Química ambiental

Prévia do material em texto

Inserir Título Aqui 
Inserir Título Aqui
Química Aplicada 
ao Meio Ambiente
Introdução à Química Ambiental
Responsável pelo Conteúdo:
Prof.ª Me. Caroline Perez
Revisão Textual:
Prof.ª Me. Natalia Conti
Nesta unidade, trabalharemos os seguintes tópicos:
• O que é Química Ambiental?
• Sustentabilidade;
• A Química da Água;
• A Química do Ar;
• A Química do Solo.
Fonte: iStock/Getty Im
ages
Objetivos
• Introduzir os conceitos de química ambiental, química verde e sustentabilidade;
• Abordar de forma introdutória os assuntos de química da água, do solo e do ar.
Caro Aluno(a)!
Normalmente, com a correria do dia a dia, não nos organizamos e deixamos para o 
último momento o acesso ao estudo, o que implicará o não aprofundamento no material 
trabalhado ou, ainda, a perda dos prazos para o lançamento das atividades solicitadas.
Assim, organize seus estudos de maneira que entrem na sua rotina. Por exemplo, você 
poderá escolher um dia ao longo da semana ou um determinado horário todos ou alguns 
dias e determinar como o seu “momento do estudo”.
No material de cada Unidade, há videoaulas e leituras indicadas, assim como sugestões 
de materiais complementares, elementos didáticos que ampliarão sua interpretação e 
auxiliarão o pleno entendimento dos temas abordados.
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de 
discussão, pois estes ajudarão a verificar o quanto você absorveu do conteúdo, além de 
propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de 
troca de ideias e aprendizagem.
Bons Estudos!
Introdução à Química Ambiental
UNIDADE 
Introdução à Química Ambiental
Contextualização 
A Química é constantemente associada a processos geradores de poluição. Por outro 
lado, essa ciência também é responsável por reverter ou prevenir os danos causados 
pela atividade humana ao meio ambiente. Esses danos – desde a contaminação das 
águas, até o aquecimento global – são estudados com mais profundidade pelo que 
chamamos de Química Ambiental.
Você irá perceber ao longo desta unidade que a Química Ambiental está envolvida 
com os estudos da água, do solo e do ar, tendo como finalidade o desenvolvimento de 
processos menos nocivos ao meio ambiente e de remediação dos principais problemas 
ambientais enfrentados atualmente. 
6
7
O que é Química Ambiental?
Ao longo da nossa existência, diversas ações humanas têm gerado consequências 
gravíssimas ao meio ambiente, como a depleção da camada de ozônio, o aquecimento 
global, a diminuição do nosso estoque de água potável e a contaminação dos solos 
pelo lixo e por poluentes orgânicos e inorgânicos. Diante de tantos problemas, o ser 
humano sente a necessidade de buscar alternativas para um desenvolvimento mais 
sustentável e de remediação dos danos causados. Dessa forma, surge uma ciência 
chamada Química Ambiental.
A Química Ambiental pode ser definida como o estudo das fontes, das reações, do trans-
porte, dos efeitos e dos destinos de espécies na hidrosfera, na atmosfera, na geosfera e na 
antroposfera, além dos efeitos das atividades humanas nelas. (MANAHAN, 2016)
Sinteticamente, podemos dizer que a Química Ambiental envolve um grande número 
de agentes químicos, processos e procedimentos de remediação (BAIRD, 2002). Para 
entender melhor a definição dessa ciência, vamos explorar o que são as “esferas” estu-
das por ela (hidrosfera, atmosfera, geosfera e antroposfera).
Hidrosfera
A hidrosfera é a camada do nosso planeta constituída por água. Ela engloba as águas 
superficiais (oceanos, rios, lagos, etc.), subterrâneas (lençóis freáticos e aquíferos) e até 
mesmo o vapor d’água presente na atmosfera. Como nós sabemos, a água é essencial 
à vida; sendo assim, a hidrosfera é extremamente importante para a manutenção das 
espécies (SPIRO, 2009).
Atmosfera
Essa esfera constitui a camada gasosa do nosso planeta. Os componentes principais 
da atmosfera são os gases nitrogênio (N2, cerca de 78% das moléculas), oxigênio (O2, 
cerca de 21%), argônio (Ar, cerca de 1%) e o dióxido de carbono (CO2, atualmente cerca 
de 0,04%) (BAIRD, 2002).
Geosfera
A geosfera pode ser entendida como a camada sólida do planeta, constituída pelo 
solo e por rochas, por exemplo. Essa esfera, assim como as outras, sofreu grande 
modificação ao longo da nossa história, devido, por exemplo, à construção de nossas 
estruturas (casas, prédios, estradas, etc.) (MANAHAN, 2016).
