Aula_6_Química_Ambiental

Prévia do material em texto

DISCIPLINA
QUÍMICA AMBIENTAL
AULA 06
SUBSTÂNCIAS DA ATMOSFERA
AUTOR
MILTON BEZERRA DO VALE
TECNÓLOGO 
EM GESTÃO 
AMBIENTAL
DISCIPLINA
QUÍMICA AMBIENTAL
AULA 06
SUBSTÂNCIAS DA ATMOSFERA
AUTOR
MILTON BEZERRA DO VALE
TECNÓLOGO 
EM GESTÃO 
AMBIENTAL
GOVERNO DO BRASIL
Presidente da República
DILMA VANA ROUSSEFF
Ministro da Educação
ALOIZIO MERCADANTE
Diretor de Ensino a Distância da CAPES
JOÃO CARLOS TEATINI
Reitor do IFRN
BELCHIOR DE OLIVEIRA ROCHA
Diretor do Câmpus EaD/IFRN
ERIVALDO CABRAL
Diretora Acadêmica do Câmpus EaD/IFRN
ANA LÚCIA SARMENTO HENRIQUE
Coordenadora Geral da UAB /IFRN
ILANE FERREIRA CAVALCANTE
Coordenador Adjunto da UAB/IFRN
JÁSSIO PEREIRA 
Coordenadora do Curso 
de Tecnologia em Gestão Ambiental
MARIA DO SOCORRO DIÓGENES PAIVA
TECNÓLOGO EM GESTÃO AMBIENTAL
Química Ambiental
AULA 06 - Substâncias Da Atmosfera
Professor Pesquisador/Conteudista
MILTON BEZERRA DO VALE
Direção da Produção de Material Didático
ROSEMARY PESSOA BORGES
Coordenação de Produção de Mídia Impressa e de 
Design Gráfico 
LEONARDO DOS SANTOS FEITOZA
Projeto Gráfico
BRENO XAVIER
Diagramação
ANDREZA RÊGO
 
Ilustrações
VICTOR HUGO
5
SUBSTÂNCIAS DA ATMOSFERA
APRESENTANDO A AULA
Nesta aula, você vai conhecer as substâncias-traço da 
atmosfera, as quais têm origem natural e estão presentes 
na atmosfera há milhões de anos, e as produzidas pela 
atividade humana, sendo algumas novas como CFCs, e 
outras antigas, como o dióxido de enxofre. Para observar 
as principais reações atmosféricas envolvendo essas 
substâncias, você precisará conhecer as suas fontes, como 
elas nos afetam, assim como ao meio ambiente, e relacioná-
las com os principais problemas ambientais atmosféricos.
DEFININDO OBJETIVOS
Após a realização dos estudos correspondentes a esta 
aula, você será capaz de:
•	 identificar as características das substâncias-traço 
da atmosfera;
•	 conhecer as fontes naturais e antropogênicas das 
substâncias-traço da atmosfera;
•	 identificar as principais reações químicas 
envolvendo essas substâncias;
•	 conhecer os efeitos sobre a saúde dos seres vivos e 
no meio ambiente.
6
QUÍMICA AMBIENTAL
DESENVOLVENDO O CONTEÚDO
Substâncias da atmosfera
O ar é uma mistura de alguns gases dominantes e muitíssimos gases em 
quantidades muito pequenas (gases-traço), alguns dos quais são realmente 
importantes para nosso sistema climático.
Os gases dominantes que compõem a atmosfera terrestre, tais como o oxigênio 
e o nitrogênio, têm muito pouco efeito sobre o clima da Terra. Se eles fossem os únicos 
componentes, a Terra seria um lugar inóspito, com una temperatura média global da 
ordem de -18 °C. Dessa forma, não poderia existir água líquida.
Além de envolver a biosfera possibilitando a existência da vida, os gases da 
atmosfera têm importância como matéria-prima para indústrias químicas ou em 
outros usos. O ar fornece seis gases industriais: nitrogênio, oxigênio, neônio, argônio, 
criptônio e xenônio, os quais são obtidos através de liquefação, e, em seguida, 
destilados. Uma importante utilização desses gases é na produção e manutenção de 
temperaturas muito baixas em sistemas (criogenia).
