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Química ambiental
Book · April 2018
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Rafael Ferreira
Universidade Federal do Espírito Santo
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Josimar Ribeiro
Universidade Federal do Espírito Santo
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Universidade Aberta do Brasil
Universidade Federal do Espírito Santo
Química
Química 
Ambiental
Rafael de Queiroz Ferreira
Josimar Ribeiro
Rosângela C. Barthus
Licenciatura
Q
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m
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a 
Am
bi
en
ta
l
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
Núcleo de Educação Aberta e a Distância
Rafael de Queiroz Ferreira
Josimar Ribeiro
Rosângela C. Barthus
Vitória
2013
Química Ambiental
Dados Internacionais de Catalogação-na-publicação (CIP)
(Biblioteca Central da Universidade Federal do Espírito Santo, ES, Brasil)
 
Ferreira, Rafael de Queiroz.
 Química ambiental / Josimar Ribeiro, Rafael de Queiroz Ferreira, 
Rosângela C. Barthus. - Vitória : Universidade Federal do Espírito Santo, 
Núcleo de Educação Aberta e à Distância, 2013.
126 p. : il.
Inclui bibliografia.
ISBN: 978-85-8173-065-3
1. Química ambiental. I. Ferreira, Rafael de Queiroz. II. Barthus, Rosângela 
C. III. Título.
CDU: 54
Presidente da República
Dilma Rousseff
Ministro da Educação
Aloizio Mercadante
Diretoria de Educação a Distância 
DED/CAPES/MEC
João Carlos Teatini de Souza Climaco
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
Reitor
Reinaldo Centoducatte
Diretora-Geral do Núcleo de Educação Aberta 
e a Distância (ne@ad)
Maria Aparecida Santos Corrêa Barreto 
Coordenadora UAB da UFES
Teresa Cristina Janes Carneiro
Coordenadora Adjunta UAB da UFES
Maria José Campos Rodrigues
Diretora Administrativa do ne@ad
Maria José Campos Rodrigues
Diretor Pedagógico do ne@ad
Júlio Francelino Ferreira Filho 
Diretor do Centro de Ciências Exatas
Armando Biondo Filho
Coordenador do Curso de Graduação 
Licenciatura em Química – EAD/UFES
Josimar Ribeiro
Revisor de Conteúdo
Maria de Fátima Fontes Lelis
Revisor de Linguagem
Andrea Antonini Grijó
Design Gráfico
LDI – Laboratório de Design Instrucional
ne@ad
Av. Fernando Ferrari, nº 514 
CEP 29075-910, Goiabeiras 
Vitória – ES
(27) 4009-2208
R484q
LDI coordenação
Heliana Pacheco
José Otávio Lobo Name
Letícia Pedruzzi Fonseca
Priscilla Garone
Ricardo Esteves
Gerência
Daniel Dutra 
Editoração
Thaís André Imbroisi
Samuelly Ribeiro Silva
Capa
Paulo Reckel
Paulo Caldas
Impressão
Gráfica e Editora GSA
Laboratório de Design Instrucional
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poderá ser reproduzida, transmitida e gravada, por qualquer meio eletrônico, por fotocópia e outros, sem a prévia 
autorização, por escrito, da Direção Administrativa do ne@ad – UFES.
A reprodução de imagens nesta obra tem caráter pedagógico e científico, amparada pelos limites do direito de 
autor, de acordo com a lei nº 9.610/1998, art. 46, III (citação em livros, jornais, revistas ou qualquer outro meio de 
comunicação, de passagens de qualquer obra, para fins de estudo, crítica ou polêmica, na medida justificada para 
o fim a atingir, indicando-se o nome do autor e a origem da obra). Toda reprodução foi realizada com amparo legal 
do regime geral de direito de autor no Brasil.
Sumário
Geração hidroelétrica 10
Combustível fóssil 14
Energia Eólica 19
Energia Nuclear 23
Célula e Combustível 32
Atividades 37
Desenvolvendo e Aplicando o conhecimento 37
Referências 38
Introdução 42
Transformações químicas na atmosfera 45
Poluição Atmosférica 52
Atividades 56
Desenvolvendo e Aplicando o conhecimento 56
Referências 57
Introdução 60
Ciclo Hidrológico 61
Água: propriedades físicas e implicações no clima 64
Água: Solvente e Meio Biológico 65
Águas Naturais e reações 66
Os íos presentes em águas naturais e potáveis 75
Interação da água com o solo e a química dominante 77
A importância das reações químicas considerando 
a água e um meio ecológico 79
Poluição e Purificação da Água 82
Água subterrânea 89
Atividades 96
Desenvolvendo e Aplicando o conhecimento 97
Referências 97
Introdução 100
A produção de alimentos 101
Pesticidas 104
Alimentos geneticamente modificados 116
Atividades 119
Desenvolvendo e Aplicando o conhecimento 120
Referências 121
Energia
1
Atmosfera
2
Recursos
Hídricos
3
Biosfera
4
O Estudo da 
Química Ambiental
Antes de iniciarmos o estudo da Química Ambiental precisamos verificar o que você 
sabe ou pensa a respeito de alguns conceitos. Esta estratégia metodológica é conhe-
cida como sondagem de conhecimentos prévios.
Alguns termos e conceitos que estudaremos ao longo deste curso são listados a 
seguir. Utilizando um bloco de anotações ou o seu caderno, indique o termo ou o 
conceito que você julga estar relacionado com a Figura 1 e justifique sua escolha. 
Em seguida, discuta com os seus colegas de turma junto ao fórum de discussão da 
disciplina Química Ambiental na plataforma Moodle suasconclusões.
1) Fontes de energias
2) Efeito estufa
3) Recursos hídricos
4) Energia renovável
5) Poluição do meio ambiente
Figura 1. Sistema de geração de energia 
elétrica por meio dos ventos. 
6) Substâncias químicas tóxicas
7) Controle de pragas
8) Ozônio estratosférico
9) Células a combustível
10) Ciclo da água
O conhecimento sobre química ambiental propicia um melhor entendimento do 
mundo que nos rodeia e, consequentemente, nos ajuda a ter uma melhor qualidade 
de vida, pois nos permite exercer melhor nossos direitos e deveres como cidadãos, 
preservando e cuidando melhor do planeta, que é a nossa casa.
Por meio deste livro você aprofundará os seus conhecimentos acerca de vários 
tópicos relacionados à química ambiental, tais como: energia, poluição, recursos hí-
dricos e biosfera, abordando aspectos químicos e biológicos que afetam diretamente 
os organismos vivos, vulneráveis aos efeitos de substâncias tóxicas em seu meio am-
biente. No primeiro capítulo você estudará as fontes de energia, os custos ambientais 
— como a ameaça do aquecimento global, derramamento de petróleo e poluição do ar 
e das águas —, as fontes renováveis e a energia nuclear e seus principais problemas.
Em 1987, a Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, criada 
em 1983 pela Organização das Nações Unidas (ONU), recomendou num relatório a 
criação de uma nova carta ou declaração universal sobre a proteção ambiental e o 
desenvolvimento sustentável publicado com o título “Nosso futuro comum”. O prin-
cípio de sustentabilidade está no fato de que o desenvolvimento tem que “Atender às 
necessidades da geração presente sem comprometer a habilidade das gerações futuras 
de suprir suas próprias necessidades”. Assim, todas as formas de relação do homem 
com a natureza devem ocorrer com o menor dano possível ao ambiente. Em geral, 
as discussões ambientais atuais estão associadas à palavra sustentabilidade, que ad-
vém da percepção de que a atividade humana está progressivamente consumindo de 
forma abrupta os recursos naturais, sem que a natureza possa se recuperar de forma 
satisfatória e isso pode acarretar grandes prejuízos para as futuras gerações.