7
UNIDADE 
Introdução à Química Ambiental
Antroposfera
Essa esfera é definida como o espaço onde o ser humano vive. De acordo com Manahan 
(2016), a antroposfera é resultado da tecnologia, sendo que a tecnologia diz respeito às 
maneiras como os seres humanos fazem e produzem coisas a partir de materiais e energia.
Os componentes da antroposfera exercem forte influência sobre as outras esferas, ou 
seja, sobre o meio ambiente, como mostrado na Figura 1. Por exemplo: 
• As habitações e edificações que construímos implicam em gastos energéticos e de 
água (alterações na hidrosfera); 
• Os transportes que utilizamos, como carros, ônibus e caminhões, alteram total-
mente as paisagens por conta das autoestradas e dos estacionamentos, além de 
emitirem gases poluentes para a atmosfera; 
• As atividades industriais e agrícolas que desenvolvemos, transformando grandes 
áreas de vegetação em pastos ou áreas de plantio (alteração da geosfera), emitindo 
poluentes para a atmosfera e contaminando nossas águas com produtos químicos.
Figura 1 – Poluição da hidrosfera, geosfera e atmosfera gerada por componentes da antroposfera
Fonte: iStock/Getty Images
Tendo em mente essas degradações do meio ambiente causadas pelas atividades do 
homem e a necessidade de redução e remediação desses impactos, diversos pesquisadores 
e profissionais da área ambiental têm se pautado nos princípios da sustentabilidade.
8
9
Sustentabilidade
A sustentabilidade busca, em suma, conservar recursos e características que favorecem 
a vida humana produtiva e saudável, mantendo um nível aceitável de atividade e consumo 
humanos ao longo de um período prolongado (MANAHAN, 2016).
Assista ao vídeo “O que é sustentabilidade?” https://youtu.be/HAtJgPODRs4 para ampliar os 
seus conhecimentos sobre esse conceito.
No passado, graves danos foram causados por práticas adotadas pela química e 
pela engenharia conduzidas sem orientação. Os resíduos dos processos químicos eram 
descartados pelas vias mais baratas, ou seja, “chaminé acima, dreno abaixo e solo afora” 
(MANAHAN, 2016).
Com base nas ideias de sustentabilidade, cada vez mais os químicos estão se 
familiarizando com os processos químicos observados no ambiente, desenvolvendo meios 
de direcionar a ciência da química para a melhora do meio ambiente (MANAHAN, 2016).
Para um desenvolvimento sustentável, não basta entender os problemas ambientais. 
Faz-se necessário que se adotem medidas não apenas para minimizar esses problemas, 
como também para impedir que se desenvolvam na raiz (MANAHAN, 2016).
Seguindo essa tendência, surge o conceito de Química Verde.
Química Verde
A Química Verde é definida como a prática da química e a condução da produção 
mais sustentável, segura e não poluente, com consumo mínimo de materiais e energia 
ao mesmo tempo em que pouco ou nenhum rejeito é gerado (MANAHAM, 2016). 
Resumindo, a Química Verde nada mais é do que uma visão sustentável dos processos 
químicos, como mostra a Figura 2.
Os 12 princípios da química verde (MANAHAN, 2016):
1. Minimizar ou abolir a necessidade de tratar resíduos com ênfase na prevenção de 
sua geração;
2. Incorporar em um produto o máximo de todos os materiais envolvidos na fabricação 
dele, dentro do possível. Esse princípio envolve o conceito-chave de economia 
de átomos, que nada mais é do que a fração de todos os reagentesque entram no 
produto final;
3. Evitar o uso e a geração de substâncias perigosas que prejudicam o homem ou 
o ambiente;
4. Projetar e utilizar produtos químicos com toxicidade mínima;
9
UNIDADE 
Introdução à Química Ambiental
5. Minimizar ou eliminar o uso de substâncias auxiliares que não fazem parte do 
produto final. 
6. Minimizar o consumo de energia;
7. Utilizar matérias-primas renováveis em vez de insumos esgotáveis;
8. Evitar o uso de grupos protetores na síntese orgânica, porque o material empregado 
neles não se integra ao produto final;
9. Escolher reagentes pensando na função mais seletiva possível;
10. Degradar rapidamente os produtos que serão liberados no ambiente ou descartá-los 
como resíduos para gerar materiais inócuos;
11. Monitorar e controlar os processos produtivos durante sua execução e em tempo real, 
com sistemas computadorizados adequados;
12. Evitar processos e materiais com potencial de gerar temperaturas e pressões extremas 
ou incidentes inesperados, como explosões e incêndios.