O gás carbônico é obtido de forma industrial por outros métodos. Os mais 
empregados são a combustão de gás natural, como subproduto no processo de 
fermentação de açúcares, na indústria de álcool, ou nos fornos de produção de cal. O 
“gelo seco” é o dióxido de carbono sólido.
Substâncias-traço do ar
A atividade humana tem se mostrado um fator desorganizador dos processos da 
natureza. Os ciclos biogeoquímicos reciclam os materiais produzidos e consumidos 
pela biosfera. Atualmente, esse equilíbrio está ameaçado pelas crescentes alterações 
das condições física, químicas e biológicas do meio ambiente pelo homem.
Além dos dois principais gases que constituem a atmosfera, surgem outros, de 
forma natural ou antropogênica, que podem poluir a atmosfera ou não. Podemos 
destacar:
7
SUBSTÂNCIAS DA ATMOSFERA
•	 Dióxido de carbono ou gás carbônico (CO2):
O CO2 é um gás inodoro, incolor e de sabor ácido. Não é combustível, nem 
alimenta a combustão. É 1,4 vezes mais pesado que o ar. É o mais abundante dos 
óxidos atmosférico. É um constituinte atmosférico natural, e necessário para o 
crescimento das plantas.
O nível do dióxido de carbono na atmosfera, atualmente é aproximadamente 
365 ppm em volume, mas está aumentando por aproximadamente 1 ppm por ano.
O dióxido de carbono faz parte do ciclo do carbono.
A sua presença na atmosfera é, principalmente, resultante da combustão 
completa de matéria com carbono que pode ocorrer em usinas termoelétricas, 
industriais, aquecimento doméstico, florestas ou campos, atividades vulcânicas 
e biológicas (respiração dos animais, vegetais e microrganismos). Pode ser obtido 
através da oxidação do CO atmosférico, conforme a equação abaixo:
CO + 1⁄2 O2 CO2
Vários processos controlam a quantidade de gás carbônico na atmosfera, 
determinando a sua retirada e incorporando-o a ambientes, seres vivos ou materiais 
existentes na crosta terrestre. Dentre eles, destaca-se o efetuado pelas plantas 
através da fotossíntese. Nesse processo, o gás carbônico atmosférico é fixado por 
um mecanismo físico-químico e transformado em substâncias mais complexas, que 
servem para a nutrição das plantas, conforme equação abaixo:
luz
CO2 + 12H2 O CO2 + 6O2 +6H2O
Outra forma de consumo de gás carbônico ocorre na sua solubilização nas algas 
dos oceanos. Dessa forma, uma parte pode ser usada na fotossíntese por algas, desde 
as microscópicas até as macroscópicas (como os sargaços); outra parte forma íons 
carbonatos e bicarbonatos. Esses íons elevam o pH da água, tornando- a básica e 
são metabolizados por organismos vivos, que as utilizam na produção de estrutura 
8
QUÍMICA AMBIENTAL
para o seu suporte e/ou proteção (conchas e estruturas coralinas). Entretanto, o gás 
carbônico na água da atmosfera forma ácido, abaixando o pH da água.
Gás carbônico é componente normal da atmosfera e parte principal do ciclo 
do carbono na atmosfera, essencial à vida dos vegetais e à manutenção da vida dos 
seres vivos. Por isso, não pode ser considerado como poluente.
É o principal componente do efeito estufa. A sua acumulação crescente 
poderá elevar a temperatura da superfície terrestre a um ponto perigoso e provocar 
catástrofes ecológicas e geoquímicas, através do aquecimento do planeta.
É um gás não-tóxico, mas, em alta concentração, pode diminuir a respiração. 
Em função de seus efeitos sobre o ambiente, o CO2 pode, a longo prazo, tornar a Terra 
imprópria à vida humana, pelo aquecimento excessivo que poderá provocar.
•	 Monóxido de Carbono (CO):
Gás incolor, inodoro e muito tóxico. É o poluente atmosférico que se encontra 
em maior quantidade no ar das grandes cidades. Faz parte do ciclo do carbono.
