados em reas geologicamente estveis. Essas precaues, no entanto, nem sempre so cumpridas, e os vazamentos so frequentes. Em contato com o meio ambiente, as substncias radiativas interferem diretamente nos tomos e molculas que formam os tecidos vivos e provocam alteraes genticas e doenas graves. Enfim, o presente texto objetiva evidenciar que, apesar de todo o esforo desenvolvido em prol da conscientizao da preservao do meio ambiente, a existncia e cumprimento de legislao forte que penaliza, apresenta-se como a razo imperativa para implantao de aes de natureza saneadora ou preventiva do ecossistema. A qumica tem uma grande participao nos dias atuais com os inmeros produtos fundamentais humanidade. A sua presena pode ser destacada desde diversos combustveis aos mais complexos medicamentos. Porm a produo qumica tambm gera inmeras inconvenincias que se manifestam atravs da crescente presso sobre as indstrias qumicas nos ltimos anos, tanto pela sociedade civil como pelas autoridades governamentais. Hoje, o grande desafio aprimorar os processos produtivos com o objetivo de gerar cada vez menos resduos e efluentes txicos, bem como gases indesejveis. Agora que voc j conheceu as inter-relaes entre os componentes da biosfera (atmosfera, hidrosfera, litosfera), que tal refletir sobre o que a qumica tem a ver com tudo isso, realizando a atividade 1?

Atividade 1Produo de texto compartilhado Leia novamente o texto da Unidade I, em dupla, destaque os fenmenos qumicos que ocorrem no planeta terra, e descreva o que voc sabe sobre a qumica referente a estes fenmenos. Elabore um texto apresentando sua compreenso sobre o tema em questo. Leia, estude e confronte as opinies com seus colegas. Forma de entrega: via ambiente virtual de aprendizagem.

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Caro aluno! Chegamos ao trmino da primeira unidade e esperamos que voc esteja habilitado a fazer reflexes sobre a importncia do equilbrio mantido entre a vida e o meio, tendo em vista as trocas realizadas entre os componentes da biosfera (atmosfera, hidrosfera e litosfera). Vimos nesta unidade a origem e constituio da biosfera. Observamos qual o papel do Sol no equilbrio e vida do planeta e como o ser humano interfere neste equilbrio. Na unidade II, que vir a seguir, adentraremos nas questes especficas. Trataremos acerca dos fenmenos que ocorrem na atmosfera, o comportamento dos gases que a constituem e os fenmenos qumicos que regem o funcionamento da atmosfera do planeta.

Sntese da Unidade

BAIRD,C. Qumica ambiental. 2. ed. Porto Alegre: Ed. Brookman, 2002. BACKER,D. F. Finalidades dos projetos regionais e desenvolvimento local. Revista Redes, Santa Cruz do Sul, v. 3 n. 2 p. 71 85, 1995. OPARIN, A. A origem da vida. So Paulo: Global Editora, 1982. PERIDICOS: Qumica Nova na Escola - Cadernos Temticos. SILVA, J. J. R. F. Introduo qumica da vida. Lisboa: Universidade de Lisboa, 1985. TEIXEIRA, W; TOLEDO, M. C. De; FAIRCHILD, T. R.; TAIOLI, F. Decifrando a Terra. So Paulo: Oficina de Textos, 2001.

REFERNCIAS

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Unidade 2

POLUIO DA BIOSFERA - ATMOSFERA

Esta unidade discutir, atravs da qumica da atmosfera, as mudanas globais (o aquecimento global, depleo da camada de oznio na estratosfera e a chuva cida) que esto ocorrendo devido a aes antrpicas. O estudo qumico da atmosfera busca compreender este sistema e suas interaes com os outros compartimentos do planeta, em termos de seus constituintes naturais e artificialmente introduzidos. A compreenso envolve a identificao das fontes de emisso, das formas de transporte e remoo e, tambm, o acompanhamento das transformaes e concentraes em escalas locais, regionais e globais (MARTINS, 2003). Para isso, faz-se necessrio conhecermos algumas teorias da qumica como o comportamento dos gases e equilbrio qumico. Esperamos que, ao final deste estudo, voc esteja apto a: Conhecer a composio da atmosfera para compreender os processos que ocorrem na atmosfera, bem como que impactos as atividades antrpicas causam no equilbrio estabelecido na natureza. Conhecer o comportamento da matria no estado gasoso a fim de compreender os processos que ocorrem na atmosfera. Relacionar a constituio e os processos ocorridos na atmosfera com as atividades dos seres vivos atravs dos ciclos biogeoqumicos. Identificar os principais impactos ao meio ambiente e sade dos seres humanos causados pelas atividades da sociedade moderna. COMPOSIO DA ATMOSFERA Atualmente, a atmosfera terrestre se constitui em uma fina camada de gases ao redor do Planeta e tem a funo de proteger a terra e todas as formas de vida de radiaes altamente energticas oriundas do espao csmico e eletromagntica do sol. Segundo Mozeto (2001) 99% da massa de toda a atmosfera est confinada aproximadamente dentro dos primeiros 30 km. A composio da atmosfera pode ser resumida na Figura 2.1. Apesar de muitas outras substncias estarem presentes em quantidades traos, N2 e O2 constituem aproximadamente 99% Fig. 2.1 Composio da atmosfera terrestre (MOZETO, 2001). de toda a atmosfera. Ver Tabela a seguir.

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TEMAS DE QUMICA II: AMBIENTE E SADETABElA 2.1 ComPoSio Do Ar SECo Prximo Do NvEl Do mAr E SUAS rESPECTivAS mASSAS molArES Componente Nitrognio (N2) Oxignio (O2) Argnio (Ar) Nenio (Ne) Hlio (He) Hidrognio (H2) Xennio (Xe) Dixido de carbono (CO2) Metano (CH4) xido nitroso (N2O) Oznio (O3) Partculas Clorofluorcarbono (CFC)(frao em quantidade de matria)

Teor

massa molar 28,013 31,998 39,948 20,183 4,003 2,0159 131,30 44,0099 16,043 44,0128 47,997 -

0,78084 0,20948 0,00934 0,00001818 0,00000524 0,0000005 0,000000087 0,000375 0,0000017 0,0000005 0,00000004 0,00000001 0,0000000002Fonte: ROCHA, 2009.

Obs:Partes por milho (ppm) uma unidade de concentrao usada quando se fala de constituintes em traos de substncias. Quando aplicada a solues aquosas, partes por milho refere-se a gramas de substncia por milhes de gramas de soluo. Para gases, ppm refere-se parte por volume em unidades de 1 milho de volume do todo. Como veremos mais adiante, o volume (V) de um gs proporcional quantidade de gs (n), (PV = nRT), ou seja, a frao de volume e a frao em quantidade de matria so as mesmas. Portanto, 1 ppm de um constituinte gasoso corresponde a 1 mol do constituinte em 1 milho de mols de gs total (quantidade de material gasoso multiplicada por 106).

EXEMPLO 2.1 1 - A Tabela 2.1 relaciona a frao em quantidade de matria de O2 na atmosfera como 0,20948. Qual ser sua concentrao em ppm?Resposta: concentrao = 0,20948 x 106 = 209480 ppm. (BROWN, 2005 Pg. 653).

EXERCCIO 2.1 1 - A Tabela 2.1 relaciona a frao em quantidade de matria de CO2 na atmosfera como 0,000375. Qual ser sua concentrao em ppm?

Para os dois principais componentes da atmosfera, N2 e O2, a molcula de N2 possui uma ligao tripla, enquanto o O2 possui dupla ligao, e essa forte ligao de N2 (941 kJ/mol) responsvel pela sua baixa reatividade salve apenas sob condies extremas. A energia de ligao do O2 (495 kJ/mol) muito mais baixa e o torna muito mais reativo que N2 (BROWN, 2005). Quando comparamos a constituio atual da atmosfera terrestre de16


UNIDADE 2 - A Poluio da Biosfera - Atmosfera

planetas sem vida (Quadro 2.1), verificamos que a atmosfera desempenha importante funo na composio constante da mesma. O O2 nela contida emitido via processo fotossinttico e consumido no processo respiratrio de acordo com as equaes abaixo. Assim, no possvel dizer se a vida sustenta a atmosfera, ou se atmosfera a sustenta.

