Química ambiental 4

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QUÍMICA AMBIENTAL
QUÍMICA DA ATMOSFERA
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Olá!
Ao final desta aula, o aluno será capaz de:
1. Conhecer as substâncias químicas que formam as camadas da atmosfera, principalmente a estratosfera e a
troposfera;
2. Conhecer as alterações devido à introdução antrópica de compostos químicos que geram impactos no meio
ambiente trazendo consequências ao clima como aumento do efeito estufa;
3. Identificar os principais gases do Efeito Estufa introduzidos na atmosfera que causam um grande desequilíbrio
ambiental.
1 Atmosfera
A atmosfera é uma fina camada que envolve alguns planetas. Ela é composta basicamente de gases e poeiras que
estão retidos pela ação da força da gravidade. Ela tem como função proteger a Terra e suas formas de vida contra
as radiações. A atmosfera filtra os raios UV que estão abaixo de 300nm, somente os raios do espectro visível,
infravermelho e as ondas de rádio é que são absorvidos pela Terra.
A atmosfera num todo representa 0,0001% da massa total da Terra e constitui-se por diversos componentes,
dentre os quais destacamos: nitrogênio (N ) com 78%, o oxigênio (0 ) com 21% e argônio (Ar) com 1%.
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A atmosfera terrestre pode ser dividida em regiões de acordo com a sua temperatura e altitude. Essas camadas
são a Troposfera, que é a camada mais baixa da atmosfera; a estratosfera, a mesosfera e a termosfera, camadas
intermediárias; e a exosfera, a camada mais alta.
É importante saber que independentemente de o ar estar limpo ou não, podem ocorrer muitas reações
ambientalmente importantes. Essa mistura não é reativa na baixa atmosfera mesmo em temperaturas e
intensidade solar diferentes das encontradas na superfície da Terra. Se a temperatura terrestre fosse maior do
que é hoje, os oceanos se evaporariam e mudaria a composição da atmosfera com uma grande quantidade de
vapor de água.
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2 Troposfera
É onde acontecem as condições climáticas. O prefixo “tropo” significa mudança: todas as alterações nessa
camada resultam no que chamamos de clima. Essa camada se estende até 20km do solo, no equador, e a
aproximadamente 10km nos polos. A troposfera contém o ar que respiramos e é onde se produz a chuva e a
neve. Contém cerca de 90% de toda a massa do ar e praticamente todo o vapor d’água.
As substâncias químicas que constituem a troposfera em maior quantidade são nitrogênio molecular, oxigênio,
água e dióxido de carbono, os de menores quantidades são hidrogênio, metano e amônio. É nessa camada que se
concentram os poluentes químicos lançados principalmente pelas atividades industriais.
3 Mesosfera
É a camada intermediária. O topo da mesosfera fica a 80km do solo. É muito fria, com temperaturas abaixo de
-100ºC negativos. A parte inferior é mais quente porque absorve calor da estratosfera.
4 Estratosfera
Chega a 50km do solo. A temperatura vai de 60ºC negativos na base ao ponto de congelamento na parte de cima.
Sua composição é denominada pelo O3 e quase 90% do ozônio na atmosfera esta na estratosfera.
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Este gás é formado pelo 0 quando sofre ação do sol. Além do 0 existe a presença do Óxido de Azoto (N 0), o
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Metano (CH ), os clorofluorcarbonetos (CFC), denominados gases de longa duração de vida. E os gases que são
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liberados pelas fortes erupções vulcânicas, como: Ácidos de Halogênio HCl e HF, Dióxido de Enxofre SO , que
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oxidado gera o ácido sulfúrico H SO responsável pela formação das nuvens.
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5 Termosfera
O topo da termosfera/ionosfera fica a cerca de 450km acima da Terra. É a camada mais quente, uma vez que as
raras moléculas de ar absorvem a radiação do Sol. As temperaturas no topo chegam a 2.000ºC. Esta camada é
composta por íons, ou seja, moléculas ionizadas, carregadas eletricamente. É nessa camada que as ondas de
rádio são refletidas de volta para a Terra, nesta camada ocorre a destruição de meteoros provenientes do espaço,
é o que observamos com as estrelas cadentes.
A camada superior da atmosfera fica a mais ou menos 900km acima da Terra. O ar é muito rarefeito e as
moléculas de gás vão constantemente para o espaço, logo sua intensidade é ínfima. Por isso, é chamada de
exosfera (parte externa da atmosfera). A exosfera é onde se produzem as belíssimas auroras boreais.