É produzido, principalmente, nos motores de automóveis, pela combustão 
incompleta do carbono nos combustíveis; na queima de materiais fósseis, como o 
petróleo, o carvão (em condições de pouco oxigênio e/ou alta temperatura), ou 
outros materiais ricos em carbono, como derivados de petróleo, nas indústrias 
metalúrgicas e refinarias de petróleo. É produzido também, através da oxidação do 
metano, quando é introduzido na atmosfera, conforme equação abaixo:
2CH4 + 3O2 2CO + 4H2O
Outra fonte natural de monóxido de carbono é a degradação de clorofila no 
outono.
Essa substância química é um dos mais perigosos tóxicos respiratórios para o 
homem e outros animais, pois a afinidade da hemoglobina pelo monóxido de carbono 
é 210 vezes maior que pelo oxigênio. Combina-se com a hemoglobina do sangue de 
forma irreversível, diminuindo a capacidade de transporte do O2 dos pulmões até aos 
tecidos, causando dificuldades respiratórias e asfixia, podendo conduzir à morte.
9
SUBSTÂNCIAS DA ATMOSFERA
•	 Dióxido de enxofre (SO2):
Gás incolor, muito solúvel na água, denso, tóxico a plantas e animais, não 
inflamávelà pressão e temperatura ambiente, de cheiro muito forte e pode ser 
irritante. Faz parte do ciclo do enxofre.
 Formado, principalmente, a partir da queima de combustíveis fósseis, 
notadamente da queima do carvão (e com concentração maior se o mesmo for rico 
em piritas (FeS2) e enxofre orgânico), da queima de biomassa e, de forma natural, da 
erupção vulcânica e da descarga elétrica na atmosfera. É produzido em menor escala 
através da reação de oxidação do H2S e do enxofre: S + O2 SO2.
É um dos principais causadores da chuva ácida, pois, associado à água presente 
na atmosfera, forma ácido sulfúrico.
Sobre os vegetais, inibe a fotossíntese e causa lesões nas folhas, provocando 
manchas, descoloração, clorose, parada de crescimento e redução de rendimento.
 Gás irritante para as mucosas dos olhos e vias respiratórias. Em concentrações 
elevadas, pode provocar efeitos agudos e crônicos à saúde humana, especialmente 
ao aparelho respiratório; pode agravar problemas cardiovasculares – os efeitos são 
agravados pela presença simultânea do SO2 e de partículas na atmosfera. Crianças e 
idosos são especialmente sensíveis a SO2.
•	 Trióxido de enxofre (SO3):
Na atmosfera, é obtido através da oxidação fotoquímica do dióxido de enxofre 
por ação catalítica de metais.
Como esse composto apresenta grande afinidade com a água, transforma-se 
em ácido sulfúrico, que, sendo líquido, assume a forma de pequenas gotas; essas 
partículas podem permanecer suspensas na atmosfera ou precipitarem-se como 
chuva ácida. Graças à sua grande reatividade, o ácido sulfúrico, junto com outras 
substâncias, forma sulfatos. Costuma-se designar de SOx a mistura de SO2 e SO3 
existente no ar, que constituem talvez os poluentes mais nocivos à atmosfera.
•	 Sulfeto de hidrogênio ou gás sulfídrico (H2S):
Outra forma de enxofre que pode aparecer naturalmente na atmosfera é o 
10
QUÍMICA AMBIENTAL
sulfeto de hidrogênio, H2S, composto responsável pelo cheiro desagradável dos ovos 
podres. Sua origem está na decomposição da matéria orgânica e redução do sulfato 
resultante da ação de bactérias. Pode ser encontrado em erupções vulcânicas, esgoto 
sanitários, pântanos, sedimentos, lagos e até mesmo em oceanos. Faz parte do ciclo 
do enxofre.
Na atmosfera, o sulfeto de hidrogênio sofre ações químicas e fotoquímicas e, 
após algumas horas, transforma-se em dióxido de enxofre.
•	 Ácido sulfúrico (H2SO4):
Na atmosfera, origina-se da hidrólise. É um ácido forte, tem ação corrosiva sobre 
materiais; é também responsável pela precipitação ácida.