Fotossntese: H2O + CO2 + Energia Respirao: (CH2O)n + O2

(CH2O)n + O2

CO2 + H2O + Energia

Mesmo quando comparamos a atual atmosfera com a de pocas passadas, em que ainda no havia vida, percebemos o quanto nosso planeta de hoje depende da inter-relao vida/atmosfera/litosfera/hidrosfera (ROCHA, 2009).QUADro 2.1 ComPArAo ENTrE ComPoSio DE ATmoSfErAS E CoNDiES AmBiENTAiS DE PlANETAS Composio da atmosfera e condies ambientais Gases Dixido de carbono (%) Nitrognio (%) oxignio (%) Argnio (%) Temperatura da superfcie (C) Presso total (1 atm) vnus 98 1,9 0,1 477 90 Terra sem vida 98 1,9 0,1 290 50 60Fonte: ROCHA, 2009.

marte 95 2,7 0,13 2 - 53 0064

Terra como ela 0,03 79 21 1 13 1,0

Do Quadro 2.1 podemos observar que todos os gases da atmosfera terrestre so compostos unicamente de elementos no-metlicos. Alm disso, todos tm frmulas moleculares simples e, portanto, massas molares baixas. Os gases diferem significativamente dos slidos e lquidos em vrios aspectos. Por exemplo, um gs expande-se espontaneamente para encher um recipiente, dessa forma, o volume de um gs se iguala ao volume do recipiente que o contm. Os gases tambm so altamente compressveis; quando se aplica presso a um gs, seu volume diminui rapidamente (Figura 2.2). No ar que respiramos, as molculas ocupam apenas aproximadamente 0,1% do volume total, com o restante sendo espao vazio(BROWN, 2005). Para sentirmos como essas propriedades presso e volume de gases, lquidos e slidos se relacionam, Fig. 2.2 Efeito da presso sobre o volume de um gs. vamos fazer o seguinte experimento.


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Atividade 1MATERIAIS 3 seringas gua Congelador MTODO 1 - Na primeira seringa coloque o mbolo na metade da capacidade da seringa. 2 - Tampe a extremidade da seringa com o dedo e exera presso no mbolo at o limite mximo. Solte o mbolo. O que voc percebeu? 3 - Encha a seringa de gua at a metade da capacidade, exera presso sobre o mbolo da seringa. Solte. O que percebe? 4 - Encha a seringa de gua e coloque no congelador at congelar. Retire do congelador e exera presso sobre o mbolo da seringa. Solte. O que observou? QUESTES NORTEADORAS 1 - Que relao existe entre o volume e a presso exercida sobre um gs, lquido e slido? 2 - O que pode ser observado sobre a compressibilidade e expansibilidade de gases, lquidos e slidos?

2.1 PROPRIEDADES DE GS IDEAL Devido s fracas foras de interao entre as partculas no estado gasoso, estes sofrem expanso e compresso fcil. Observe o quadro 2.2 a seguir:

QUADro 2.2 rElAo ENTrE AS DENSiDADES E volUmES DE ACorDo Com oS ESTADoS fSiCoS DA mATriA

Estado fsico Slido lquido Gasoso

Densidade, g/ml 0,917 0,998 0,000588

volume, ml/mol 19,6 18,0 30,600

As molculas gasosas podem ser comprimidas em volumes menores: isto significa que possvel aumentar a densidade de um gs com aumento de presso; As molculas gasosas exercem presso nas paredes dos recipientes que os contm: isto significa que necessrio exercer presso para confinar um gs;18



As molculas gasosas sofrem expanso sem limite: isto significa que amostras gasosas ocupam completamente e uniformemente o volume de seu recipiente; As molculas gasosas se difundem umas com outras: isto significa que amostras de gases distintas, num mesmo recipiente, se misturam completamente sendo difcil uma separao fsica da mistura gasosa; As propriedades e as quantidades das molculas gasosas podem ser definidas em termos de trs variveis interdependentes: volume (V), presso (P) e temperatura (T). 2.2.VOLUME DE UM GS O volume de um gs o espao disponvel para que as molculas possam circular livremente, ou seja, o volume do recipiente que os contm. A unidade padro metro cbico (SI = m3), ou seja, o volume de um cubo que tem um metro em cada aresta. Transformaes: 1 m3 = 10 dm3 = 103 L 1 dm3 = 10-3m3 = 1 L = 103 cm3 = 103 mL 1 cm3 = 10-3 dm3 = 10-3 L

2.3 PRESSO DE UM GS Presso transmite a ideia de fora, um empurro que tende a mover algo em determinada direo (BROWN, 2005). Assim, presso uma fora por unidade de rea, ou seja, a fora total exercida sobre uma superfcie dividida pela rea desta superfcie: P = F / A. Todas as partculas no Planeta Terra, microscpicas e macroscpicas, sofrem fora atrativa em direo ao centro da Terra. Por exemplo, quando uma manga cai da mangueira, a fora atrativa gravitacional faz com que ela seja impelida com rapidez em direo Terra, aumentando sua velocidade medida que a energia potencial convertida em energia cintica. Os tomos e molculas na atmosfera tambm sofrem acelerao gravitacional, entretanto, como as partculas gasosas tm massas to reduzidas, as respectivas energias trmicas de movimento superam as foras gravitacionais, de forma que a atmosfera no se acumula em uma camada fina na superfcie da Terra. Contudo, a gravidade age e faz com que a atmosfera, como um todo, pressione a superfcie, criando o que chamamos presso atmosfrica (BROWN, 2005). A unidade padro Pascal (SI =Pa), onde, Pa corresponde um Newton por metro quadrada de rea: 1 Pa = 1 N.m-2


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TEMAS DE QUMICA II: AMBIENTE E SADETrANSformAES Nome Pascal Bar Atmosfera Torr milmetro de mercrio libra por polegada quadrada Smbolo 1 Pa 1 bar 1 atm 1 torr 1 mmHg 1 psi valor 1 N m-2, 1 Kg m s-2 105 Pa 101325 Pa = 101,325 KPa = 760 torr = 760 mmHg (101 325/760) Pa = 133,32 Pa =1 mmHg 133,322 Pa 6,894 757 ... kPa

2.4 TEMPERATURA DE UM GS A temperatura uma grandeza que mede o grau de agitao das partculas (tomos ou molculas que constituem um corpo). Um aumento na temperatura provoca aumento da Energia Cintica das molculas que, por sua vez, aumenta o grau de agitao molecular. As escalas de temperatura normalmente empregadas em estudos cientficos so Celsius e Kelvin. A escala Kelvin a escala de temperatura no Sistema Internacional (SI). O zero nessa escala a temperatura mais baixa que se pode atingir, 273,15C, uma temperatura conhecida como zero absoluto. As escalas Kelvin e Celsius relacionam-se da seguinte forma:

K = C + 273,15Devido s dificuldades para explicar os fenmenos que ocorrem num gs real, usam-se modelos simplificados para estudar as propriedades macroscpicas dos gases. Portanto o modelo do gs ideal usado para tentarmos entender o comportamento de um gs real, porm em condies especficas. 2.5. AS LEIS EMPRICAS DO GS IDEAL 2.5.1 Lei de Boyle: relao presso volume (transformao isotrmica) O qumico britnico Robert Boyle (1627 1691) investigou inicialmente a relao entre a presso de um gs e seu volume: se a presso de um gs diminui, ele se expande de modo inverso; quando um volume de gs comprimido, a presso do gs aumenta (Figura 2.3). A lei de Boyle, que resume essas observaes, afirma que o volume de certa quantidade fixa de um gs mantido a temperatura constante inversamente proporcional presso:

Fig. 2.3 observao da relao presso volume.

ouUniversidade do Estado do Par - UEPA

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TABElA 2.2 rElAES ENTrE PrESSo E volUmE Presso Pascal Bar 5 40,0 200 10 20,0 200 15 13,3 200 20 10,0 200 30 6,7 200 40 5,0 200 50 4,0 200

O valor da constante depende da temperatura e da quantidade de gs na atmosfera. Observe que, na Tabela 2.2, para uma variao de estado qualquer, tem-se: PiVi = constante e PfVf = constante Portanto:

Fig. 2.4 - Grfico Presso x VolumeVoc sabia que

O grfico acima (Figura 2.4) ilustra um experimento onde o volume de o ato de respirar um gs foi medido isotermicamente (a temperatura constante) em funo e expirar, uma aplicao dieta da da presso. O conjunto de todos os pontos experimentais (apenas dois esto lei de Boyle? ilustrados) d uma curva que indica um decrscimo exponencial da presso com o aumento do volume. O volume dos pulmes controlado pela caixa torcica (que pode expandir e contrair) e pelo diafragma (um msculo abaixo dos pulmes). A inalao ocorre quando a caixa torcica se expande e o diafragma move-se para baixo. As duas aes aumentam o volume dos pulmes, diminuindo assim a presso do gs dentro dos pulmes. A presso atmosfrica, dessa forma, fora o ar para dentro dos pulmes at que a presso dos pulmes se iguale presso atmosfrica. A expirao reverte o processo: a caixa torcica contrai-se e o diafragma move-se para cima, ambos diminuindo o volume dos pulmes. O ar forado para fora dos pulmes pelo aumento da presso. Na suco, tambm usamos o diafragma para aumentar o volume do pulmo e diminuir sua presso interna. S que, agora, usamos esta diferena de presso com a presso externa para sugar alguma coisa, tal como um suco com um canudo. Como est Fig. 2.5 - Da simulao da suco de um suco por diferena de presso. ilustrado na Figura 2.5 ao lado.Universidade Aberta do Brasil - UAB

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EXERCCIO 2.2 A cada 10 m de profundidade a presso sobre um mergulhador aumenta de 1 atm com relao presso atmosfrica. Sabendo-se disso, qual seria o volume de 1 litro de ar (comportando-se como um gs ideal) inspirado pelo mergulhador ao nvel do mar, quando ele estivesse a 30 m de profundidade? 2.5.2 Lei de Charles: Relao temperatura x volume (transformao isobrica) Jacques Charles, l por meados do sculo XVIII, atravs de seus experimentos, estabeleceu uma relao precisa entre o volume e a temperatura dos gases. Esta relao tambm pode ser observada por este experimento.