A atmosfera age como um condensador que transporta água dos oceanos aos continentes, por isso constitui-se
em um componente fundamental do Ciclo Hidrológico.
6 Poluição do ar
São as alterações sofridas na atmosfera natural, que passam diretamente ou indiretamente a causar danos à
saúde do homem e ao meio ambiente. A seguir, um quadro que mostra as diferentes concentrações da
composição do ar normal e poluído.
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7 Efeito Estufa
A radiação solar atravessa a atmosfera. A maior parte da radiação é absorvida pela superfície terrestre e aquece-
a. Uma parte da radiação solar é refletida pela terra e volta ao espaço.
Parte da radiação infravermelha (calor) é refletida pela superfície da terra, mas não regressa ao espaço, pois é
refletida de novo e absorvida pela camada de gases de estufa que envolve o planeta. O efeito é o aquecimento da
superfície terrestre e da atmosfera.
Esse efeito estufa não é um vilão, é um fenômeno natural. Ele é responsável pela temperatura da Terra e, sem ele,
ela seria muito baixa. Estima-se que se não houvesse esses gases a temperatura estaria em torno de -32ºC a -23
ºC.
O grande problema do efeito estufa é o aumento dos gases denominados gases do efeito estufa (GEE). Esses
gases estão aumentando em função da grande emissão atmosférica oriunda dos processos industriais antrópicos.
CFCs e do ozônio.
Nos últimos tempos, houve um aumento muito grande do CO2, devido ao grande número de emissores desse gás
provenientes da ação do homem sobre o planeta. Os principais responsáveis pelo aumento dos níveis de CO2 no
planeta são os utilitários, as indústrias, o transporte e o comércio, além do metano, dos óxidos nitrosos, dos CFCs
e do ozônio.
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8 Gases do efeito estufa
Com o crescimento desacelerado da humanidade, aumenta cada vez mais a preocupação com o destino dos
compostos químicos naturais e com o risco de exposição dos compostos criados pelo homem que acabam
gerando poluição.
Os gases do efeito estufa têm aumentado nos últimos 30 anos em 70%. Esses gases têm uma grande
consequência no meio ambiente. Em função do aumento, os GEE levam a uma grande alteração no planeta como:
alterações climáticas, menor número de dias frios e noites mais quentes, ondas de calor letais, chuvas pesadas,
enchentes e secas devastadoras, aumento na força de tempestades e furacões, derretimento de geleiras, aumento
do nível dos oceanos.
Acesse a Biblioteca Virtual para conhecer os principais gases do efeito estufa.
9 O ciclo de Água
Conhecido também por ciclo hidrológico, é o fenômeno no qual a água circula entre a superfície da terra e a
atmosfera.
O sol fornece energia para elevar a água dos rios e oceanos para a atmosfera, um processo chamado evaporação.
Essa água é condensada e cai por um processo denominado precipitação, chegando aos rios e aos oceanos e se
infiltrando nas rochas, solos etc.
A água que se infiltra pelo solo está sujeita ao processo de evaporação, dito anteriormente, ou pelo processo de
evapotranspiração, no qual os vegetais a absorvem. A água passa pelo sistema fisiológico da planta e é liberada
para a atmosfera.
Saiba mais
Os processos químicos e as reações que ocorrem no meio ambiente, onde há quebra de
moléculas e formação de novas espécies químicas, podendo ser naturais ou antrópica, fazem
com que ocorra um aumento dos gases liberados na atmosfera.
Acesse a Biblioteca Virtual para conhecer os principais gases do efeito estufa.
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10 Chuva ácida
As chuvas ácidas são chuvas, ou qualquer outra forma de precipitação que, ao contrário do normal, têm
características ácidas. Estas são prejudiciais para as plantas, animais e edifícios. Isto é maioritariamente causado
por emissões humanas de azoto (N ) e enxofre (S), compostos que reagem na atmosfera produzindoácidos. No
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ciclo da água, quando a água é evaporada, ela carrega os poluentes presentes na atmosfera ácida e são
condensados formando uma precipitação ácida.
O termo "chuva ácida" é normalmente usado com o significado de deposição de componentes ácidos na chuva,
neve, nevoeiro e orvalho. A água destilada, que não contém CO , tem um pH de 7, enquanto que a chuva não
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poluída é ligeiramente ácida (pH de 5.0) devido à presença de CO que juntamente com a água na atmosfera
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reagem formando ácido carbônico.