•	 Monóxido de dinitrogênio (N2O):
 É conhecido como gás hilariante. Na atmosfera, a sua origem é a decomposição 
de aminoácidos presentes na matéria orgânica, realizada pelas bactérias. A substância 
N2O ocorre no mar e no solo e a partir de descarga elétrica na atmosfera.
•	 Monóxido de nitrogênio (NO): 
Gás incolor, insípido, inodoro, pouco tóxico. Tem papel importante como 
precursor nos processos fotoquímicos. Faz parte da representação NOX, juntamente 
com o NO2.
 Decorre da ação de descargas elétricas atmosféricas (relâmpagos e raios) 
durante tempestades, que provocam a reação dos dois gases predominantes da 
atmosfera (N2 e O2). Certos microrganismos do solo, ao agirem sobre a matéria 
orgânica, também podem dar origem ao NO, que passa então à atmosfera. Entretanto, 
a maior fonte desse composto é a combustão de derivados de petróleo em motores 
de explosão.
•	 Dióxido de nitrogênio (NO2):
 Apresenta odor irritante, altamente tóxico e é um forte oxidante, muito 
corrosivo e de cor acastanhada. Atua como catalisador na reação de dióxido de 
11
SUBSTÂNCIAS DA ATMOSFERA
enxofre em trióxido de enxofre.
 Resulta da ação de descargas elétricas na atmosfera sobre N2 e O2. Também 
deriva da oxidação do NO, através de várias reações fotoquímicas, as quais envolvem, 
direta ou indiretamente, o oxigênio ou sua forma alotrópica, o ozônio. Porém, pode 
haver reversão a monóxido, pela ação fotoquímica da radiação solar.
De forma antropogênica, ele pode ser formado nas reações de combustão de 
combustíveis fósseis, na queima de querosene, a partir da reação de ácido nítrico 
com alguns metais (como a prata). O dióxido de nitrogênio existe em equilíbrio com 
o tetróxido de dinitrogênio, N2O4.
Dentre os efeitos acarretados ao homem com o uso do NOx, destaca-se a irritação 
das mucosas, podendo provocar enfisema pulmonar. Se transferido ao sangue, 
pode causar metemoglobinemia (uma forma perigosa de anemia). Temos ainda 
transformação desses óxidos, no interior do aparelho respiratório, em nitrosaminas, 
consideradas como carcinogênicas.
Os efeitos do NOx no meio ambiente são os seguintes: provoca chuva ácida, 
aquecimento global; o fenômeno de inversão térmica, sobre os vegetais, inibe a 
fotossíntese e causa lesões nas folhas. São constituintes do “smog” fotoquímico, pois 
são responsáveis pela formação do peróxido de acetil nitrato ou peroxiacil nitrato 
(PAN), um dos componentes do “smog” fotoquímico.
Os óxidos de nitrogênio, NOx, participam ainda no ciclo do ozônio. Entretanto, 
eles também consomem o ozônio, não havendo produção líquida de O3, de acordo 
com as equações abaixo:
NO2 + hν NO + O 
O + O2 + M O3 + M 
NO + O3 NO2 + O2
•	 Amônia (NH3):
Encontra-se em quantidade muito pequena. Ela provém da fermentação de 
materiais orgânicos nitrogenados provocados por microrganismos e processos 
químicos industriais. É capaz de reagir com os ácidos da atmosfera.
12
QUÍMICA AMBIENTAL
•	 Ozônio (O3):
O ozônio é um forte oxidante, possui um cheiro forte, acre e pungente e apresenta 
ação tóxica. Por isso, é um poluente na troposfera, apesar do seu importante papel 
na estratosfera. Muito tóxico a plantas e animais, prejudica os pulmões, o sistema 
respiratório e os olhos. Enquanto, nas plantas, ele provoca manchas, descoloração e 
parada no crescimento.
Na troposfera, forma-se, principalmente, por reações fotoquímicas com 
radiações UV, envolvendo compostos orgânicos voláteis (como a gasolina), oxigênio 
e dióxido de nitrogênio, podendo ser formando tanto na troposfera, quanto nas 
camadas superiores.