Atividade 2ATIVIDADE EXPERIMENTAL 2.2 MATERIAIS 1 balo (de festa) 2 bacias (ou panelas) gua gelada (gua + gelo) gua quente MTODO 1- Encha o balo (de festa) at metade de sua capacidade. 2- Depois, prepare duas bacias (ou panelas) com gua gelada (gua+gelo) e gua quente (fervente, cuidado!). 3- A seguir, mergulhe o balo na gua gelada. Observe seu volume. 4- Repentinamente, transfira o balo para o recipiente com gua quente. QUESTO NORTEADORA 1 - Que relao existe entre o volume e a temperatura do ar no interior de um balo?

Fig. 2.6 - Simulao da observao da lei de Charles da variao do volume com a temperatura.

A lei de Charles diz que o volume de um gs diretamente proporcional temperatura, conforme se v na Figura 2.6, desde que a presso do gs seja constante, ou seja, a transformao isobrica. V T (P,n so constantes) ou

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Para dois estados qualquer, tem-se:

Portanto:

A Figura 2.7 ilustra um experimento onde o volume de um gs foi medido em funo da temperatura, em 3 presses diferentes (A, B e C). Cada coleo de pontos forma uma reta; so chamadas de curvas isobricas de Charles para o gs ideal.

Fig. 2.7 - Grfico da variao Volume x Temperatura

EXERCCIO 2.3 Um balo de hlio tem volume igual a 22,5 litros ao nvel do mar, onde a presso 0,951 atm e, a temperatura, 18C. O balo resfriado sob presso constante at a temperatura de 15C. Qual o volume do balo nessas condies?

2.5.3 Lei de Gay-Lussac: Relao temperatura x presso (transformao isovolumtrica) Uma expresso semelhante resume a variao da presso de uma amostra de gs que aquecido em um recipiente de volume fixo. A presso varia linearmente com a temperatura.


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EXERCCIOS 2.4 Um tanque rgido de oxignio colocado no exterior de um edifcio tem a presso de 20 atm s 6 horas da manh, quando a temperatura 10C. Qual ser a presso no tanque s 18 horas, quando a temperatura chega a 30C?

2.5.4 1 Lei Geral dos Gases: Combinao da Lei do Boyle e da Lei do Charles Lei de Boyle: Lei e Charles: Combinando as duas leis, tem-se:

Portanto: Ou seja: Ou seja: = constante. Para dois estados distintos qualquer, tem-se:

EXERCCIO 2.5 1-Um balo cheio tem volume de 6,0 L no nvel do mar (1,0 atm) e incitado a subir at que a presso seja 0,45 atm. Durante a subida a temperatura do gs cai de 22C para 21C. Calcule o volume do balo a essa altitude final.

2.5.5 Lei de Avogadro: Relao Volume x quantidade de matria (nmero de partculas) O cientista italiano Lorenzo Romano Amadeo Carlo Avogadro apresentou, no incio do sculo XIX, uma explicao para vrias observaes experimentais nas quais todos os gases se expandiam na mesma proporo, independente do tipo de gs estudado. Ele concluiu que todos os gases, a uma certa temperatura e presso, deveriam conter o mesmo nmero de partculas por unidade de volume. Essas observaes resultaram na Lei de Avogadro:24Universidade do Estado do Par - UEPA


Quanto maior for o nmero de moles do gs, maior ser o seu volume, nas mesmas T e P. Esse fenmeno observado ao encher um balo de festa: a cada soprada, mais gs entra no balo e este fica mais cheio com volume maior. Ento, a Lei de Avogadro diz que: V n (P,T constante) Assim: ou Onde n o nmero de moles do gs. Em outras palavras,

Volumes iguais de gases, medidos na mesma presso e temperatura, contm o mesmo nmero de partculas.

Hoje, a lei de Avogadro expressa em termos de uma quantidade fixa de unidades chamada Mol. Assim como uma dzia contm doze unidades, um mol contm o nmero de Avogadro que equivale 6,022x1023 unidades, quer sejam ons, tomos, molculas etc. O volume molar de um gs perfeito nas condies normais ambientais de temperatura e presso (CNATP), isto 298,15 K e 1 bar (exatamente 105 Pa) vale 24,790 L mol-1. Uma definio mais antiga de CNTP era 0oC e 1 atm, e nestas condies o volume molar de um gs perfeito 22,414 L mol-1.

EXERCCIO 2.6 Suponha que haja uma amostra de gs em um recipiente com um pisto mvel como o da ilustrao. (a) redesenhe o recipiente para mostrar como ele ficar se a temperatura do gs for aumentada de 300 K para 500 K enquanto a presso for mantida constante. (b) redesenhe o recipiente para mostrar como ele ficar se a presso no pisto aumentada de 1,0 atm para 2,0 atm enquanto a temperatura for mantida constante.

2.5.6 2 Lei Geral dos Gases: Equao de Estado do Gs Ideal A combinao dos resultados de Boyle, Charles, Gay-Lussac e Avogadro resulta numa equao simples que parece reger o comportamento padro de um gs ideal: Lei de Boyle: Lei de Charles: Lei de Avogadro: (constante n, T) (constante n, P) (constante P, T)


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Se chamarmos R a constante de proporcionalidade, obtemos:

R a constante dos gases. Seu valor determinado experimentalmente medindo o volume de um gs a vrias presses. O valor de R obtido pelo coeficiente linear de pV/nT vs. p. Isto ocorre porque um gs real tem comportamento de gs perfeito quando a presso muito baixa. A expresso nos permite prever qualquer estado possvel para um gs, pois as variveis (p, V, n, T) so interdependentes e obedecem funo:

O valor e a unidade de R dependem das unidades de P, V, n e T. A temperatura deve sempre ser expressa como temperatura absoluta. Os quadros 2.3, a seguir, mostram os valores numricos de R em vrias unidades e converso de unidades.r = 0,082 atm.l/mol.K r = 62,3 mmHg.l/mol.K r = 8,314 Pa.m3/mol.K r = 8,314 J/mol.K r = 2 cal/mol.K Pa.m3 = 1 J Pa = N/m2 J = N.m 1 J = 0,2388 cal

Quadro 2.3 Valores numricos da constante dos gases e converso de unidades.

Reordenando, tem-se:

EXERCCIO 2.7 Suponha que temos 1 mol de um gs ideal a 1 atm e 25C (298,15 K). De acordo com equao do gs ideal, qual ser o volume do gs? 2.5.7 Lei de Dalton: Presses Parciais A composio da atmosfera foi exaustivamente estudada por John Dalton, em 1800. A partir desses estudos, Dalton compreendeu como se comportavam misturas de gases, e fez uma observao importante: cada gs um vcuo para o outro gs, isto , os gases, numa mistura, se comportam independentemente como se estivessem sozinhos naquele recipiente. Este fato ficou conhecido como a Lei de Dalton das misturas de gases. De acordo com26Universidade do Estado do Par - UEPA


seu postulado, a presso total de uma mistura gasosa a soma das presses parciais de cada um dos gases. Assim:

Por exemplo, assumindo que o ar atmosfrico tenha 79% de moles de nitrognio, 20% de moles de oxignio e 1% de moles de argnio, temos a seguinte relao em presses:

Como cada gs na mistura comporta-se de forma independente, segundo Dalton, se designarmos de n1, n2, n3 a quantidade de matria de cada um dos gases na mistura e de nt a quantidade de matria total do gs (nt = n1 + n2 + n3 + ...), podemos escrever:; ....

Se considerarmos que todos os gases na mistura esto mesma temperatura e ocupam o mesmo volume, consequentemente:

Isto significa que, mantendo a temperatura e volume constantes, a presso total determinada pela quantidade de matria total gasosa presente, independentemente de esse total ser apenas uma substncia ou uma mistura. Presso Parcial e Fraes em Quantidade de Matria A partir da Lei de Dalton de presso parcial, possvel deduzir as fraes de cada gs em quantidade de matria. Como cada gs em uma mistura comporta-se de forma independente, podemos relacionar a quantidade de certo gs em uma mistura com sua presso parcial. Portanto, podemos descrever

A razo n1/nt chamada frao em quantidade de matria (frao molar) do gs 1, que representamos por X1. Assim,


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Portanto a presso parcial de um gs em uma mistura sua frao molar multiplicada pela presso total. Assim, por exemplo, para o ar atmosfrico que contm 79% de nitrognio, 20% de oxignio e 1% de argnio, tem-se:

Isto significa que a presso exercida pelo gs oxignio na atmosfera de cerca de 0,2 atm.