Figura 2 – Alguns conceitos-chave da Química Verde, como reciclagem, economia de energia e átomos
Fonte: iStock/Getty Images
Uma importante meta da Química Verde é a redução de riscos dos processos produtivos 
e dos produtos gerados e comercializados. Assim, é sempre necessário reduzir os riscos 
para os funcionários, a comunidade circundante, os clientes e o ambiente como um todo 
(MANAHAN, 2016).
O risco pode ser entendido como uma função do perigo e da exposição. Ou seja, 
quanto mais um indivíduo se expõe a um processo perigoso e quanto mais perigoso for 
esse processo, maior o risco para esse indivíduo (MANAHAN, 2016). Um exemplo disso 
é a produção de inseticidas que não geram subprodutos nocivos. Nesse caso, o risco será 
menor não só para o meio ambiente, mas também para o fabricante e para o consumidor.
É muito importante lembrar que o risco está associado ao perigo e à exposição. A Química 
Verde busca processos que atenuem esses dois fatores.
10
11
Depois de vermos tudo isso, não é difícil perceber que a Química Verde está intima-
mente ligada à Química Ambiental, não é mesmo? Sempre que os químicos buscam um 
processo de Química Verde, a Química Ambiental deve ser considerada, para saber se 
esse processo e seus produtos vão afetar o ambiente. Por exemplo, em um processo que 
exige uma grande quantidade de água que será contaminada com subprodutos, deve-se 
avaliar a possibilidade de reciclar essa água ao invés de descartá-la no ambiente. Não 
só a água poderá ser utilizada para outros processos, como os subprodutos e reagentes 
remanescentes nela poderão ser reaproveitados, sendo, muitas vezes, reincorporados na 
produção (economia de átomos). Tendo consciência dos prejuízos que o lançamento da 
água contaminada traria ao ambiente (conceitos de Química Ambiental), fica mais clara 
a necessidade da reciclagem da água (Química Verde).
Assista ao vídeo “Práticas da Química Verde” https://youtu.be/6PBcMH2SDrE e tenha conta-
to com mais exemplos da Química Verde aplicada.
• A Química Ambiental estuda os processos químicos causados pelo ser humano que afetam 
o meio ambiente e procura formas de prevenção e remediação dos impactos ambientais;
• A sustentabilidade vem justamente dessa necessidade de prevenção e remediação, 
dando atenção à preservação dos recursos que favorecem a nossa vida;
• Química Verde pode ser vista de certa forma como a união entre a Química Ambiental e 
a sustentabilidade, buscando processos químicos mais limpos, com menos desperdício 
de energia e de matéria, e que ofereçam menos riscos aos consumidores e produtores.
Agora que já entendemos esses conceitos, podemos explorar mais a fundo os objetos 
de estudo da Química Ambiental, ou seja, as químicas da água, do solo e da atmosfera.
A Química da Água
Ao longo da história, a qualidade e a quantidade de água disponível sempre foi 
considerada pelo homem como um aspecto essencial para a determinação do seu bem-
estar (MANAHAN, 2016).
A Química da água (ou Química Aquática) estuda a água dos rios, lagos e oceanos, 
além das águas subterrâneas e dos fenômenos que determinam a distribuição e a 
circulação das espécies químicas em águas naturais. As reações químicas que ocorrem 
na água e as espécies químicas encontradas nela sofrem uma grande influência do 
ambiente em que a água é encontrada (MANAHAN, 2016). Por exemplo, as reações 
que ocorrem na água exposta à atmosfera são muito diferentes das que ocorrem em 
regiões mais profundas. Isso porque as espécies químicas presentes nessas águas são 
diferentes, levando a diferentes reações.
Na Figura 3 temos um ciclo hidrológico simplificado apresentado. Nele podemos 
observar que a água que temos no nosso planeta encontra-se em diversas partes do 
11
UNIDADE 
Introdução à Química Ambiental
ciclo. Já na Figura 4, observamos que a maior parte da água do planeta encontra-se nos 
oceanos (97%), uma parte está na forma de vapor na atmosfera, outra parte encontra-se 
no estado sólido, na neve e nas calotas polares e a última parte encontra-se nos nossos 
rios, lagos e no subsolo. Ainda na Figura 4, podemos ver que, de toda água disponível na 
Terra, uma pequena parcela do total é potável, já que a maior parte da água se encontra 
nos nossos oceanos. 