A noção de sustentabilidade tem-se firmado como o novo paradigma do desen-
volvimento humano. A Agenda 21 Brasileira firmada pelo Brasil, durante a Confe-
rência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, realizada no Rio 
de Janeiro, em 1992, compromete-se com a construção política das bases do desen-
volvimento sustentável, cujo objetivo é conciliar justiça social, equilíbrio ambiental 
e eficiência econômica.
Quando pensamos em sustentabilidade e energia, longo vem à nossa mente a ideia 
da queima de combustível fóssil, do uso do petróleo, do gás e do carvão, práticas 
Figura 2. Fluxo de energia irradiada pelo 
Sol e coletado pela Terra.
consideradas não sustentáveis para geração de energia, pois a energia contida nesses 
materiais não pode ser facilmente recuperada. Além disso, a queima desses materiais 
propicia o aumento da quantidade de CO2 presente na atmosfera, o que, segundo al-
guns pesquisadores, provoca o aquecimento do planeta. 
A Figura 2 representa o fluxo de energia irradiada de uma fonte rica em energia, 
o Sol. A energia irradiada por nossa estrela mais próxima e cerca de 1,2 × 1031 kJ 
por ano e somente uma pequena parcela é coletada pelo planeta Terra, ou seja, 54,4 
× 1020 kJ por ano, o que equivale em porcentagem 0,000000045 %. Dessa fração 
14,1× 1020 kJ por ano é refletida pela atmosfera, 17,5 × 1020 kJ por ano é usada para 
aquecimento e evaporação em oceanos (12,5 × 1020 kJ por ano), somente 0,085 × 1020 
kJ por ano é usada pelas plantas durante o processo de fotossíntese e finalmente, 
7,6 × 1020 kJ por ano é usado para aquecimento do solo (com 2,2 × 1020 kJ por ano 
refletido pela superfície).
 
ATIVIDADE 1
Disserte suscintamente sobre o conceito de sustentabilidade.
Evaporação da água
12,5x1020 kj por ano
Terra
Oceano
Ar
54,4x1020 kj
por ano
Fotossíntese
0,085x1020 kj 
por ano
Aquecimento da terra
7,6x1020 kj por ano
1.1 Geração hidroelétrica 10
1.2 Combustível fóssil 14
1.3 Energia Eólica 19
1.4 Energia Nuclear 23
1.5 Célula a Combustível 32
1.6 Atividades 37
1.7 Desenvolvendo e Aplicando o conhecimento 37
1.8 Referências 38
1 Energia
12 • Química Ambiental
Considerada uma fonte de energia renovável, a hidroeletricidade é 
o tipo mais eficiente e consiste em aproveitar a energia potencial 
ou cinética da água, transformando-a em energia mecânica e pos-
teriormente em eletricidade. Neste tópico, discutiremos os aspectos 
da geração de energia elétrica pelo uso da água, os problemas am-
bientais e suas relações socioeconômicas.
O Brasil possui cerca de 560 usinas e subestações e 1079 linhas 
de transmissão que formam a rede de operação do Operador Na-
cional do Sistema Elétrico, segundo dados do Ministério de Minas 
e Energia (MME). Até 2005 a capacidade instalada dessas usinas 
alcançou a potência total de 84.177 MW (megawatts), dos quais 
70.014 MW em usinas hidrelétricas e o restante em usinas termoe-
létricas (14.163 MW). Atualmente, o Brasil possui uma rede básica 
de transmissão de energia que se estende a mais de 104 mil km, 
levando energia com tensões de 230 kV a 750 kV (quilovolts).
A Figura 1.1 apresenta a Energia Natural Afluente, ENA, dos 
recursos hídricos da região Sudeste/Centro-Oeste. Segundo o Bo-
letim de Monitoramento do Sistema Elétrico do Brasil no mês de 
novembro de 2012, com o início da estação chuvosa, houve uma 
geração 
hidroelétrica
1.1
16.000
32.000
48.000
64.000
80.000
0
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Região Sudeste / Centro-oeste
MLT ENA - 2011 ENA - 2012
M
W
 m
ed
55
.7
30
70
.5
47
64
.0
90
58
.8
44
43
.5
44 46
.4
87
54
.5
48
61
.6
55
34
.9
11
41
.0
88 44
.7
26
31
.2
27
29
.7
43
32
.4
23
23
.2
00
25
.1
87
27
.7
29
34
.7
58
20
.9
96
23
.5
19
24
.9
85
17
.6
40 20
.6
60
16
.7
58
17
.6
64
15
.2
31
13
.7
78
21
.2
20
23
.3
30
12
.5
20
27
.1
92
24
.1
82
21
.4
82
41
.1
77
40
.7
36
Figura 1.1. Energia Natural Afluente, ENA, da região Sudeste/Centro-Oeste dos anos de 2011 e 2012. Fonte: Ministé-
rio de Minas e Energia.
Capítulo 1: Energia • 13
elevação do volume de precipitação nas principais bacias da re-
gião Sudeste/Centro-Oeste, contudo, não se observou um aumento 
significativo das vazões em virtude do longo período sem chuvas. 
Como podemos ver na Figura 1.1, a ENA bruta teve o valor médio 
de 22.841 MW, ou seja, de 84 % MLT (vazão média de longo termo). 
Considerando o ranking histórico de 82 anos, esse valor correspon-
de somente à 58ª posição. 
A Figura 1.2 apresenta dados da Energia Armazenada em Re-
servatório, EAR, em função do mês em diferentes anos. Segundo 
os dados do Boletim de Monitoramento do Sistema Elétrico Brasi-
leiro, o intercâmbio das regiões Sul e Sudeste/Centro-Oeste no mês 
de novembro de 2012 provocou uma elevação nos reservatórios na 
região Sul, com um decréscimo de 5,1 % na região Sudeste/Centro-
-Oeste. Além disso, observa-se que o armazenamento atingiu o 
menor valor para o mês desde 2001 (31,9 pontos percentuais de 
EAR). Ademais, a depreciação dos reservatórios na região Sudeste/
Centro-Oeste foi agravada em virtude dos intercâmbios com as 
regiões Nordeste e Norte.
2008 2009 2010 2011 2012
Período chuvoso Chuvoso
Período seco
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
1-
ja
n
15
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29
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12
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no
v
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-n
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2-
de
z
16
-d
ez
30
-d
ez
Energia Armazenada Máxima = 201.265 MWmês
Região Sudeste / Centro-oeste
%
EA
R
30-11-2012 : 31,9%
Figura. 1.2. Recursos hídricos das regiões Sudeste e Centro-oeste. Fonte: Ministério de Minas e Energia.
14 • QuímicaAmbiental
A Tabela 1.1 apresenta dados da Energia Armazenada em Re-
servatório no final do mês de novembro de 2012 e capacidade total 
dos reservatórios brasileiros. Os dados da Tabela 1.1 mostram que 
a região Sudeste/Centro-Oeste apresenta uma capacidade máxima 
em megawatts mês de 201.265 MW, o que corresponde a 70,1 % da 
capacidade total brasileira, isso indica a sua grande importância 
para o sistema elétrico brasileiro.