Como resultado do seu processo de formação, as suas concentrações são, 
normalmente, mais elevadas durante o período de primavera-verão. É produzido 
também a partir de descargas elétricas na atmosfera. É o principal responsável pelo 
“smog”.
 
•	 Hidrocarbonetos (HC):
São compostos orgânicos formados por átomos de carbono e hidrogênio. 
São, usualmente, vapores não queimados que evaporam dos reservatórios, tais 
como gasolina, querosene, etc. Origina-se também de combustão incompleta de 
combustíveis fósseis.
•	 Metano(CH4):
Um gás inodoro, incolor, pouco solúvel na água e menos denso que o ar.
O metano possui várias fontes naturais através da fermentação da matéria 
orgânica por processo anaeróbio. Dessa forma, participa do ciclo biogeoquímico do 
carbono (conforme equação abaixo) e é liberado das fontes subterrâneas como o 
gás natural e de minas de carvão, liberado no cultivo de arroz, nos pântanos e na 
digestão dos animais herbívoros.
2CH2O CH4(g) + CO2
É consumido na atmosfera sob a ação da radiação solar e radicais químicos. Na 
13
SUBSTÂNCIAS DA ATMOSFERA
troposfera, através de reações fotoquímicas, participa na formação de CO e O3. Por 
exemplo, ele reage com radical hidroxila e transforma- se em monóxido e dióxido 
de carbono. É um gás importante do efeito estufa. Destrói-se na baixa atmosfera por 
reações com radicais livres OH.
•	 CFCs:
Os clorofluorcarbonos ou CFCs são compostos antropogênicos de carbono, 
cloro e flúor. Dentre esses compostos, os conhecidos como freon 11 (CCI3F) e freon 
12 (CCI2F2) foram os mais amplamente utilizados como gases para refrigeradores, 
compressores de ar condicionado e como propelentes em produtos diversos como 
inseticidas, cremes de barbear, sprays para cabelo, desodorantes etc. Os CFCs foram 
tambémlargamente utilizados como solventes para a limpeza de peças eletrônicas, 
como chips de computadores, e na manufatura de espumas plásticas porosas. Esses 
gases, além da destruição da camada de ozônio, contribuem para o aumento do 
efeito estufa.
•	 Vapor de água:
A composição do ar (já mencionada no módulo 5) é dada sobre o ar seco 
(sem nenhuma água). O vapor de água, entretanto, é distribuído de forma muito 
pouco homogênea na atmosfera. Dependendo das circunstâncias climáticas e 
da temperatura, o índice de vapor de água de ar pode variar entre 0,1% e 4% na 
troposfera e diminui a quase zero em qualquer lugar acima da tropopausa.
Além destes, há milhares de gases orgânicos e inorgânicos que são emitidos pelas 
plantas e animais ou durante procedimentos industriais (por exemplo, solventes) ou 
são formados durante processos químicos na atmosfera. Contribuem para processos 
químicos muito complexos, em particular, na maior parte da camada mais baixa da 
atmosfera, a troposfera.
•	 Material particulado:
Grupo de substâncias ou materiais no estado sólido ou líquido, suspensas no ar. 
14
QUÍMICA AMBIENTAL
O tempo de permanência destas partículas na atmosfera está relacionado com o seu 
tamanho e densidade.
Sua origem natural é proveniente das erupções vulcânicas, das queimadas, 
do pólen, da maresia, nas nuvens de poeiras levantadas pelo vento, enquanto a 
origem antropogênica é diversificada, como pode ocorrer, por exemplo, nas usinas 
termoelétricas alimentadas com carvão, nas siderúrgicas, nas indústrias de cimento e 
no trânsito de veículos.
As principais espécies são: fuligem, óxidos, silicatos, cloretos, sulfatos, fluoretos, 
metais, nitrato, resinas, pólen, fungos e microrganismos.
Podem ser denominados de diversos modos: aerossóis, fumos, neblina, névoa 
e pós.
Os efeitos das partículas na saúde dependem tanto da dimensão como das 
características físicas e químicas das partículas. Podem causar vários problemas 
de saúde: irritação nasal, tosse, bronquite, asma, enquanto as partículas mais finas 
podem transportar substâncias tóxicas para as vias respiratórias e atingir os alvéolos 
pulmonares, provocando dificuldades respiratórias e, por vezes, danos permanentes.