EXERCCIO 2.8 - Presso Parcial Uma mistura gasosa feita de 6,00 g de O2 e 9,00 g de CH4 colocada em recipiente de 15,0 L a 0C. Qual a presso parcial de cada gs e a presso total no recipiente? EXERCCIO 2.9 - Presso parcial e Frao Molar Um estudo dos efeitos de certos gases no crescimento de plantas requer uma atmosfera sinttica composta de 1,5% mol de CO2, 18,0% mol de O2 e 80,5% mol de Ar. a) Calcule a presso parcial de O2 na mistura se a presso atmosfrica total for 745 torr. b) Se a atmosfera para ser mantida em um espao de 120 L a 295 K, qual a quantidade de matria de O2 necessria? Dados: 1,5% mol CO2 XCO2 = 0,015; 18,0% mol O2 XO2 = 0,18;80,5% mol Ar XAr = 0,805

2.6 PRINCIPAIS REGIES DA ATMOSFERA A atmosfera terrestre, tnue envelope de ar que envolve nosso planeta, tem papel fundamental para os seres vivos, pois protege a Terra e todas as suas formas de vida, de um ambiente muito hostil que o espao csmico, mantendo as condies ideais na superfcie para a criao e manuteno da vida. Ela o compartimento de deposio e acumulao de Fig. 2.8 Principais regies da atmosfera. partculas e gases como o CO2 e O2, oriundo dos processos respiratrio e fotossinttico de plantas terrestres e aquticas bem como das macro e micro fitas e dos compostos nitrogenados essenciais vida na Terra. Ela tambm um componente fundamental do Ciclo Hidrolgico, pois age como um gigantesco condensador que transporta gua dos oceanos aos continentes (MOZETO, 2001). Geralmente a atmosfera descrita em termos de camadas, as quais so caracterizadas por gradientes especficos de temperatura. A temperatura da atmosfera varia de modo complexo conforme a altitude e a presso diminuem28Universidade do Estado do Par - UEPA


de maneira regular com o aumento da elevao. Veja Figuras 2.9 e 2.10:

Fig. 2.9 e 2.10 - As principais regies da atmosfera terrestre em funo da temperatura e presso (MOZETO, 2001).

A atmosfera dividida em quatro regies baseadas no perfil de temperatura: troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera. 2.6.1 Troposfera A camada mais baixa da atmosfera, exatamente acima da superfcie, chama-se troposfera. A regio tem 15 km de espessura nas regies prximas Universidade Aberta do Brasil - UAB

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linha do equador (onde o ar mais quente) e cerca de 8 km nos polos do planeta (onde o ar muito frio e ocupa menos espao) e contm 85% de toda massa de atmosfera. uma camada rica em oxignio (um elemento crucial vida na Terra) e onde acontece a maior parte das reaes qumicas, os processos climticos e meteorolgicos (MARTINS, 2003). O aquecimento do planeta provoca a movimentao desta camada de ar, o que resulta nas correntes de ar e na formao de nuvens que provocam chuvas e descargas eltricas. Ao contrrio do que parece, a troposfera no composta apenas por gases, tambm existe material slido nela disperso: poeira em suspenso, plen, microrganismos, etc. H ainda uma poro lquida dispersa, composta de gotculas resultantes da condensao, principalmente do vapor dgua na forma de nuvens, neblinas e chuvas (ROCHA, 2009). A troposfera proporciona o ambiente bsico para a sobrevivncia dos organismos aerbicos, os quais utilizam oxignio livre (O2) em sua respirao. A maioria dos estudos sobre poluio do ar se refere regio da troposfera, pois nela que ocorrem as intensas movimentaes e transformaes dos componentes gasosos e das partculas emitidas pelos oceanos e continentes, ou seja, hidrosfera e litosfera (ROCHA, 2009). Os compostos e partculas presentes na atmosfera provm de fontes naturais (vulces e a superfcie do mar) e antrpicas (homem). Atravs de umas sequncias de reaes qumicas, ciclo biogeoqumico, essas partculas sofrem transformaes no ecossistema terrestre. Logo acima da tropopausa (uma fina camada de temperatura relativamente constante cima da troposfera), a 15 km, existe uma fronteira invisvel da atmosfera chamada estratosfera. Nesta camada, o ar estvel e seco e praticamente no h fenmenos climticos. A estratosfera abriga a camada de oznio que reduz a quantidade de radiao solar letal que chega superfcie da Terra. Na estratosfera, a temperatura obedece a um gradiente positivo, resultante da energia de reaes fotoqumicas envolvendo o oznio e oxignio molecular. Logo acima da estratopausa, a cerca de 50 km, fica a mesosfera, a camada que nos protege dos meteoritos mortais. Quando um meteoro entra na mesosfera, ele comprime o ar frente e o meteoro esquenta e queima; da Terra so vistos como estrelas cadentes. A mesosfera apresenta um gradiente negativo de temperatura, devido diminuio da concentrao de espcies que absorvem energia, especialmente o oznio. Aps a mesopausa, a cerca de 90 km, surge a termosfera, a ltima camada, que apresenta variao positiva de temperatura, pois existem espcies inicas e atmicas que absorvem radiao de alta energia, elevando a temperatura a cerca de 1.200C (MARTINS, 2003). 2.6.2 A Qumica da Atmosfera No mdulo Temas de qumica I Universo e Vida, vimos que provavelmente, a atmosfera atual do planeta Terra nem sempre foi a mesma. Enquanto a condio atual a de uma atmosfera oxidante, inicialmente ela teria sido redutora, sem a presena do oxignio (MARTINS, 2003). A Terra primitiva era muito vulcnica e durante milhes de anos esses vulces expeliram enormes quantidades de gases (dixido de carbono, metano e vapor, mesclada com cido sulfdrico) que se acumularam para formar uma atmosfera redutora. Somente h cerca de 4 bilhes de anos as bactrias primitivas, ao absorverem a luz solar, promoveram o processo de fotossntese (pela quebra30Universidade do Estado do Par - UEPA


das ligaes qumicas da gua) liberando algo que mudaria completamente a atmosfera do planeta Terra, o oxignio. O oxignio foi e ainda fundamental na formao do escudo protetor vital na Terra, a camada de oznio, bem como do dixido de carbono (expelido pelos vulces primrdios), necessria para a manuteno da temperatura da Terra. Sem a presena de dixido de carbono natural, a temperatura do planeta cairia para 10C 15C negativos. Hoje, esse mesmo dixido de carbono, liberado em excesso pela queima dos combustveis fsseis, responsvel pelo aquecimento global. 2.6.2.1 Ciclos Biogeoqumicos As altas concentraes de nitrognio e oxignio na atmosfera, por exemplo, devem-se regenerao contnua dessas substncias por organismos vivos (atividade microbiana e fotossntese, respectivamente). Na ausncia da biota, a atmosfera do planeta teria concentraes de gs carbnico muito maiores do que as atuais, ao passo que o oxignio seria apenas uma substncia em concentrao em nvel de traos. Os processos de transporte e deposio so responsveis pelo retorno de parte dessas substncias aos solos, oceanos e corpos dgua, enquanto reaes na atmosfera produzem as transformaes qumicas e fsicas, convertendo-as em novas espcies. Com uma boa aproximao, pode-se assumir que o planeta um sistema fechado em termos de fluxos de massa, sem entrada ou sada de material. A seguir, sero apresentados os ciclos para alguns dos principais elementos qumicos constituintes da atmosfera. Ciclo do carbono O ciclo do carbono fundamental para os seres vivos que vivem sobre a superfcie terrestre porque a grande maioria dos compostos qumicos existentes na atmosfera tem carbono na sua composio (protenas, carboidratos e gorduras). O transporte de carbono entre os vrios compartimentos (atmosfera, hidrosfera e litosfera) feito, principalmente, na forma de CO2, carbonato (CO32-) ou bicarbonato (HCO3-). As principais reaes envolvidas so Fotossntese e Respirao. A principal fonte de absoro de carbono so as florestas e os oceanos (fitoplnctons), atravs da fotossntese. A maior parte do carbono absorvido usada pelas plantas durante seu ciclo de vida. CO2 + H2O + Energia carbono fixado (biomassa) + O2(g) CO2(g)+ H2O