Regiões
Energia Armazenada no 
Final do Mês (% EAR)
Capacidade Máxima 
(MWmês)
% da Capacidade 
Total
Sudeste 31,9 201.265 70,1
Sul 37,6 19.618 6,8
Nordeste 34,3 51.859 18,1
Norte 38,9 14.267 5,0
Total: 287.009 100
Tabela. 1.1. Energia Armazenada em Reservatório, EAR.
Como podemos observar na Figura 1.3, que mostra a matriz de 
energia elétrica no Brasil, 69,73 % de toda a energia produzida no 
país vem das hidrelétricas e os demais 30,27 % estão distribuídos 
nas demais fontes, das quais 18,92 % são atribuídos ao petróleo, ao 
gás natural e ao carvão mineral. Fontes essas sobre as quais discu-
tiremos na próxima seção.
Eóica 1,51%
Carvão Mineral 1,62%
Nuclear 1,67%
Petróleo 6,13%
Biomassa 8,17%
Gás 11,17%
Hidrelétrica 69,73%
Solar 0,01%
Figura 1.3. Matriz de energia elétrica brasileira. Fonte: Agência Nacional de Energia Elétrica, 
ANEEL.
Capítulo 1: Energia • 15
Bem, como, então, é gerada energia elétrica nas usinas hidrelé-
tricas? O Brasil possui grandes quantidades de rios com desníveis 
acentuados, o que possibilita a sua utilização de forma econômica 
e mais eficiente. O processo consiste em aproveitar a energia po-
tencial ou cinética da água, transformando-a em energia mecânica 
pelas turbinas e finalmente em eletricidade pelo gerador. A função 
basicamente da força das águas para gerar energia elétrica nas usi-
nas as fazem ser denominadas hidrelétricas. As usinas hidrelétricas 
possuem uma barragem ou represa para conter um volume grande 
de água do rio e também para controlar o fluxo (vazão) dessas 
águas. No interior da represa, aquedutos inclinados são instalados 
para levar a água para as turbinas. Durante o seu funcionamento, 
a água desce pelos tubos e faz girar o sistema de hélices, movimen-
tando o eixo dos geradores que produzem a energia elétrica. Perto 
dos geradores, são instalados os transformadores, equipamentos 
que acumulam e enviam a energia elétrica para os cabos das linhas 
de transmissão.
Por ser um do sistema mais barato de produção de energia, são 
inúmeras as suas vantagens, entretanto provoca impactos ambien-
tais, tanto na fase de construção como na fase de operação da hi-
droelétrica. A região próxima da usina pode sofrer severo impacto 
ambiental, gerando situação danosa aos ecossistemas existentes na 
região. No Brasil, por exemplo, a usina de Belo Monte, que está 
sendo construída na Bacia do Rio Xingu, em sua parte paraense, 
está envolvida em uma polêmica há mais de 20 anos, mesmo após o 
Ministério do Meio Ambiente (MMA), conceder a licença ambiental 
para sua construção em fevereiro de 2010. Muitos ambientalistas 
e indígenas da região envolveram-se em conflitos com a Empresa 
Norte Energia, responsável pela construção da usina. Durante a 
conferência Rio +20, realizada na cidade do Rio de Janeiro em ju-
nho de 2012, o cacique Raoni Metuktire realizou muitas manifesta-
ções contra a construção da usina de Belo Monte, solicitando a sua 
suspensão devido ao descumprimento das condicionantes.
A Figura 1.4 representa o esquema do funcionamento de uma 
usina hidrelétrica. Após passar pelas turbinas e as movimentar, as 
águas represadas voltam para o rio. 
Com 14 mil MW de capacidade de geração, a Itaipu é a segunda 
maior usina hidrelétrica do mundo em potência instalada, atrás so-
mente da usina na China, conhecida como Três Gargantas. A hidro-
elétrica de Itaipu está situada na Bacia do rio Paraná, na “tríplice 
16 • Química Ambiental
fronteira” formada pelos limites territoriais entre Brasil, Paraguai 
e Argentina e foi construída pelo Brasil e Paraguai. Sua adminis-
tração continua com os dois países, e parte da energia destinada 
ao Paraguai é vendida para o Brasil, devido ao seu maior consumo.
Figura 1.4 Esquema de uma usina hidrelétrica.
Os combustíveis fósseis são considerados fontes não renováveis de 
energia, pois não podem, em curto prazo, ser repostos ao planeta. 
Eles são constituídos por depósitos naturais de petróleo, gás na-
tural e carvão. Os depósitos naturais de petróleo, por exemplo, se 
formaram há milhões de anos atrás pela decomposição de matéria 
orgânica de origem animal e vegetal, os quais foram submetidos a 
altas temperaturas e pressões na nossa crosta.
O petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos, que 
contém centenas de substâncias sólidas, líquidas e gasosas, cuja 
composição apresenta certas variações conforme as condições 
de formação. Os campos petrolíferos se localizam tanto em terra 
quanto em mar, em águas rasas, profundas e ultraprofundas. O Es-
pírito Santo foi destaque na produção de petróleo e gás natural no 
Brasil por sua cadeia produtiva de petróleo nas áreas de pré e pós-
-sal, formando uma combinação com elevado potencial. Grandes 
combustível
fóssil
1.2
Linhas de transmissão
Gerador Gerador
Turbina
Saída
Aqueduto
Entrada
Solo
Represa
Reservatório
Porta de 
controle
Capítulo 1: Energia • 17
reservatórios de óleo e gás são encontrados acima e abaixo de uma 
camada de sal, apresentando excelente estado de conservação, ou 
seja, petróleo não degradado por bactérias, que corresponde a pe-
tróleos classificados como leves. Outro produto importante presen-
te nos poços de petróleo, ou óleo bruto (fase líquida) é chamado de 
gás natural, constituído principalmente por metano, CH4.
O gás natural é dividido em duas subcategorias que são:
a) gás associado: quando o gás natural está associado à fase 
líquida do petróleo ou sobre uma fina camada ou dissolvido 
no petróleo;
b) gás não associado: quando a quantidade de petróleo é muito 
pequena ou inexistente.
Além do metano, o gás natural pode ser constituído por outros 
hidrocarbonetos, por exemplo, etano (C2H6), propano (C3H8), butano 
(C4H10) e também por outros gases em porcentagens menores da 
ordem de 0,5 % a 15 %, tais como: N2 e CO2.
A Petrobras foi criada em 1953 em um contexto histórico e po-
lítico, tornando-se a obra magna do nacionalismo político-econô-
mico do então presidente Getúlio Vargas. Em 1951, Vargas enviou 
ao congresso um projeto de lei que estabelecia o monopólio estatal 
sobre a perfuração e o refino do petróleo por meio da empresa 
Petrobras, uma empresa de capital misto cuja maioria das ações 
seria controlada pelo Estado. Ocorreram muitos conflitos durante 
a implementação dessa lei, até que, em 3 de outubro de 1953, foi 
sancionada. A produção de petróleo nos três primeiros anos de 
funcionamento da Petrobras foi muito grande, sendo três vezes 
maior do que a produção desde 1939, quando o primeiro poço foi 
aberto e explorado no Brasil.
A origem da palavra petróleo é latina e significa petra (pedra) e 
oleum (óleo), ou seja, óleo de pedra. O petróleo tem como principais 
componentes substâncias conhecida com hidrocarbonetos, forma-
dos basicamente pelos elementos carbono e hidrogênio. O óleo pode 
ser classificado por meio do grau API (desenvolvido pela American 
Petroleum Institute), que relaciona a densidade do óleo em relação 
à densidade relativa do petróleo, medida a 15,6 ºC. É classificado 
como leve se o grau API for > 31,1; médio se estiver entre 22,3 – 
31,1; pesado entre 10,0 – 22,3 e extrapesado < 10,0.