Figura 3 – Ciclo hidrológico
Fonte: iStock/Getty Images
Oceanos
Geleiras
Outras águas salinas
Água subterrânea
Água doce super�cial e atmosférica
Distribuição da água no planeta
Figura 4 – Distribuição da água no planeta Terra
Visto que a quantidade de água disponível para nosso consumo é muito pequena, 
fica evidente a necessidade de conservação e reciclagem, principalmente nos processos 
industriais e na agricultura, que consomem grandes quantidades de água.
12
13
Propriedades da Água
Agora vamos explorar os motivos que tornam a água uma substância tão singular e 
tão essencial à nossa existência.
Para um melhor entendimento, a Tabela 1 sumariza as principais propriedades físico-
-químicas da água, acompanhadas de seus respectivos efeitos e implicações.
Tabela 1 – Propriedades físico-químicas da água
Propriedade Efeitos e implicações
Solvente excelente Transporte de nutrientes e produtos de resíduos, 
possibilitando processos biológicos em meio aquoso
Maior constante dielétrica entre todos os líquidos 
mais comuns
Alta solubilidade de substâncias iônicas e ionização 
dessas substâncias em solução
Maior tensão superficial entre todos os líquidos Fator de controle na fisiologia; governa os fenômenos 
de gota e superfície
Transparente aos comprimentos de onda da luz 
visível e do UV
Incolor, o que permite que a luz necessária à 
fotossíntese alcance profundidades consideráveis em 
corpos hídricos
Densidade máxima como líquido a 4ºC Flutuação do gelo; circulação vertical em corpos hídricos
Maior calor de evaporação entre todos 
os materiais
Determina a transferência de calor e de moléculas de 
água entre a atmosfera e corpos hídricos
Maior calor latente de fusão entre os líquidos 
mais comuns
Temperatura estabilizada no ponto de congelamento 
da água
Maior capacidade calorífica do que qualquer 
outro líquido, depois da amônia líquida
Estabilização das temperaturas de organismos e regiões 
geográficas
Fonte: MANAHAN, 2016
A Química do Ar
A Química do ar (ou Química Atmosférica) estuda as reações e os fenômenos que 
ocorrem na atmosfera. 
A atmosfera é como um cobertor que protege a Terra do ambiente hostil do espaço 
(MANAHAN, 2016). Assim como a água, a atmosfera e os gases que a compõem são 
essenciais à nossa vida. Ela nos fornece, por exemplo, o gás carbônico (CO2), necessário 
para a fotossíntese das plantas, e o oxigênio para a respiração.
Além disso, a atmosfera nos serve como uma espécie de escudo de proteção, uma 
vez que ela absorve a maior parte dosraios cósmicos vindos do espaço e determinados 
comprimentos de onda do espectro eletromagnético, como por exemplo, os raios ultra-
violetas (UV).
A atmosfera é constituída das seguintes camadas (MANAHAN, 2016):
• Troposfera: camada mais baixa da atmosfera (está entre o nível do mar e a altitude 
de 10 - 16 km). É caracterizada por ter uma composição geralmente homogênea de 
seus principais gases constituintes;
13
UNIDADE 
Introdução à Química Ambiental
• Estratosfera: camada atmosférica diretamente acima da troposfera. É nessa cama 
que o ozônio (O3) que absorve a radiação UV se encontra;
• Mesosfera: camada acima da estratosfera. Nela, há a ausência de espécies absorvedo-
ras de radiação e isso faz com que as temperaturas nessa região sejam muito baixas;
• Termosfera: camada mais distante de nós da atmosfera. Nessa camada, os gases 
são muito rarefeitos e as temperaturas são muito altas.
A Figura 5 mostra essas camadas da nossa atmosfera, bem como suas composições e 
os eventos que ocorrem em cada uma delas. Nos nossos estudos da atmosfera, que serão 
desenvolvidos nas próximas unidades, focaremos na troposfera e na estratosfera, onde ocor-
rem os eventos mais significativos para a Química Ambiental.
Figura 5 – Camadas da atmosfera terrestre (fora de escala)
Fonte: Manahan, 2016
14
15
A Química do Solo
A Química do solo trata não só dos fenômenos químicos que ocorrem nos solos, 
como também dos efeitos causados por esses fenômenos na hidrosfera e na atmosfera.
O solo tem muitas funções relacionadas à manutenção da sustentabilidade. Ele é 
responsável por reter água, regular os recursos hídricos e atuar como meio de filtração e 
condução de água da chuva para os aquíferos subterrâneos. Além disso, esse ambiente 
tem o papel de reciclagem de matérias-primas e nutrientes e é habitat para vários 
organismos (principalmente fungos e bactérias). Outro aspecto importante é a sua 
interface com a antroposfera, onde representa uma variável importante na engenharia, 
sendo escavado, transferido, terraplanado para a construção de estradas, barragens e 
outras obras (MANAHAN, 2016).