O2 + respirao seres vivos


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Dessa maneira, parte do CO2, fixado segundo o processo de fotossntese, reemitida segundo o processo de respirao. O restante ser armazenado, na forma de biomassa, pelas folhas, caules, razes, Essa biomassa, ao ser consumida, como alimento, por organismos heterotrficos, parcialmente reconvertida de forma imediata a CO2 pela respirao e, posteriormente, por processos de decomposio da matria orgnica, atravs da morte de animais e plantas e ataque por microrganismos (MARTINS, 2003). A principal rota de transferncia do CO2 para o fundo dos oceanos pela sedimentao de carbonato de clcio insolvel, CaCO3, na forma de organismos formadores de exoesqueletos, como conchas, moluscos, etc. Sua decomposio, ao longo de milhes de anos, leva formao de depsitos ricos em hidrocarbonetos (petrleo) e carvo (MARTINS, 2003). O balano de massa no fluxo de CO2 entre a atmosfera e o oceano resultado de um desequilbrio nas concentraes desse gs entre os dois compartimentos, de acordo com a localizao. Assim, em regies prximas ao equador, as guas quentes favorecem uma transferncia maior do oceano para a atmosfera, enquanto em mdias e altas latitudes predomina o processo inverso, em que CO2 da atmosfera dissolvido nas guas frias (MARTINS, 2003). Enquanto apenas as plantas e os oceanos absorvem o carbono, existem vrias fontes de sua emisso: indstrias, queima de combustveis fsseis, rvores queimadas, os incndios, atividades vulcnicas e os seres vivos em geral, ser humano e animal. A Figura 2.11 ilustra as principais rotas de troca estabelecidas para o CO2, em processos biogeoqumicos envolvendo os trs compartimentos. O Ciclo do nitrognio Muitos compostos contendo nitrognio so encontrados na natureza, pois este elemento Fig. 2.11 - Ciclo do Carbono (INDRIUNAS, 2007). qumico possui grande capacidade de fazer ligaes qumicas, com nmeros de oxidao variando de (3) a (+5). o mais abundante elemento qumico na atmosfera terrestre, contribuindo com aproximadamente 78% de sua composio. A molcula de N2 extremamente estvel e quase no desempenha papel qumico importante. Os constituintes minoritrios, tais como xido nitroso (N2O), xido ntrico (NO), dixido de nitrognio (NO2), cido ntrico (HNO3) e amnia (NH3) so quimicamente reativos e tm importantes papis nos problemas ambientais contemporneos, incluindo a formao e precipitao cida (chuva cida), poluio atmosfrica (smog fotoqumico), aerossis atmosfricos e a depleo da camada de oznio. Os xidos de nitrognio, NO e NO2, so rapidamente interconversveis e existem em equilbrio dinmico. O nitrognio essencial vida, sendo necessrio, por exemplo, na constituio das protenas e do DNA que contm as informaes genticas. A atmosfera o principal reservatrio de nitrognio, sob forma de NO nitrognio essencial vida, sendo necessrio, por exemplo, na constituio32Universidade do Estado do Par - UEPA


das protenas e do DNA que contm as informaes genticas. A atmosfera o principal reservatrio de nitrognio, sob forma de N2, embora as plantas e animais no possam utiliz-lo diretamente. Os animais necessitam do nitrognio incorporado em compostos orgnicos (aminocidos e protenas), enquanto que plantas e algas necessitam do nitrognio sob a forma de ons nitrato (NO3-) ou ons amnio (NH4+). O ciclo do nitrognio, ilustrado na Figura 2.12, um dos mais importantes e complexos dos ciclos globais. Este ciclo descreve um processo dinmico de intercmbio de nitrognio entre a atmosfera, a matria orgnica e compostos inorgnicos.

Fig. 2.12 - O ciclo global do Nitrognio (MARTINS, 2003).

Qualquer processo que resulte na transformao do N2 da atmosfera em outros compostos de nitrognio denominado de fixao de nitrognio. Um grande nmero de bactrias pode converter o nitrognio gasoso a amnia (NH3) ou ons amnio (NH4+), por meio de reduo catalisada por enzimas, em processo conhecido como fixao biolgica de nitrognio que representa 90% de toda a fixao de origem natural. Para o ecossistema terrestre, na ausncia de fertilizantes, a fixao biolgica de N2 a fonte mais importante de nitrognio para os organismos vivos (MARTINS, 2003). Adicionalmente, o nitrognio gasoso pode ser convertido em amnia e espcies oxidadas, por meio de reao provocada por descargas de relmpagos, em processo chamado de fixao atmosfrica de nitrognio. Atividades antrpicas, como por exemplo, a produo de amnia ou cido ntrico, tambm contribuem para a fixao de nitrognio em processo denominado de fixao industrial de nitrognio (MARTINS, 2003). A amnia principalmente um produto da atividade biolgica, bem como um subproduto da agricultura e do processo de produo de excrementos por seres humanos e animais. O uso de fertilizantes inorgnicos e a produo de excremento, particularmente em reas onde h concentrao ou confinamento de animais, aceleram a emisso de amnia pelo solo, devido ao aumento das concentraes de NH3 e NH4+. O nitrognio tambm pode ser oxidado a nitritos (NO2-) ou nitratos (NO3-) num processo chamado de nitrificao, o qual facilitado pela presena de certasUniversidade Aberta do Brasil - UAB

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bactrias. As bactrias, plantas e algas convertem os compostos inorgnicos de nitrognio a espcies orgnicas, tornando o nitrognio disponvel na cadeia ecolgica alimentar. Nos animais, em processo de respirao celular, os compostos orgnicos so transformados, retornam ao solo como excremento e podem ser absorvidos por plantas. Quando os organismos morrem, certas bactrias so capazes de converter os compostos orgnicos contendo nitrognio em nitrato, amnia ou, por uma srie de reaes qumicas, em nitrognio molecular, quando, ento, retorna atmosfera. A desnitrificao ocorre em toda a superfcie terrestre, num processo que reduz o nitrognio desde o estado de oxidao +5 (NO3-) at zero (N2). Esse ciclo fechado com o retorno do N2 atmosfera. O Ciclo do Enxofre Muitos compostos contendo enxofre so encontrados na natureza, pois este elemento possui grande capacidade de fazer ligaes qumicas, com nmeros de oxidao variando de (2) a (+6). O ciclo global do enxofre compreende um conjunto de transformaes entre as espcies de enxofre presentes na litosfera, hidrosfera, biosfera e atmosfera (Figura 2.13).

Fig. 2.13 - Ciclo global do Enxofre (MARTINS, 2003).

Compostos reduzidos de enxofre, principalmente o sulfeto de hidrognio (H2S), so formados por atividade bacteriana anaerbica, no processo de oxidao de carbono orgnico a dixido de carbono e reduo de sulfato (SO42) a sulfeto (S2-). Parte deste, ao reagir com ons metlicos, fixado na litosfera, na forma de rochas e sedimentos. Na presena de oxignio, bactrias aerbicas tambm podem produzir sulfeto, pela decomposio de matria biolgica contendo enxofre. Compostos reduzidos de enxofre como o sulfeto de hidrognio (H2S), o dimetilsulfeto (CH3SCH3 ou DMS), o sulfeto de carbonila (COS) e o dissulfeto de carbono (CS2) so volteis e rapidamente escapam para a atmosfera. Grandes quantidades de enxofre so lanadas na atmosfera na forma de dixido de enxofre, um dos mais comuns poluentes atmosfricos. As principais fontes de emisso deste gs so a queima de combustveis fsseis e atividades34Universidade do Estado do Par - UEPA


industriais (refino de petrleo, metalurgia, cimento), enquanto que a atividade vulcnica a principal fonte associada a emisses naturais de SO2. A queima da biomassa tambm tem sido considerada uma fonte importante de enxofre atmosfrico, principalmente nas regies tropicais. O trixido de enxofre (SO3) formado reage rapidamente com a gua, tanto na fase gasosa quanto pela interao com gotas atmosfricas, produzindo cido sulfrico (H2SO4): SO3 + H2O H2SO4

Ao lado dos processos naturais, atividades humanas tais como indstrias, agricultura e pecuria, aglomerao em grandes cidades, todas dependentes de grandes quantidades de variados insumos e energia, tambm interferem significativamente nos diversos ciclos, ocasionando transformaes na composio e na concentrao dos diversos constituintes da atmosfera. 2.6.3 Poluio da Atmosfera A Revoluo Industrial do sculo XVIII trouxe vrios avanos tecnolgicos fundamentais ao aumento de produo que, por um lado, abasteceu a crescente populao mundial, mas, por outro lado, gerou uma alterao significativa no meio ambiente terrestre. Com o avano da ocupao humana sobre os mais diversos ecossistemas, vrias tm sido as formas de impacto sobre o equilbrio na atmosfera e na biosfera em geral. Poluir significa introduo de substncias que podem interferir, de forma negativa, no equilbrio do meio ambiente, causando danos na saude humana, nos seres vivos e no ecossitema ali presente. Os agentes de poluio, chamados poluentes, podem ser de natureza qumica, gentica, ou sob a forma de energia (luz, calor ou radiao). Todos os mecanismos criados pela atmosfera para se manter em equilbrio esto sofrendo intensas interferncias humanas. O sculo XX foi marcado por grandes transformaes da qualidade do ar, no somente das grandes metrpoles e de regies fortemente industrializadas, mas tambm de reas remotas. O equilbrio dinmico entre os processos fsicos, qumicos e biolgicos no planeta tem sofrido mudanas como resultado da queima de quantidades cada vez maiores de combustveis fsseis e a consequente liberao de grandes quantidades de gs carbnico para a atmosfera. O quadro 2.4 (a seguir) apresenta a concentrao e fontes de alguns gases poluentes provenientes de aes antrpicas e naturais.