18 • Química Ambiental
A Figura 1.5 apresenta a evolução do preço do petróleo ao longo 
das últimas duas décadas, entre os anos de 1995-2012. Na década 
de 90 o preço do barril de petróleo não variava muito, entre R$ 11 
a 34 reais, mas no final dessa década o preço do barril começou a 
subir apresentando picos nos anos de 2003 e 2008. Em 2009, o pre-
ço teve uma queda bruta passando de R$ 210 reais para aproxima-
damente R$ 100 reais,uma variação de mais de 100 %. Nos últimos 
três anos, os valores vêm crescendo e atualmente está novamente 
em torno de R$ 210 reais.
ja
n 
- 1
99
5
ja
n 
- 1
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6
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n 
- 1
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0
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n 
- 2
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1
ja
n 
- 2
01
2
226,45
205
183,54
162,09
140,63
119,18
97,73
76,27
54,82
33,36
11.91
Re
al
 b
ra
si
ei
ro
 p
or
 b
ar
ril
Figura 1.5. Evolução do preço do petróleo entre os anos de 1995-2012. Fonte: http://www.indexmundi.com
A vantagem do uso do petróleo está no fato dele ser um líquido, 
o que torna fácil o seu transporte. Isso promoveu o desenvolvimen-
to de veículos movidos por combustível fóssil, tais como: automó-
veis, aviões, barcos, dentre outros. Os derivados do petróleo, usados 
atualmente como combustível, apresentam também a vantagem de 
serem relativamente limpos, pois a maior parte dos resíduos de 
enxofre e metais fica nos subprodutos, durante o processo de re-
fino do petróleo. Por outro lado, a combustão desses combustíveis 
no interior dos motores dos veículos libera para a atmosfera uma 
grande quantidade de poluentes gasosos, tais como: NOx, CO2, CO, 
SO2. Ademais, durante o processo de extração, o petróleo pode con-
taminar o solo ou os oceanos quando há derramamento, causando 
enormes problemas para os ecossistemas marinhos.
Capítulo 1: Energia • 19
A Figura 1.6 demonstra o derramamento de petróleo que ocor-
reu em 2010, no fundo do mar devido a um problema no poço 
de extração de petróleo na costa dos Estados Unidos, quando a 
plataforma Deepwater Horizon da empresa British Petroleum, lo-
calizada numa região de intensa exploração de petróleo, a 65 km 
da costa americana (Estado da Louisiana), explodiu, causando a 
morte de 11 funcionários. Dois dias depois, a plataforma afundou 
a aproximadamente 80 quilômetros da costa da Louisiana, sul dos 
Estados Unidos. Em consequência do acidente, o sistema automá-
tico que deveria fechar imediatamente a válvula de segurança do 
poço no fundo do mar não funcionou. Assim, o poço ficou aberto 
por vários dias vazando quase 1 milhão de litros de petróleo por 
dia, provocando o pior acidente desde tipo nos Estados Unidos. O 
sistema de válvula poderia ser fechado manualmente, contudo, o 
problema era que a válvula estava a 1,5 km de profundidade, o que 
se mostrou de difícil resolução. Após varias tentativas mal suce-
didas o poço foi fechado, mas o desastre foi inevitável, formando 
uma enorme mancha de óleo que se aproximou do litoral ameri-
cano. Desde então, o óleo vem prejudicando a fauna marinha, o 
turismo e a pesca na região.
Figura 1.6. Imagem aérea da região do derramamento de petróleo no litoral americano da empresa British 
Petroleum em abril de 2010. Fonte: http://veja1.abrilm.com.br/assets/images/2012/11/112068/bp-20121128-size-598.
jpg?1354125910
20 • Química Ambiental
No Brasil, o derramamento de petróleo é um problema. Recen-
temente, em 2012 houve um vazamento na área do pré-sal (pro-
fundidade de 2.140 metros), na bacia de Santos, SP (localizada a 
300 km da costa brasileira). Os especialistas afirmaram que foram 
derramados por volta de 160 barris de petróleo na região, contudo 
o petróleo não chegou à costa brasileira. Outro evento ocorrido 
no Brasil foi caso envolvendo a empresa Chevron em novembro 
de 2011, quando houve o derramamento de cerca de 2.400 barris 
de petróleo na bacia de Campos, no litoral do Rio de Janeiro. O 
Ibama (Instituo Brasileiro de Meio Ambiente) na época multou a 
empresa em R$ 60 milhões de reais, pois o vazamento ocorreu 
devido à perfuração de um novo poço na mesma região do campo 
de Frade, onde já se produzia petróleo, o que provocou um excesso 
de pressão no local.
O carvão mineral é outra fonte de combustível e sua história 
no Brasil começa no século XVIII em 1795. O Brasil apresenta 8 
jazidas de maior destaque e diversas menores, e 88 % dos recursos 
estão localizados no estado do Rio Grande do Sul. O principal uso 
do carvão no Brasil ocorre em usinas geradoras de eletricidade, as 
termoelétricas, onde esse é queimado de forma eficiente e completa. 
Os demais consumidores são: indústria de cimento; petroquímica, 
indústria de celulose e papel; indústria de alimentos e indústria ce-
râmica. No Brasil, o carvão metalúrgico para uso siderúrgico, des-
de 1991, é integralmente importado. No caso do carvão energético, 
inversamente, é quase todo produzido no país. Isso se deve ao fato 
de que nossas jazidas, de reduzidas dimensões, com camadas car-
boníferas irregulares, de pequena espessura e pouca continuidade 
lateral, têm muita dificuldade em produzir em alta escala.
Entre os recursos energéticos não renováveis, apesar do pe-
tróleo e do gás natural serem ainda mais usados e possuírem um 
desenvolvimento mais avançado, as reservas mundiais de carvão 
ocupam a primeira colocação em abundância, superando o petróleo 
em cerca de 4 vezes, distribuídas geograficamente sobre o planeta 
de forma menos concentrada em relação ao petróleo e gás. 
As principais desvantagens do uso do carvão estão no fato de 
sua extração poder causar sérios danos ao meio ambiente e à saúde 
humana, apesar das severas leis federais, estaduais e municipais 
existentes. Também com respeito à sua queima, nas usinas termoe-
létricas, há a emissão de fuligem e SO2 e NO, que são os principais 
responsáveis pela chuva ácida, e de partículas de aerossóis que 
Capítulo 1: Energia • 21
desempenham um papel importante na regulação do clima global, 
além de causar impactos aos seres vivos. Assim, como os demais 
combustíveis fósseis, o CO2 emitido contribui com o efeito estufa 
global. Comparativamente, a queima de carvão emite mais CO2 do 
que a queima de petróleo ou gás natural por unidade de energia 
produzida, pois sua relação C/H é baixa.