O seu efeito no meio ambiente é o fato de que protegem a Terra da radiação 
solar, pois facilitam a formação de nuvens.
 
ATIVIDADE 01
1.1. Descreva os processos industriais para 
obtenção dos principais gases da atmosfera.
1.2. Por que chamamos o monóxido de carbono 
de assassino silencioso?
1.3. Quais formas de diminuir o dióxido de carbono da atmosfera?
1.4. Cite e comente sobre as principais fontes naturais de metano.
1.5. Cite três substâncias formadas através da descarga elétrica na 
atmosfera.
1.6. Cite a principal fonte natural e antropogênica de enxofre para a 
atmosfera.
15
SUBSTÂNCIAS DA ATMOSFERA
1.7. O teor de água na atmosfera varia de 0,1 a 4%. Cite locais na 
superfície da Terra onde o teor de água na atmosfera é mínimo e o 
local onde pode ser máximo.
RESUMINDO
Nesta sexta aula, aprendemos que a presença 
de algumas substâncias em pequena quantidade na 
atmosfera influenciam na qualidade da vida no nosso 
planeta, protegendo contra radiações e tornando o clima 
agradável. Muitas dessas substâncias-traço têm origem 
natural, porém, com a atividade antropogênica, vem 
aumentando, constantemente, os seus teores, provocando 
desequilíbrio nos ciclos naturais. Além do mais, muitas 
dessas substâncias são tóxicas, provocando doenças e até, 
em alguns casos, a morte. Conhecemos as principais fontes 
dessas substâncias, possibilitando que busquemos formas 
de evitá-las ou diminuí-las para um ambiente atmosférico 
mais saudável.
LEITURAS COMPLEMENTARES
MARTINS, C. R.; PEREIRA, P. A. P.; LOPES, W. A.; ANDRADE, J. 
B. Ciclos Globais de Carbono, Nitrogênio e Enxofre: A 
importância na química da atmosfera. Cadernos Temáticos 
de Química Nova na Escola, São Paulo, n. 05, 2003.
16
QUÍMICA AMBIENTAL
AVALIANDO SEUS CONHECIMENTOS
Considerando a leitura desta aula, as atividades e leituras 
complementares desenvolvidas por você, resolva as 
seguintes questões.
1. Cite os principais compostos nitrogenados da 
atmosfera de importância ambiental. Qual deles não é 
tóxico?
2. Escreva a equação fotoquímica da formação do 
ozônio.
3. Cite as principais doenças causadas pelo material 
particulado no ar.
4. Que efeitos a presença de elevadas concentrações 
de SOx e NOx tem sobre os vegetais?
5. É possível a Terra ser habitada sem a presença das 
substâncias-traço?
MOZETO, A. A. Química atmosférica: a química
sobre nossas cabeças. Caderno Temático Química Nova na 
Escola, São Paulo, n. 01, p. 41 - 49, 2001.
SANTOS, W. L. P.; MOL, G. S. (Coord.). Química e Sociedade: 
volume único, São Paulo: Nova Geração, 2004.
17
SUBSTÂNCIAS DA ATMOSFERA
CONHECENDO AS REFERÊNCIAS
BAIRD, C. Química Ambiental. 2. ed., São Paulo: Bookman, 2002.
MANAHAN, S. E. Fundamentals of Environmental Chemistry. 2. ed. Boca Raton: 
Lewis Publishers, 2001.
MANO, E. B.; PACHECO, E. B. A. V.; BONELLI, C. M. C. Meio ambiente, poluição e 
reciclagem. São Paulo: Edgar blucher Ed., 2005.
OLIVIER, M. J. Chime de L’environnement. 3. ed. Canadá: Ed. Editeur Les 
productions, 1998.
ROCHA, J. L; ROSA, A. H.; CARDOSO, A. A. Introdução à Química Ambiental. Porto 
Alegre: Bookman, 2004.
VASCONCELOS, N. M. S. Química da atmosfera. Fortaleza: Ed. Demócrito
Rocha, 2004.