Além de ser substrato para a maior parte dos alimentos produzidos pelo homem, 
o solo é receptor de muitos poluentes em grandes quantidades, como por exemplo o 
material particulado (MP) lançado pelas chaminés de usinas termelétricas de energia (O 
MP lançado na atmosfera acaba por se depositar no solo) (MANAHAN, 2016).
O solo é um componente-chave nos ciclos químicos ambientais e parte importante do 
capital natural da Terra (MANAHAN, 2016). Quando poluímos o solo, frequentemente 
atingimos outras esferas no meio ambiente. Por exemplo, o uso de fertilizantes e pestici-
das no solo contribuem para a poluição do ar, devido aos componentes que evaporam, 
e para a poluição da água, pela infiltração desses produtos até os lençóis freáticos.
Podemos dizer que o solo é uma mistura variável de minerais, matéria orgânica e 
resíduos com capacidade de atuar como base de suporte para a vida vegetal na superfície 
da Terra. Ele é o produto das ações dos processos físicos, químicos e biológicos do 
intemperismo sobre rochas. A sua parte orgânica é composta por biomassa vegetal em 
diversos estágios de decomposição (MANAHAN, 2016).
Intemperismo: conjunto de alterações físicas (desagregação) e químicas (decomposição) 
que as rochas sofrem quando ficam expostas na superfície da Terra. (BRANCO, 2014)
A fração sólida de um solo produtivo típico contém 5% de matéria orgânica e 95% 
de matéria inorgânica (MANAHAN, 2016) e a fertilidade do solo está diretamente rela-
cionada à quantidade dessas matérias orgânicas e inorgânicas e de água.
Outros fatores, como a disposição irregular de lixo e o desmatamento, podem afetar 
os solos, mas deixaremos para aprofundar essas discussões nas próximas unidades.
15
UNIDADE 
Introdução à Química Ambiental
A Química Ambiental divide-se basicamente em química da água, do solo e do ar.
Vimos que a água disponível para o ser humano é muito escassa, por isso, faz-se necessário 
que processos que reciclem e economizem água sejam cada vez mais presentes no setor 
industrial e agrícola. Para que esses processos sejam desenvolvidos, é fundamental que 
conheçamos as propriedades da água e as reações químicas que ocorrem nela.
A atmosfera também é indispensável para a nossa existência. Ela é constituída por cama-
das (estratosfera, troposfera, exosfera e termosfera), sendo que, nos nossos estudos da 
Química do ar, focaremos nas duas camadas mais baixas, ou seja, a estratosfera e a tropos-
fera. Na estratosfera, diversas reações químicas ocorrem e são responsáveis pela manuten-
ção da vida. Na troposfera, temos a presença de grandes quantidades de ozônio, que é 
responsável pela absorção de raios UV.
Por fim, o solo é um meio que utilizamos para diversos fins, como o plantio de alimentos e, 
portanto, sua conservação também é fundamental. Esse meio está intimamente relacio-
nado aos outros, pois a poluição do ar e da água também podem atingir o solo e vice-versa. 
16
17
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Vídeos
O que se estuda em... Química Ambiental?
https://youtu.be/W8s6Ek6uDiw
 Leitura
“Green chemistry”: os 12 princípios da química verde e sua inserção nas atividades de ensino 
e pesquisa
https://goo.gl/KQ2nz6
Importância da análise de água para a saúde pública em duas regiões do Estado do Rio de 
Janeiro: enfoque para coliformes fecais, nitrato e alumínio
https://goo.gl/BJnnZN
Qualidade de um solo sob diferentes usos e sob Cerrado nativo
https://goo.gl/kMxZaU
17
UNIDADE 
Introdução à Química Ambiental
Referências
BAIRD, C. Química ambiental. Porto Alegre: Bookman Editora, 2002.
BRANCO, P. M. O intemperismo e a erosão. CPRM Serviço Geológico do Brasil. Disponível 
em: <http://www.cprm.gov.br/publique/Redes-Institucionais/Rede-de-Bibliotecas---Rede-
Ametista/Canal-Escola/O-Intemperismo-e-a-Erosao-1313.html>. Acesso em: 02/04/18.
MANAHAN, S. E. Química ambiental. Porto Alegre: Bookman Editora, 2016.
SPIRO, T. G.; STIGLIANI, W. M. Química ambiental. São Paulo: Pearson Prentice-
Hall, 2009.
18