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TEMAS DE QUMICA II: AMBIENTE E SADEQUADro 2.4 foNTES E CoNCENTrAES TPiCAS DE AlGUNS CoNSTiTUiNTES ATmoSfriCoS. Constituinte secundrio Dixido de carbono, Co2 fontes Decomposio de matria orgnica; liberao dos oceanos; combusto de combustveis fsseis Decomposio de matria orgnica; processos industriais; combusto de combustveis fsseis Decomposio de matria orgnica; vazamento de gs natural Descargas eltricas, combusto interna de motores; combusto de matria orgnica Descargas eltricas; difuso da estratosfera; nvoa fotoqumica Gases vulcnicos. Incndios em florestas; ao de bactrias; combusto de combustveis fsseis; processos industriaisFonte: BROWN, 2005.

Concentraes tpicas 375 ppm por toda a troposfera

monxido de carbono, Co

0,05 ppm em ar no-poludo; 1 50 ppm em reas de trafego urbano 1,77 ppm por toda a troposfera

metano, CH4 oxido ntrico, No

0,01 ppm em ar no-poludo; 0,2 ppm na nevoa

oznio, o3 Dixido de enxofre, So2

0 a 0,01 ppm em ar nopoludo; 0,5 ppm na nevoa fotoqumica 0 a 0,01 ppm em ar nopoludo; 0,1 2 ppm em ambiente urbano poludo

Os seres vivos e o meio ambiente estabelecem uma interao dinmica, porm muito frgil. O grande dilema das sociedades modernas conciliar o desenvolvimento tecnolgico e a carncia cada vez maior dos recursos naturais. A tentativa de harmonizao comeou na dcada de 1980, quando se tornaram muito mais visveis e preocupantes as consequncias da profunda interferncia do homem na atmosfera: o efeito estufa, as chuvas cidas, as ilhas de calornas cidades, o buraco da camada do oznio, a grande extenso dos desmatamentos etc. 2.6.3.1 Efeito Estufa (reaes de combusto e aquecimento global) O efeito estufa (Figura 2.14) refere-se a uma conteno de calor (representada pelo redirecionamento de radiao Infravermelha (IV) superfcie terrestre), promovido pelas molculas dos chamados gases estufa (ver Quadro 2.4).

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Fig. 2.14 - Esquema de funcionamento do efeito estufa Fonte: http://ciencia.hsw.uol.com.br/sol.htm



O Sol emite vasta quantidade de energia que viaja pelo espao na forma de radiao de ondas curtas. Apenas uma pequena proporo dessa energia chega superfcie e aquece a atmosfera diretamente pela radiao solar juntamente com a radiao terrestre que o planeta mesmo emite. Enquanto os gases estufa permitem a passagem das ondas curtas que escapam ao planeta, eles absorvem as ondas longas da Terra, aquecendo o planeta de baixo para cima (LAMB, 2008). Esses gases (CO2, H2O, O3, CH4, NOxe SOx) absorvem a radiao infravermelha emitida pela Terra e adquirem movimentos de vibrao, rotao e translao, e a energia adquirida provoca um fluxo de calor para o ambiente, aquecendo a Terra (MOZETO, 2001). A Figura 2.15 mostra um modelo que inclui o que acontece nas molculas dos gases ao absorverem essa radiao.

Fig. 2.15 Modelo do efeito estufa ilustrando a interao da radiao com a matria (MOZETO, 2001).

Vale ressaltar que, ao absorver a radiao da superfcie da Terra, o vapor de gua atmosfrico e dixido de carbono natural ajudam na manuteno da temperatura uniforme, suportvel na superfcie da Terra. Sem o efeito estufa natural, a temperatura mdia na superfcie do globo ficaria abaixo de -15 C e o nosso planeta seria uma esfera rica em gua no estado slido e certamente no propcio ao aparecimento de vida, pelo menos, vida da forma que conhecemos. Ou seja, o efeito estufa bem dosado benfico e essencial para a manuteno da vida na Terra. Como o vapor de gua absorve radiao infravermelha to fortemente, esta tem papel importante na manuteno da temperatura atmosfrica noite quando a superfcie emite radiao para o espao e no recebe energia do Sol. O dixido de carbono tem papel secundrio, porm muito importante na manuteno da temperatura da superfcie. A queima de combustveis fsseis no mundo, principalmente carvo e derivados de petrleo (gasolina), em grande escala, na era moderna, tem aumentado visivelmente o nvel de dixido de carbono da atmosfera e esse aumento j est interferindo no clima da Terra e pode ser responsvel pelo aumento observado na media global da temperatura do ar de 0,3 a 0,6C durante o ltimo sculo (BROWN, 2005).


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Reaes de combusto Combusto a queima de um material com o oxignio do ar e foi a primeira forma de energia descoberta pelo ser humano das cavernas: processo esse que libera como produto, gases e partculas. Combustvel + ar [O2 e N2] gases [NO + SO2 + CO2] + [partculas]

As partculas formadas so de vrios tamanhos, as maiores so visveis na forma de fumaa. Os gases formados so invisveis aos olhos humanos e inodoros ou se encontram em quantidades insuficientes para ser detectados pelo odor, ou seja, no fcil detect-los diretamente pelos rgos sensoriais. Para prever quais so os possveis gases emitidos durante um processo de combusto, faz-se necessrio conhecer a composio do material combustvel. Um material combustvel formado de carbono, hidrognio e oxignio; quando queimado, produz dixido de carbono e gua como principais produtos. Se existir enxofre, ser tambm formado dixido de enxofre. Entretanto, NOx no seguem essa regra e so formados em todas as combustes, independentemente da composio do material queimado. As partculas formadas so de vrios tamanhos, as maiores so visveis na forma de fumaa. Os gases formados so invisveis aos olhos humanos e inodoros ou se encontram em quantidades insuficientes para ser detectados pelo odor, ou seja, no fcil detect-los diretamente pelos rgos sensoriais. Para prever quais so os possveis gases emitidos durante um processo de combusto, faz-se necessrio conhecer a composio do material combustvel. Um material combustvel formado de carbono, hidrognio e oxignio; quando queimado, produz dixido de carbono e gua como principais produtos. Se existir enxofre, ser tambm formado dixido de enxofre. Entretanto, NOx no seguem essa regra e so formados em todas as combustes, independentemente da composio do material queimado. A combusto, ou queima, de um combustvel em atmosfera de oxignio acompanhada pela liberao de calor e luz. Em todas as reaes parte ou todos os elementos reagentes transformam-se em compostos contendo oxignio, ou seja, em xidos. No caso dos hidrocarbonetos e dos compostos que s contm carbono, hidrognio e oxignio, os produtos de combusto completa so sempre dixido de carbono e gua. Veja, por exemplo, a queima do octano (C8H18), componente da gasolina: 2 C8H18(g) + 25 O2(g) 16 CO2(g) + 18 H2O(l)

Para obter as relaes quantitativas do material queimado, necessrio balancear a equao qumica do processo (clculos estequiomtricos). Veja por exemplo, a combusto de metano, CH4: CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)

Uma molcula de CH4 e duas molculas de O2 reagem para dar uma molcula de CO2 e duas molculas de H2O. Qualquer enunciado semelhante, envolvendo mltiplos destes nmeros de molculas, tambm est correto. Por exemplo, 6,02 x 1023 molculas de CH4 reagem com 2 x 6,02 x 1023 molculas de O2 para dar 6,02 x 1023 molculas de CO2 e 2 x 6,02 x 1023 molculas de H2O. Este ltimo enunciado tambm pode ser formulado em terminologia molar:38Universidade do Estado do Par - UEPA


um mol de CH4 reage com dois mols de O2 para dar um mol de CO2 e dois mols de H2O. Como os mols se convertem em massas, tambm pode ter interpretao da equao qumica em termos de massas. As massas molares do CH4, O2, CO2 e H2O, so respectivamente, 16, 32, 44 e 18 g/mol. Ento, 16 g de CH4 reagem com 2 x 32 g de O2 para dar 44 g de CO2 e 2 x 18 g de H2O. Resumidamente: CO2 + 2 H2O CH4 + 2 O2 1 molcula de CH4+ 2 molculas de O2 1 molcula de CO2 + 2 molculas de H2O (interpretao molecular) 1 mol de CH4 + 2 mol de O2 1 mol de CO2 + 2 mol de H2O ( i n t e r p re ta o molar) 16 g de CH4 + 2 x 32 g de O2 44 g de CO2 + 2 x 18 g de H2O ( i n t e r p re ta o mssica) EXERCCIO 2.10 Quantos gramas de dixido de carbono so produzidos ao se queimar 16 g de metano?