Um dos assuntos, que atualmente recebe muita atenção, é a des-
carbonização, processo pelo qual se tenta reduzir a quantidade de 
CO2 presente na atmosfera. A descarbonização será um processo de 
isolar o CO2 e armazená-lo de forma a não ser prejudicial ao ecos-
sistema e que seja economicamente viável. Após a queima dos com-
bustíveis fósseis, o CO2 poderia ser separado dos gases de exaustão 
por absorção em aminas orgânicas, reagindo e formando carba-
matos. Em seguida o carbamato é aquecido e libera novamente a 
amina e CO2, que poderiam ser armazenados em diferentes lugares, 
por exemplo, no fundo do mar, em aquíferos, em reservatórios de 
petróleo e gás. A injeção de CO2 já está sendo realizada em alguns 
campos petrolíferos para forçar o fluxo do óleo pelo reservatório 
até o poço, intensificando a sua recuperação.
A primeira turbina eólica ligada à rede pública com capacidade 
para geração de energia elétrica comercial foi instalada na Dina-
marca, em 1976. De lá para cá, o potencial eólico só vem crescendo 
e atualmente estão em funcionamento mais de 40 mil turbinas eó-
licas em todo o mundo. Como já foi mencionado, o planeta vive um 
momento único de consciência em torno da importância da adoção 
de fontes de energia renováveis. 
A Tabela 1.2 apresenta a matriz de energia elétrica brasilei-
ra em termos da capacidade instalada e disponível em diferentes 
formas de geração de energia. Como podemos observar, no Brasil 
atualmente há 82 usinas eólicas com uma capacidade instalada de 
1.815 MW e capacidade disponível de 1,51 %. Apesar de o Brasil 
apresentar um percentual de geração de energia elétrica de 70 % , 
oriundos das usinas hidrelétricas, o novo perfil mundial em torno 
da sustentabilidade não mais permite alagamentos de grandes áre-
as para a criação de barragens, característicos das grandes hidrelé-
tricas, além dos já mencionados problemas ambientais gerados pela 
construção desse tipo de usina. 
energia
eólica
1.3
22 • Química Ambiental
Fonte Número de Usinas
Capacidade Instalada(MW)
% Capacidade 
Disponível
Hidrelétrica 1.025 83.647 69,73
Gás 145 13.395 8,17
Biomassa 445 9.801 6,13
Nuclear 998 7.350 1,67
Carvão Mineral 2 2.000 1,62
Eólica 10 1.944 1,51
Solar 82 1.815 <0,01
Capacidade 
disponível 2.717 119.962 100
Fonte: Agência Nacional de Energia Elétrica, ANEEL.
Desta forma, a procura de novas fontes de energia de forma 
sustentável faz-se necessário.
As turbinas utilizadas para geração de energia eólica tiveram 
várias configurações, dentre essas: turbina de eixo de rotação 
vertical, turbina de eixo de rotação horizontal, turbinas de mono 
pá, turbina de di e tri pás, turbina com gerador síncrono, turbina 
com gerador de indução, etc. Entretanto, as pesquisas mostraram 
que a melhor configuração para o projeto de turbina eólica é que 
apresentava o seguinte perfil: eixo de rotação horizontal, hélice 
com três pás, gerador de indução alinhamento ativo e estrutura 
rígida ou não maleável, como ilustrado na Figura 1.7. A potência 
máxima gerada pode ser obtida ajustando o ângulo de passo das 
pás da hélice e em alguns casos, esse dispositivo é usado para 
limitar a potência gerada. 
As primeiras turbinas eólicas tinham uma capacidade de ge-
ração elétrica entre 10 kW e 50 kW de potência nominal, aquelas 
desenvolvidas em escala comercial. Já nos primeiros anos da dé-
cada de 90, essa potência saltou para 100 a 300 kW, ou seja, um 
aumento de 100 – 500 % e em 1995, a potência já era de 300 – 750 
kW. Dois anos depois, em 1997, as turbinas comercializadas tinham 
a potência de 1 a 1,5 MW. Atualmente, alguns países da Europa já 
possuem protótipos em operação com potência da ordem de 5 MW.
Tabela 1.2. Matriz de energia elétrica brasileira
Capítulo 1: Energia • 23
Figura 1.7. Esquema de uma turbina eólica. Fonte: CENTRO BRASILEIRO DE ENERGIA EÓLICA - 
CBEE / UFPE. 2000. Disponível em: www.eolica.com.br. (adaptado)
A Figura 1.8 representa a energia elétrica gerada em usinas 
eólicas nas regiões Nordeste e Sul do Brasil, nos anos 2011 e 2012. 
Como podemos observar, nesses anos, a região Nordeste apresentou 
sempre valores maiores em relação a produção de energia da região 
Sul, além disso, a capacidade instalada na região Nordeste é supe-
rior em média 350 MW, nos dois últimos anos. Isso acontece porque 
as ‘jazidas’ de vento do Brasil estão entre as melhores do mundo, 
pois são compostas por ventos ditos ‘bem comportados e elegantes e 
porque 90 % do potencial eólico do Brasil está localizado na região 
Nordeste (litoral dos estados do Ceará e Rio Grande do Norte e em 
algumas partes do semiárido nordestino).
Multiplicador de velocidade
Acoplamento elástico
Sensores de vento
Gerador elétrico
Torre de sustentação
Controle de giro
Sistema de
freio a disco
Sistema de
controle
Sistema de freio
aerodinâmico
Rotor
Pás
Nacele
24 • Química Ambiental
200
400
600
800
1000
1200
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10%
20%
30%
40%
50%
0%
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Capacidade instalada (MW) Geração Eólica (MWméd) Fator de capacidade
M
W
 
Geração Eólica - Região Nordeste
60%
70%
90%
100%
80%
2011 2012
Fator de capacidade médio mensal
de Janeiro a Outubro:
Em 2011: 24,1%
Em 2012: 37,9%
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Geração Eólica - Região Sul
2011 2012
Fator de capacidade médio mensal
de Janeiro a Outubro:
Em 2011: 27,3%
Em 2012: 28,1%
10%
20%
30%
40%
50%
0%
60%
70%
90%
100%
80%
120
240
360
480
600
720
0
M
W
 
Capacidade instalada (MW) Geração Eólica (MWméd) Fator de capacidade
Figura 1.8. Energia gerada por mês em usinas eólicas instaladas nas regiões: (A) Nordeste e (B) Sul. 
Fonte: MME.
Capítulo 1: Energia • 25
O mundo tomou conhecimento da energia nuclear em meados 
1945, quando do lançamento e detonação da bomba atômica na 
cidade de Hiroshima no Japão, a primeira explosão de uma bomba 
atômica na história da humanidade. Nagasaki, outra cidade japo-
nesa, foi atingida três dias depois, em 9 de agosto. Mas, o primeiro 
teste nuclear da historia foi levado a cabo pelos Estados Unidos, no 
dia 16 de julho de 1945.
Para compreendermos melhor os fatos que levaram a criação 
dos artefatos nucleares devemos voltar a 1895, quando uma desco-
berta acidental provocou uma mudança de paradigma com respeito 
à estrutura atômica. Nesse ano, o físico Wilhelm Conrad Röntgen 
(1845-1923) trabalhando na Universidade de Wurzburga, Alema-
nha, teve sua atenção desviada pela presença de um extravagan-
te brilho em uma tela fluorescente que estava disposta a alguns 
metros do equipamento de descargas de gases rarefeitos que ele 
estava usando, a qual estava coberta com um manto de cor negra, 
também percebeu que a luminosidade desaparecia se o equipamen-
to era desligado. Esse comportamento sugeria que alguma coisa 
estava atravessando a proteção de seu equipamento e atingindo a 
placa fluorescente. Entretanto, como desconhecia a natureza física 
do fenômeno observado, Röntgen os denominou de raios X. 