H 0 (l) + CO (g) H CO (aq)
2 2 2 3
Depois, o ácido carbônico ioniza-se na água originando pequenas concentrações de íons Hidrônio:
2H 0 (l) + H CO (aq) 2 2 3 CO (aq) + 2H 0 (aq)3
2- 
3
+
11 Questões ambientais
Lagos ácidos tendem a ter águas claras, porque contêm pouca ou nenhuma alga. Também podem não conter
peixes. Uma ligeira acidificação da água aumenta a solubilização dos fosfatos, fazendo com que maiores
quantidades de fósforo solúvel passem à água em menos tempo.
Saiba mais
O acréscimo de acidez da chuva provém da reação dos poluentes atmosféricos primários, tais
como os óxidos de enxofre (S0 ) e óxidos de azoto/nitrogênio (N0 ), que juntamente com a
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água formam no ar ácidos fortes - ácidos sulfúrico e nítrico. As principais fontes destes
poluentes são os transportes, indústrias e centrais elétricas (principalmente as de carvão). O
gás mais influente na acidificação da chuva é o dióxido de enxofre (S0 ). No entanto, as
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emissões dos óxidos de azoto (NO ) que oxidam formando ácido nítrico são de importância
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maior devido aos controles rígidos nas emissões de compostos contendo enxofre.
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Problemas em função da chuva ácida
As chuvas ácidas não ocorrem só na região geradora de poluição. Correntes de ar carregam as nuvens carregadas
de poluição até regiões distantes. Danos ambientais graves podem ocorrer: florestas inteiras com suas árvores
ressecadas.
Solos
Os solos ficam bastante danificados em função das chuvas ácidas. Alguns microrganismos tropicais conseguem
consumir ácidos, mas outros, que não têm a capacidade de tolerar baixos níveis de pH não conseguem, morrendo
e perdendo a fertilidade do solo.
Desmatamento
A chuva ácida provoca clareiras. As árvores são atingidas pela chuva ácida e morrem, algum tempo após muitas
plantas que se utilizavam da sombra destas árvores morrem e, assim, sucessivamente, até formar uma clareira.
Agricultura
A chuva ácida afeta as plantações da mesma forma que das florestas, só que é destruída mais rápido, já que as
plantas são do mesmo tamanho, tendo assim mais áreas atingidas.
Edifícios e Monumentos
As chuvas ácidas também podem danificar certos materiais de edifícios, isto deve-se à capacidade do ácido
sulfúrico reagir quimicamente com os compostos de cálcio que estão presentes nas rochas para criar um sulfato
de cálcio hidratado, deteriorando o material. No mundo as chuvas carregadas de ácidos são responsáveis pelos
"desgastes" de esculturas de mármore, como ocorre em Atenas. Reação da deterioração dos monumentos
compostos por cálcio.
12 Formação dos ácidos - alguns processos químicos
O dióxido de enxofre (S02) oxida ao reagir com o hidróxido (OH):
SO + OH 
2
→ HO O
S 2
O novo componente formado reage com oxigênio (0 ) formando trióxido de enxofre (S0 ) e H0 :
2 3 2
HOSO + O2 
2
→ H0 + S0
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O trióxido de enxofre reage então com a água convertendo-se em ácido sulfúrico:
S0 (g) + H 0 (l) H SO (l)
3 2 2 4
Relativamente ao ácido nítrico, este é formado pela reação entre o Hidróxido (OH) com o dióxido de azoto (NO ):
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NO + OH 
2
→ HNO
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A chuva ácida também pode provocar diversos danos à saúde do homem como aumento dos casos de sinusite,
conjuntivite riscos de efise e doenças cardiovasculares.
13 Protocolo de Kyoto
O protocolo é um instrumento internacional que entrou oficialmente em vigor em 16 de fevereiro de 2005, com
o principal objetivo de diminuir os gases poluentes e o aquecimento global. No cronograma, os países têm que
reduzir em 5,2% a emissão de gases poluentes entre os anos de 2008 a 2012.
Os gases citados são os gases responsáveis pelo efeito estufa denominado GEE, entre eles dióxido de carbono, gás
metano, óxido nitroso, hidrocarbonetos fluorados, hidrocarbonetos perfluorados e hexafluoreto de enxofre
emitidos principalmente por processos industriais.