No contexto dos gases estufa, apesar de CO2 receber a maioria da ateno, outros gases tm contribuio igual no efeito estufa. Entre eles o metano, CH4. Este gs tem, por molcula, um poder de absoro da radiao Infravermelha, cerca de 21 vezes maior que o CO2 (BROWN, 2005). No entanto, como o CO2 encontra-se numa concentrao muito maior na atmosfera, seu efeito como gs estufa tambm maior (MOZETO, 2001). O metano formado em processos biolgicos que ocorrem em ambientes com pouco oxignio. As assim chamadas bactrias anaerbicas que florescem nos pntanos e aterros sanitrios, prximas das razes do arroz e no sistema digestivo dos animais ruminantes, produzem metano. Ele tambm escapa para a atmosfera durante a extrao e transporte do gs natural. Tem sido estimado que os efeitos de CH4 na mudana do clima so no mnimo um tero, ou talvez at mesmo metade, to grandes quanto os de CO2. Dada essa grande contribuio, redues importantes do efeito estufa poderiam ser atingidas pela reduo das emisses de metano ou capturando-se as emisses para uso como um combustvel (BROWN, 2005).


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Atividade 3Leia o texto disponvel e escreva uma dissertao englobando os conhecimentos adquiridos at aqui nesta unidade. Faa pesquisas nos livros para ampliar os conhecimentos. Voc pode ter como referncia as seguintes questes. 1. Efeito estufa o mesmo que aquecimento global? Justifique, com seus conhecimentos cientficos, como ocorrem esses fenmenos. 2. O Protocolo de Kyoto um acordo assinado por 189 naes, em 1997, na cidade japonesa de Kyoto, com o compromisso de reduzir as emisses dos gases que provocam o efeito estufa em 5%, comparados aos nveis de 1990. O Protocolo entrou em vigor em 1005 e suas metas deveriam ser atingidas entre 2008 e 2012. Apenas as naes consideradas desenvolvidas foram obrigadas a seguir regras impostas pelo Protocolo. Vale lembrar que a intensidade da reduo de emisso de gases poluentes, principalmente o CO2, varia de pas para pas. Que motivos teriam os Estados Unidos para no aderirem ao Tratado de Kyoto? 3. Que medidas o governo brasileiro poderia adotar para diminuir a emisso de gs carbnico no pas?TEXTO: A Terra em alerta. Veja.com, Abril. P. 313. V1. Disponvel em: http://veja.abril.com.br/idade/exclusivo/ aquecimento_global/contexto_int.html. Acesso em: 20 jul. 2009.

Monxido de Carbono Alm do CO2, o monxido de carbono (CO) tambm formado pelas reaes de combusto, porm este ltimo produzido quando a quantidade de oxignio no suficiente para reagir com o material contendo carbono disponvel, o que chamamos de combusto incompleta. uma molcula relativamente no-reativa e, por isso, no apresenta risco para a vegetao ou materiais. Entretanto ele um gs venenoso para os seres humanos por possui uma habilidade singular de se ligar muito fortemente hemoglobina, a protena que contm ferro nas clulas de glbulos vermelhos e transporta oxignio no sangue. A hemoglobina possui quatro cadeias proteicas com o ferro situado no centro de um plano de quatro tomos de nitrognio. Uma molcula de hemoglobina nos pulmes captura uma molcula de O2, que reage com o tomo de ferro para formar uma espcie chamada oxiemoglobina. medida que o sangue circula, a molcula de oxignio ser liberada nos tecidos quando for necessria para o metabolismo das clulas, isto , para os processos qumicos ocorridos na clula (BROWN, 2005). Da mesma forma que O2, CO tambm se liga muito fortemente ao ferro na hemoglobina. O complexo chamado carboxihemoglobina e representada como COHb. A afinidade da hemoglobina humana por CO aproximadamente 210 vezes maior que por O2 e por isso uma quantidade relativamente pequena de CO pode inativar uma frao substancial da hemoglobina no sangue para o transporte de oxignio. Uma exposio prolongada a altas concentraes de CO permite que o nvel de COHb aumente, o que, por sua vez, deixa menos stios de Hb aos quais O2 possa se ligar. Se o nvel de COHb torna-se muito alto,40Universidade do Estado do Par - UEPA


o transporte de oxignio efetivamente desligado, podendo causar morte. Como j vimos, outros compostos tambm so formados nas reaes de combusto, como os xidos de enxofre, SOx e de nitrognio, NOx, os quais geram graves problemas ambientais, como a chuva cida. Vale ressaltar ainda que os processos de transporte e deposio so responsveis pelo retorno de parte dessas substncias aos solos, oceanos e corpos dgua, enquanto reaes na atmosfera produzem as transformaes qumicas e fsicas, convertendo-as em novas espcies. O excesso dos gases estufa na atmosfera pode causar um aumento na temperatura global e, segundo Martins (2003), um aumento da temperatura do planeta de 1 a 2C seriam suficientes para causar enormes danos como, por exemplo, o aumento no nvel do mar com a inundao de reas costeiras e cidades, resultando em modificaes graves na geografia econmica. 2.6.3.2 Chuva cida O termo chuva cida foi primeiramente usado em 1872, por Robert Angus Smith, um qumico e climatologista ingls. Ele usou o termo para descrever a precipitao cida em Manchester (Inglaterra) logo aps a revoluo Industrial. A escala para medir a acidez de um meio chama-se pH (potencial hidrogeninica). uma medida que indica a quantidade de ons H+ dissolvidos no meio. Uma gua neutra tem pH igual a 7 e a gua da chuva, por exemplo, torna-se naturalmente cida pela dissoluo de dixido de carbono da atmosfera com pH (no equilbrio) igual a 5,6: CO2 + H2O H2CO3 (Instvel)

Assim, qualquer chuva com pH abaixo de 5,6 considerada excessivamente cida.Escala de pH

Em anlise qualitativa, o pH pode ser determinado por: Mtodo colorimtrico: se baseia no uso de reagentes que mudam de cor conforme a concentrao dos ons hidrognios. (reagentes: cidos ou bases orgnicos fracos) Papel de tornassol (corante vegetal): Solues cidas (vermelho) e Solues bsicas (azul).41



Qumica da chuva

Fig. 2.16 Mecanismo da chuva cida

Dentre os principais elementos causadores da chuva cida, destacamse os compostos contendo enxofre e nitrognio. As fontes desse elemento na atmosfera podem ser naturais ou antropognicos. cido sulfrico A concentrao de compostos contendo enxofre na atmosfera resultante de fontes naturais (decomposio de matria orgnica por bactrias e atividades vulcnicas) muito pequena se comparada s concentraes encontradas em ambientes urbanos e industriais como resultado de atividades humanas. As combustes do carvo e do petrleo respondem por aproximadamente 80% de SO2 total liberado nos pases industrializados (BROWN, 2005). O dixido de enxofre (SO2) atmosfrico pode ser oxidado a SO3, como mostra a equao: SO2(g) + O2(g) SO3(g)

Quando SO3 se dissolve na gua, produz cido sulfrico, H2SO4, um cido muito forte, conforme equao: SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq)

O cido sulfrico tambm produzido diretamente como subproduto da queima de combustveis fsseis como a gasolina, carvo e leo diesel. Muitos efeitos ambientais atribudos a SO2 se devem a sua transformao em H2SO4. A presena de SO2 na atmosfera e o cido sulfrico que ele produz resultam no fenmeno da chuva cida. Os xidos de nitrognio, que formam cido ntrico, tambm so contribuintes importantes da chuva cida (BROWN, 2005). cido ntrico Durante a queima de combustvel no motor do carro ou em fornos industriais, a temperatura muito elevada, fornecendo a energia necessria para que ocorra a formao do monxido de nitrognio de forma eficiente, de42Universidade do Estado do Par - UEPA


acordo com a reao entre os gases nitrognio e oxignio. N2 (g) + O2 (g) 2

NO (g) (em altas temperaturas)

O monxido de nitrognio pode ser oxidado na atmosfera e formar o dixido de nitrognio (NO2) que tem cor marrom, conforme reao: 2 NO + O2 2 NO2 O dixido de nitrognio pode sofrer novas reaes e formar o cido ntrico (HNO3), que contribui para aumentar a acidez da gua da chuva. 2 NO2 + H2O HNO2 + HNO3 2 HNO2 + O2 2 HNO3

Atividade 4Leia o texto que ser disponibilizado e escreva uma dissertao englobando os conhecimentos adquiridos at esta unidade. Faa pesquisas nos livros para ampliar os conhecimentos. Voc pode ter como referncia as seguintes questes. 1. Voc e seus colegas j observaram, em seu dia a dia, evidncias da incidncia da chuva cida em sua cidade ou regio? Quais? 2. Relacione alguns geradores de poluentes atmosfricos na regio em que voc vive que possam contribuir para a formao da chuva cida. 3. possvel a incidncia de chuva cida na sua cidade, mesmo que ela no seja um polo industrial nem apresente trnsito intenso em suas ruas? Quais seriam as possveis consequncias para o meio ambiente e a sade da populao? Justifique sua resposta. 4. Apresente propostas que possam amenizar a incidncia de chuvas cidas.