Fascinado com a descoberta de Röntgen o também físico fran-
cês Antoine-Henri Becquerel (1852-1908) passou a investigar a 
natureza da possível fluorescência provocada pelo composto sul-
fato de potássio e uranilo, K2UO2(SO4)2 e observou que o composto 
era capaz de emitir espontaneamente uma radiação que impres-
sionava filmes fotográficos. A comunidade científica ficou mui-
to intrigada com as descobertas dos dois físicos e assim, vários 
cientistas da época começaram a investigar essas misteriosas ra-
diações. Dentre esses estavam Joseph John Thomson (1856-1940), 
Ernest Rutherford (1871-1937) e Marie Curie (1867-1934). Contudo, 
a relação entre a radioatividade (termo esse, primeiramente men-
cionado por Marie Curie) e o núcleo atômico só foi feita no século 
XX, pois a existência do núcleo atômico ainda não tinha sido 
prevista, o que somente foi feito em 1911, por meio da famosa ex-
periência de Ernest Rutherford do bombardeamento de uma fina 
folha de ouro com partículas alfa.
Exceto para o átomo de hidrogênio, todos os núcleos atômicos 
têm mais de um próton no núcleo, sendo que cada um dos prótons 
energia
nuclear
1.4
26 • Química Ambiental
possui carga positiva, a pergunta que se faz é como um núcleo 
com mais de um próton pode ser estável já que cargas semelhan-
tes se repelem? Para responder tal pergunta, precisamos levar 
em consideração duas forças atuando no núcleo de um átomo: a 
força de repulsão e a atração eletrostática, tais como aquelas pre-
sentes entre os íons em um cristal de cloreto de potássio. Existe 
outra força denominada força nuclear forte, a qual supera a força 
eletrostática de repulsão dos prótons e mantém os prótons e os 
nêutrons confinados no núcleo, além disso, os nêutrons ajudam a 
manter os prótons mais afastados uns dos outros e assim, dimi-
nuindo a repulsão entre eles.
Por haver uma diferença entre as força nuclear forte e eletros-
tática, alguns núcleos com grande quantidades de prótons podem 
ser instáveis devido à presença de poucos nêutrons para diluir as 
repulsões eletrostáticas entre os prótons. E esses núcleos carregam 
muita energia comparativamente a outras distribuições dos mes-
mos núcleos. Para alcançar uma energia menor e assim mais esta-
bilidade, os núcleos instáveis têm uma tendência a ejetar pequenos 
fragmentos nucleares e liberar simultaneamente muita radiação 
eletromagnética de alta energia.
A radiação nuclear ou radiação atômica é evidenciada pela pre-
sença de um feixe de partículas (fótons), vindo de uma amostra e 
a esse fenômeno é dado o nome de radioatividade, em que os ele-
mentos químicos que apresentam tal propriedade são conhecidos 
com materiais radioativos. Atualmente, reconhece-se a existência 
de aproximadamente 350 isótopos naturais, e 17 % deles apresen-
tam o fenômeno da radioatividade.
O núcleo do átomo em certas condições pode emitir vários tipos 
de radiações, dentre elas podemos citar:
1) radiação alfa;
2) radiaçãobeta;
3) radiação gama;
4) raios X.
A radiação alfa ocorre quando um núcleo emite um feixe de 
partículas alfa, constituído por núcleos de hélio (denominado par-
tículas α). As partículas alfa são as partículas com maior massa 
dentre aquelas comumente emitidas pelos radionuclídeos. As partí-
culas alfa são simbolizadas como , em que 4 representa número 
Radionuclídeo é nome dado aos isótopos 
que apresentam radioatividade.
Capítulo 1: Energia • 27
de massa e o 2 representa o número atômico. Apesar de apresentar 
também carga (2+), essa é omitida nessa simbologia.
Por ser uma partícula muito grande comparativamente a ou-
tras partículas com mesma natureza eletromagnética, as partícu-
las alfa não se afastam muito da fonte emissora. Mesmo quando 
saem do emissor, geralmente apresentam um décimo da veloci-
dade da luz, assim apresentam uma baixa energia cinética que é 
rapidamente perdida em poucos centímetros se deslocando no ar 
atmosférico, devido às colisões com as moléculas de outras subs-
tâncias presentes no ar. Finalmente, essas acabam capturando 
elétrons do meio e passam a ser átomos de hélio. Por apresentarem 
baixa energia, não têm muito poder de penetração não ultrapas-
sando uma folha de papel. 
No caso da radiação beta o que temos é um feixe de elétrons os 
quais são chamados de partículas β. Por exemplo, um nêutron pre-
sente em um núcleo de um isótopo do elemento hidrogênio, o trítio 
 pode sobre decaimento emitir uma partícula beta, um próton 
e um antineutrino (é a antipartícula do neutrino), a equação 1.6.1 
representa esse processo:
Em que podemos observar que o nêutron é representado por, o pró-
ton por , a partícula beta por e a partícula de antineutrino por .
Entretanto, em oposição ao que é observado durante a emissão 
de partículas alfa, a qual ocorre com a mesma energia discreta a 
partir de um determinado radionuclídeo, um espectro contínuo de 
energia é obtido durante a emissão de partículas beta. Esse com-
portamento violava o princípio da conservação de energia e os 
cientistas da época tiveram muitas dificuldades em explicar esse 
resultado, mas em 1927, Wolfgang Pauli propôs que durante o pro-
cesso de emissão de partículas beta, esse era acompanhado pela 
emissão de outra partícula, com massa quase zero e eletricamente 
neutra. Por não apresentarem carga elétrica, essas partículas foram 
nomeadas primeiramente com “nêutrons”. Contudo, com a desco-
berta de James Chadwick, em 1932, do que conhecemos hoje por 
nêutrons, essas tiveram o nome alterado para neutrino, que signi-
fica pequeno nêutron, em italiano por sugestão do físico italiano 
Enrico Fermi (1901-1954). Finalmente, os pesquisadores devido à 
natureza da sua origem passaram a chamá-la de antineutrino, . 
Atualmente, sabe-se que, durante o 
período diurno, o planeta Terra recebe do 
Sol cerca de 65 bilhões de neutrinos por 
segundo para cada centímetro quadrado da 
superfície terrestre. Sendo uma partícula 
subatômica muito leve e sem carga, o neu-
trino interage com outras partículas apenas 
por meio da interação gravitacional e da 
força nuclear fraca, que são duas das qua-
tro interações fundamentais da natureza. 
As outras duas são a força eletromagnética 
e a força nuclear forte. Os pesquisadores 
verificaram que o neutrino é a segunda 
partícula mais abundante do universo 
conhecido abaixo somente das partículas 
denominadas de fótons.
EQUAÇÃO 1.6.1
28 • Química Ambiental
Sabe-se que somente a partícula beta com alta energia tem po-
der de penetração na pele, mas dependendo da sua energia cinéti-
ca inicial. Essa pode mover-se no ar atmosférico seco aproximada-
mente 3 metros, indo muito mais longe do que as partículas alfa. 
Isso ocorre porque o elétron é muito pequeno comparativamente 
ao próton (partícula presente na emissão alfa), assim a probabi-
lidade de colidir com outras partículas ou moléculas presente no 
ar é muito menor.
O terceiro tipo de radiação que vamos mencionar é a radiação 
gama. O processo de emissão de radiação gama está diretamente 
associado às transições entre níveis de energia dentro do núcleo. 