Os Estados Unidos se negaram a assinar o Protocolo de Kyoto, de acordo com a alegação do ex-presidente George
W. Bush de que os compromissos desigandos pelo protocolo interfeririam negativamente na economia norte-
americana. No ano de 2009, o presidente dos Estados Unidos, Barack Obama, encaminhou o Protocolo de Kyoto
para ser ratificado pelo Senado.
O protocolo sugere ações para que os países tenham em conjunto. Uma das principais ações é o aumento da
energia limpa e diminuição do metano presente em sistemas de depósito de lixo orgânico. A grande expectativa
que se tem é a de que o clima e o meio ambiente esperam sucesso e com isso possa diminuir a temperatura
global até o final do século XXI.
Saiba mais
Como podemos evitar a chuva ácida
Hoje em dia o carvão, o petróleo e o gás natural são utilizados para suprir 75% dos gastos com
energia. Nós podemos cortar estes gastos pela metade e ter um alto nível de vida. Mudando
alguns conceitos para economizar energia:
Transporte coletivo: diminuindo-se o número de carros a quantidade de poluentes também
diminui; utilização do metrô podendo ser elétrico, pois polui menos do que os carros;
utilização de fontes de energia menos poluentes: energia hidrelétrica, energia geotérmica,
energia das marés, energia eólica, energia nuclear; utilização de combustíveis com baixo teor
de enxofre; etc.
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14 Energias limpas
Hoje podemos identificar as energias limpas e energias sujas. As energias limpas são aquelas que ao realizarem
trabalho não liberam compostos que irão prejudicar o meio ambiente, ou seja, não liberam substâncias nocivas
na atmosfera.
A troca da matriz energética é não só uma situação que leva à não emissão dos compostos à atmosfera, mas
também uma ação emergencial. Pois a continuidade do uso de recursos naturais que elevam a liberação dos
gases na atmosfera é cada vez mais prejudicial ao meio ambiente e à saúde dos seres vivos.
Principais fontes de energia limpa
Eólica
É a energia cinética do ar em movimento, utilizada desde a antiguidade nas embarcações e moinhos. Hoje em dia
grandes turbinas, com o formato de cata-vento, são colocadas em locais abertos e que tenham uma boa
quantidade de vento. Através de um gerador, o movimento destas turbinas gera energia elétrica. Atualmente,
apenas 1% dessa energia é gerada no mundo.
Maremotriz
Energia maremotriz é o modo de geração de eletricidade através da utilização da energia contida no movimento
de massas de água devido às marés. Ela pode ser obtida através da energia cinética das correntes devido às
marés e energia potencial pela diferença de altura entre as marés alta e baixa. Pode ser utilizada nos dois tipos
de marés. Quando a maré é alta, a água enche o reservatório, passando através da turbina hidráulica, e
produzindo energia elétrica. Na maré baixa, o reservatório é esvaziado e a água que sai do reservatório passa
novamente através da turbina, em sentido contrário, produzindo também a energia elétrica. A maré é uma fonte
natural de energia, não poluidora e renovável.
Solar
A energia solar é a captação da energia luminosa proveniente do sol, ela é captada por painéis solares e
transformada em energia elétrica ou mecânica. Uma das principais fontes de utilização da energia solar é de
forma residencial para o aquecimento da água. Este tipo de energia é pouco utilizado em função dos custos
elevados dos painéis solares e da forma de armazenamento. A energia solar é considerada uma fonte de energia
limpa e renovável, pois não polui o meio ambiente e não acaba.
Nuclear
Energia nuclear consiste no uso controlado das reações nucleares para a obtenção de energia pararealizar
movimento, calor e geração de eletricidade; ou seja, na quebra da divisão do átomo ocorre reações nucleares que
é a transformação de massa em energia. Ela provém da fissão nuclear: onde o núcleo atômico se subdivide em
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duas ou mais partículas gerando calor, esse calor é empregado por um ciclo termodinâmico para mover um
alternador e produzir energia elétrica.
O que vem na próxima aula
• Na próxima aula, você estudará os principais poluentes da atmosfera, seus diferentes tipos de fontes; 
naturais, antropogênicas, fixa e móvel; analisará algumas medidas mitigadoras e conhecerá a função da 
camada de ozônio e os principais danos/alterações que ocorrem à camada de ozônio.
CONCLUSÃO
Nesta aula, você:
• Aprendeu como é formada a atmosfera e suas diferentes camadas, os principais gases formadores do 
efeito estufa, como se forma a chuva ácida e para que serve o protocolo de Kyoto, mostrando as principais 
energias limpas para minimizar as emissões na atmosfera.
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