2.6.4 Equilbrio qumico Equilbrio qumico o ponto em que as concentraes de todas as espcies reagentes e produtos so constantes. Na realidade, o equilbrio dinmico porque a reao direta e inversa ocorre a mesma velocidade nos dois sentidos. Veja, por exemplo, a reao de duas molculas de dixido de nitrognio para formar tetrxido de dinitrognio que, por sua vez, se decompem novamente para reproduzir dixido de nitrognio:

Essa reao caracteriza o estado de equilbrio dinmico, momento emUniversidade Aberta do Brasil - UAB

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que a velocidade da reao de formao de N2O4 (reao direta) igual velocidade de decomposio deste composto (reao inversa). Segundo a Lei de Ao das Massas de Guldberg e Waage (1867): A velocidade de uma reao qumica elementar, temperatura constante, proporcional a concentraes molares das substncias reagentes elevados aos expoentes dos seus respectivos coeficientes. Desta forma, se considerarmos a reao de formao do N2O4 a partir de NO2, podemos escrever as leis de velocidade em funo das concentraes molares dos reagentes dos processos diretos e inversos, como segue: Reao direta 2 NO2(g) N2O4(g) Lei de velocidade:V1 = K1 [N O2]2

Reao inversa N2O4(g) 2 NO2(g) Lei de velocidade:V2 - K2 [N2O2]

Na situao de equilbrio qumico, a reao direta e a inversa no cessam (estacionria), elas continuam ocorrendo, mas mesma velocidade.

A uma temperatura fixa, quando a reao estiver em equilbrio, as concentraes de N2O4 e NO2 obedecem a esta relao (ver Figuras 2.17).

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Generalizando, para a reao:

O valor da constante de equilbrio permite avaliar a tendncia que uma determinada transformao qumica tem para ocorrer. EXERCCIOS 2.11 1 - Em determinadas condies de temperatura e presso, existe 0,5 mol/L de N2O4 em equilbrio com 2 mol/L de NO2, segundo a equao N2O4 2 NO2. Qual o valor da constante de equilbrio, nas condies do experimento?

2.6.4.1 Relao Kc e KP Geralmente, as constantes de equilbrio de reaes gasosas so calculadas a partir das presses parciais das substncias e no dos valores das suas concentraes. A relao

Fig. 2.16 Mecanismo da chuva cida

entre Kc e KP

Onde n igual soma dos nmeros de mols dos produtos menos a soma do nmero de mols dos reagentes na equao balanceada. EXERCCIO 2.12 Sabendo-se que no equilbrio: H2(g) + I2(g) 2 HI(g) 1. A presso parcial do hidrognio 0,22 atm, a do iodo 0,22 atm e a do gs ioddrico 1,56 atm, qual o valor de Kp e Kc?


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2.6.4.2 Deslocamento do Equilbrio Como j sabemos, quando a velocidade da reao direta e a da inversa se igualam, um processo qumico entra em equilbrio. A partir desse instante as concentraes de reagentes e produtos permanecem constantes. Contudo, possvel alterar um equilbrio qumico por meio de algumas aes externas, ou seja, possvel que um observador execute algumas aes que provoquem alterao das concentraes de reagentes e produtos. O princpio qumico que permite prever qual ser o efeito de uma perturbao sobre um equilbrio chama-se princpio de LE CHATELIER (1888), que diz:

Um estado de equilbrio qumico mantido enquanto no se alteram as condies do sistema. Quando se modifica algum parmetro, como por exemplo, a presso, a temperatura ou a concentrao de alguma das espcies em equilbrio, este se desloca em certa direo (para os reagentes ou para os produtos) at atingir um novo estado de equilbrio.

Considere a reao: N2O4(g) 2 NO2(g)

Se adicionar mais N2O4 ao sistema em equilbrio, a [N2O4 ] aumenta e o equilbrio desloca para direita (consumindo a concentrao a mais) e se, por outro lado, retirar N2O4 do sistema, parte do NO2 se decompe para repor o N2O4 que foi retirado e o equilbrio desloca para esquerda com a diminuio da [ NO2].

Raciocinando de um modo anlogo, concluiramos que:

De um modo geral, podemos afirmar, ento, que: Aumentando a concentrao de um participante, o equilbrio se desloca na direo do seu consumo. Diminuindo a concentrao de um participante, o equilbrio se desloca na direo da sua formao.46



SAIBA MAIS Desconforto altitude e deslocamento de equilbrio (TITO; CANTO, 1999): Sair de uma cidade litornea e ir a uma cidade situada a grande altitude (exemplo, La Paz, na Bolvia, que fica a 3.636 metros de altitude) acarreta alguns desconfortos fisicos (dores de cabea, nuseas e fadiga intensa etc). Em algumas situaes, certas pessoas podem at mesmo entrar em coma e morrer caso no recebam tratamento rapido. A razo que, no sangue, as moleculas de hemoglobina e de gs oxignio dissolvido esto em equilbrio com a oxiemoglobina (hemoglobina combinada com o oxignio). Essa ltima a responsvel pela oxigenao do organismo, essencial vida. O equilbrio pode ser representado por: Hemoglobina + oxignio oxiemoglobina

Nas localidades de maior altitude h uma menor concentrao de oxignio no ar e, consequentemente, o equilbrio acima deslocado para a esquerda. Isso reduz a quantidade de oxiemoglobina presente no sangue, acarretando os problemas mencionados. Aps algum tempo de permanncia no local de maior altitude, o organismo comea a se aclimatar, produzindo mais hemoglobina. Isso desloca o equilbrio para a direita, aumentando a concentrao de oxiemoglobina. O aumento de presso desloca o equilbrio para o lado que ocupa menos espao (isto , com menor volume de gs ou nmero de mols), e a diminuio da presso, para o lado que ocupa maior espao (isto , com maior volume de gs ou maior nmero de mols).

Aumento na presso desloca o equilbrio para o lado em que h menor volume de gs ou menor nmero de mols. Diminuir a presso desloca o equilbrio para o lado em que h maior volume de gs ou maior nmero de mols. Efeito da temperatura O aumento da temperatura provoca aumento do valor da constante de equilbrio da reao, Kc para reaes endotrmicas ( H > 0) e diminuio para reaes exotrmicas ( H < 0). N2O4 2 NO2 ( H = 58,1 kJ)47



Um Aumento na temperatura desloca o equilbrio no sentido endotrmico (sentido que absorve calor). Uma Diminuio na temperatura desloca o equilbrio no sentido exotrmico (sentido que libera calor). 2.6.5 Alternativas para controle da poluio atmosfrica Catalisadores: No so considerados no princpio de Le Chatelier. Aumentam a velocidade de reao. Com a ao do catalisador, ele abrevia o tempo necessrio para que o sistema alcance o equilbrio.

O Catalisador apenas altera o mecanismo da reao. Tanto a reao direta como a inversa so catalisadas na mesma extenso formando substncias intermedirias que imediatamente regeneram o catalisador.

Figura 2.18 Energia de ativao de reao qumica.

Como evitar a Chuva cida: Conservar energia Transporte coletivo Utilizao do metr Utilizar fontes de energia menos poluentes Purificao dos escapamentos dos veculos Utilizar combustveis com baixo teor de enxofre.

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EXERCCIO 2.13 No seguinte sistema em equilbrio qumico, diga se a reao direta (flecha 1) uma reao endotrmica ou exotrmica. O que acontece com o sistema quando se aumenta a temperatura?

Prejuzos para o homem: 1. Sade: A chuva cida libera metais txicos que estavam no solo. Esses metais podem alcanar rios e serem utilizados pelo homem, causando srios problemas de sade. 2. Prdios, casas, arquiteturas: A chuva cida tambm ajuda a corroer os materiais (Figura 2.19) usados nas construes como casas, edifcios e arquitetura, destruindo represas, turbinas hidreltricas etc.

Fig. 2.19 Esttua antes e depois da ao da chuva cida.

Reaes envolvidas nas consequncias da chuva cida: CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O(l) HCO3-(aq)+H+ (aq) Ca2+(aq) + 2 HCO3- (aq)

CO2(aq) + H2O(l)

Prejuzos para o meio ambiente: 1. Lagos: Os lagos podem ser os mais prejudicados com o efeito da chuva cida, pois podem ficar totalmente acidificados, perdendo toda a sua vida. 2. Desmatamentos: A chuva cida faz clareiras, matando duas ou trs rvores. Imagine uma floresta com muitas rvores. Agora duas rvores so atingidas pela chuva cida e morrem, e assim vo indo at formar uma clareira. Essas reaes podem destruir florestas.Universidade Aberta do Brasil - UAB

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3. Agricultura: A chuva cida afeta as plantaes quase do mesmo jeito que afeta as florestas, s que as plantaes so destrudas mais rapidamente, j que as plantas so do mesmo tamanho, tendo assim mais reas atingidas.

Atividade 5Leia o texto disponvel e escreva uma dissertao englob

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