Assim como os átomos possuem níveis de energia dos orbitais, os 
núcleos atômicos também têm seus próprios níveis de energia. A 
radiação gama consiste em partículas de fótons com alta energia e 
em geral pode ser representada por meio do símbolo . Diferente 
das radiações mencionadas nos parágrafos anteriores, a radiação 
gama por ter alta energia, tem poder penetrante muito maior e 
pode causar modificações do DNA, nos tecidos e órgãos dos seres 
vivos, o que pode provocar o surgimento de câncer na região que 
foi atingida. Em geral, para se bloquear esse tipo de radiação pene-
trante, o material mais usado é o elemento chumbo, sendo neces-
sária para tal uma placa de chumbo bem espessa. 
Figura 1.9 Acelerador de partículas do Laboratório de Luz Sincrotron (LNLS) em Campinas, 
Brasil.
Capítulo 1: Energia • 29
A equação 1.1 representa a preparação de alumínio por meio da 
transmutação, ou seja, a transformação de um isótopo em outro. 
Esse processo pode ocorrer pelo decaimento radioativo ou força-
do, pelo bombardeio do núcleo com partículas alfa de alta energia 
em aceleradores de partículas em campo elétrico (Figura 1.9).
Inicialmente, um próton atinge um átomo de magnésio, Mg, 
transmutando em um núcleo composto de alumínio-27, 27Al , que 
pode sofrer decaimento de várias formas, e uma delas é a formação 
do alumínio-27, estável pela liberação de radiação gama.
Finalmente, vamos discutir um pouco sobre os raios X, um tipo 
de radiação eletromagnética com energia menor do que da radia-
ção gama, por exemplo. 
Como mencionado anteriormente, quem detectou pela primei-
ra vez os raios X foi o físico alemão Wilhelm C. Röntgen. Em virtu-
de do desconhecimento da natureza desta radiação, a comunidade 
científica da época propôs a denominação de raios X. Essa radiação 
foi descoberta durante os experimentos que Röentgen fazia em 
seu laboratório estudando o fenômeno da luminescência produ-
zida por raios catódicos. O equipamento estava recoberto de tal 
forma que nenhuma luz exterior podia penetrar a câmara escura 
a qual tinha em seu interior um pedaço de papel recoberto com o 
composto platinocianeto de bário, Pt(CN)4Ba. Durante a aplicação 
de certa voltagem, os elétrons eram acelerados com energia ciné-
tica suficiente no interior do tubo para produzir radiação capaz de 
marcar a chapa fotográfica.
A fissão nuclear é um processo pelo qual um núcleo atômico 
com grande massa se divide produzindo núcleos com massa meno-
res. A fissão nuclear ocorre quando um núcleo instável absorve um 
nêutron. Como o nêutron não apresenta carga elétrica, ele atraves-
sa a nuvem eletrônica da eletrosfera do átomo facilmente e, assim é 
capaz de penetrar no núcleo atômico provocando sua fissão.
Enrico Fermi realizando experimentos com alvo de urânio 
descobriu que, ao direcionar nêutrons para um alvo de urânio, 
núcleos mais leves eram produzidos. Ele ainda não sabia que 
o que tinha observado era a fissão nuclear dos átomos de urâ-
nio-235. A reação de fissão dos átomos de urânio-235 é represen-
tada na equação 1.2 a seguir:
Contador Geiger é um instrumento 
usado para detectar as radiações beta e 
gama, que têm energia suficiente para 
penetrar a janela do equipamento. Há 
uma câmara dentro do equipamento 
com gás a baixa pressão que, ao ser 
atingido pela radiação sofre ionização. 
Os íons formados por sua vez podem 
completar o circuito elétrico do sistema, 
que é amplificado, e um sinal sonoro.
EQUAÇÃO 1.1
30 • Química Ambiental
Como podemos observar, durante a absorção do nêutron os 
átomos de urânio-235 se tornam o núcleo composto que por 
sua vez sofre a fissão em dois específicos núcleos menores em mas-
sa, em geral criptônio e bário . Mas já foram identificados 
mais de 30 núcleos com número atômico intermediário, por isso a 
equação 1.2 é representada com as letras A e B, as quais represen-
tam esses possíveis núcleos que podem ser formados. Alémdisso, 
o coeficiente z representa o número médio de nêutrons que podem 
ser produzidos durante o processo de fissão, e que em geral tem o 
valor de 2,47. Durante a fissão do átomo de urânio-235, 3 nêutrons 
(denominados nêutrons secundários) que apresentam energia 
maior do que os nêutrons absorvidos inicialmente (denominados 
nêutrons térmicos, que se movem lentamente) são produzidos. Es-
ses nêutrons podem então, ser absorvidos por outros núcleos de 
forma em cadeia provocando o que conhecemos com reação em ca-
deia de fissão, ou reação nuclear em cadeia que é autossustentada 
e por meio da qual produto de um evento causa uma ou mais repe-
tições do processo. A Figura 1.10 representa o processo de reação 
em cadeia dos átomos de urânio-235. 
Figura 1.10. Representação esquemática da fissão nuclear em cadeia dos átomos de urânio-235.
EQUAÇÃO 1.2
A
B
A’
B’
A”
B”
On
235
 U92
On
On
On
On
On
A energia liberada durante tal evento é muito grande e assim, 
pode-se usar essa energia para produzir energia elétrica pelo movi-
mento de geradores elétricos por meio do calor liberado.
Capítulo 1: Energia • 31
Por exemplo, a queima de aproximadamente 3 mil toneladas 
de carvão pode se equiparada à energia disponível em 1 kg de 
urânio-235. A maior vantagem ambiental da geração elétrica por 
meio de usinas nucleares é a não utilização de combustíveis fós-
seis, evitando o lançamento na atmosfera dos gases responsáveis 
pelo aumento do aquecimento global, bem como de outros produtos 
tóxicos. 
Para que a reação nuclear em cadeia ocorra de forma autossu-
ficiente é necessário que haja uma quantidade suficientemente alta 
de isótopo físsil, ou seja, isótopo capaz de sofrer fissão, no caso 
urânio-235. O urânio no Brasil é extraído do minério, separado e 
transformado em diuranato de amônio, um sal amarelo que ficou 
mais conhecido como “yellow cake”. Essa forma mineral possui em 
sua composição 99,28 % de urânio 238 e apenas 0,72% de urânio 
235. O “yellow cake”, por meio de processos complexos, é transfor-
mado num composto com flúor, conhecido como hexafluoreto de 
urânio ou UF6 sólido. Em geral, o urânio-235 usado nos reatores de 
uma usina de energia nuclear está entre a porcentagem de 2 a 5 % 
em massa, na forma de dióxido de urânio (UO2) em pastilhas vítre-
as. A energia criada pela fissão desses átomos é usada para ferver 
água e o vapor resultante move as turbinas, gerando eletricidade. 
Existem atualmente três processos possíveis de enriquecimento 
do urânio-235 na porcentagem desejada para ser usados em usinas 
nucleares que são:
1) difusão gasosa;
2) centrifugação;
3) enriquecimento isotópico a laser. 
No primeiro caso, o enriquecimento gradual do urânio é feito 
pela passagem forçada do componente gasoso do UF6 (hexafluore-
to de urânio) em sucessivas barreiras porosas de difusão. Durante 
sua passagem, a razão de massa entre UF6-238/UF6-235 é um fa-
tor de 1,0064, assim, após n passagens o enriquecimento torna-
-se (1,0064)n. Para reatores que usam água pressurizada, o valor 
mínimo é ~ 3 %, ou seja, é necessário 350 passagem para obter o 
material desejado. Atualmente, por ser um processo bastante one-
roso esse vem sendo gradualmente substituído pela centrifugação. 
Diferente no processo anterior em que a razão de separação das 
massas dos isótopos é proporcional à raiz quadrada, nesse processo 
32 • Química Ambiental
a força centrífuga é diretamente proporcional à massa e assim, há 
uma rota mais eficiente para separar os isótopos.
Finalmente, já está sendo proposto o enriquecimento isotópico 
a laser. Nesse processo, um feixe de luz monocromático, com fóton 
e energia apropriada, é direcionado ao composto de urânio o qual 
pode excitar moléculas que contenham um isótopo específico, pois 
se excita somente uma pequena parcela de moléculas com outros 
isótopos, sendo possível separar os isótopos excitados, enriquecen-
do grandes quantidades de urânio com um único passo, diminuin-
do o custo e a complexidade do processo.
A Figura 1.11 apresenta uma representação esquemática de uma 
usina nuclear. Como podemos observar, o reator é composto por um 
núcleo de reação constituído por uma blindagem, água de aque-
cimento, varetas de reação (combustível de urânio) e bastões de 
Figura 1.11. Representação esquemática de um reator de água pressurizada em uma usina 
nuclear.
Água fria
Gás
Água
Refrigeradores
(condensadores)
Trocada de calor
Vapor
Gás
Gerador
Bastão de calor
Varetas de urânio
Blindagem
Água 300°C
Núcleo do Reator
Capítulo 1: Energia • 33
calor, que têm a função de captar o calor gerado pelas varetas de 
combustão e transferir sua energia para água do reator, que após 
aquecida circula no trocador de calor, transforma a água nesse 
sistema em vapor. E que por sua vez é conduzida para o gerador, 
em que a turbina é movimentada gerando energia elétrica. Poste-
riormente, o vapor é condensado no refrigerador e assim retorna ao 
trocador de calor.
Como as varetas de combustão apresentam urânio-235 com por-
centagem em torno de 2 – 5 % , não existem perigos com respeito 
à explosão atômica de um reator nuclear, pois para produzir uma 
bomba atômica a porcentagem mínima de urânio necessária gira em 
torno de 85 %. Contudo, o que pode acontecer é a fusão do núcleo 
pelo superaquecimento do reator ao qual pode passar pelas paredes 
do recipiente que contém as varetas de combustão levando à liberação 
de radiação. Outro problema é a divisão das moléculas de água pela 
sua decomposição em átomos de hidrogênio e oxigênio, que podem 
recombinar-se gerando uma explosão. Essa situação aconteceu recen-
temente nos reatores de Fukushima no Japão, quando após um terre-
moto seguido por um tsunami, os reatores ficaram sem refrigeração o 
que provocou a liberação de gás hidrogênio, que por sua vez recombi-
naram com as moléculas de oxigênio provocando uma grande explo-
são. A Figura 1.12 é uma fotografia desse incidente ocorrido em 2011. 
Rejeito radioativo é todo e qualquer material resultante de to-
dos os processos do ciclo do combustível, que vão da mineração; 
Figura 1.12. Imagem área da usina nuclear de Fukushima no Japão. Fonte: http://info.abril.
com.br/images/materias/2013/01/Fukushima-20130119143400.jpg
34 • Química Ambiental
passando por beneficiamento; conversão; enriquecimento; recon-
versão; produção das pastilhas e elemento combustível; seu uso 
em usinas nucleares e armazenamento final. As usinas nucleares 
geram os rejeitos de baixo, de médio e de alto nível de atividades 
e são estocados em locais específicos e apropriados, para futu-
ra reciclagem e uso dos energéticos remanescentes. Por exemplo, 
xenônio tem o tempo de meia vida da ordem de 10 anos, por 
outro lado, a maioria dos gases apresenta tempo de meia vida re-
lativamente curto. No caso dos sólidos, além dos radionuclídeos, 
cujo tempo de meia vida é extremamente longo, alguns bastante 
importantes tais como os radionuclídeos: I-131, Sr-90 (tempo de 
meia vida de 28 anos), Cs-137 (tempo de meia vida de 30 anos), 
podem causar sérios problemas aos seres humanos por poderem 
substituir outros átomos do corpo (Cs no lugar de Sódio, Sr no 
lugar do cálcio) ou seu isótopo (iodo).
Uma tecnologia alternativa que está ganhando força para a geração 
de energia de forma sustentável é a tecnologia associada à célula a 
combustível. A célula a combustível é um dispositivo eletroquímico 
com inserção externa de reagentes, que por meio da energia química 
contida nas substâncias utilizadas, com combustível e oxidante con-
vertem tal energia diretamente em energia elétrica e calor. Assim, 
sua eficiência é muito superior se comparada a métodos tradicionais 
de geração de energia, visto que se trata de um método químico e 
não mecânico e não apresenta limitações termodinâmicas.
Os automóveis, grandes contribuidores do aquecimento global, 
passam a ter cada vez mais atenção com relação a essa tecnologia, 
já que é limpa e segura. A tecnologia de células a combustível em 
veículos nãoé nova. Segundo Linardi e colaboradores, veículos que 
utilizavam esse tipo de tecnologia começaram a ser produzidos na 
forma de protótipos no final da década de 1960.
Ao contrário da bateria, que é um dispositivo de armazenamen-
to de energia e que é limitada pela quantidade de reagente dispo-
nível, a célula a combustível, converte a energia da reação entre 
seu combustível e um oxidante, num fluxo ordenado de elétrons. 
De forma teórica, enquanto é fornecido o combustível à célula, essa 
é capaz de produzir energia. Mas na realidade, a vida operacional 
das células a combustível é reduzida devido a fatores como ativida-
de eletrocatalítica (envenenamento) e condutividade protônica dos 
célula a 
combustível
1.5
Capítulo 1: Energia • 35
eletrodos que a compõem. Desta forma, os pesquisadores ao redor 
do mundo estão constantemente investigando melhores materiais 
capazes de serem usados nos ânodos que apresentam melhor ativi-
dade eletrocatalítica e também melhor resistência à corrosão, a fim 
de melhorar a eficiência da célula.
A Figura 1.13 representa um esquema de célula a combustível do 
tipo PEM (membrana trocadora de prótons, do inglês proton exchange 
membrane). Esse tipo de célula é composto por dois compartimentos 
um para o cátodo em que o catalisador geralmente é composto de Pla-
tina, o qual quebra as ligações da molécula de oxigênio em átomos de 
oxigênios que se ligam aos prótons, H+, que passam pela membrana 
trocadora de prótons, conhecida também como membrana de eletró-
lito polimérico, por exemplo, Nafion®. E esses prótons veem do ânodo 
pela ruptura da ligação H—H, se o combustível for H2 molecular que é 
injetado no compartimento anôdico (segundo compartimento). Como 
produto final, desta reação tem-se a H2O. Isso faz das células a com-
bustíveis fontes limpas de geração de energia (emissão zero).
As equações químicas, que representam as reações desse pro-
cesso em meio ácido, podem ser visualizadas a seguir:
Reação no ânodo: 
Reação no cátodo: 
Reação global: ∆ G = - 237 kJ/m ol 
Figura 1.13. Esquema de uma célula a combustível de hidrogênio.
As membranas do tipo PEM são compostas 
por um polímero do grupo dos fluorocar-
boneto com grupos sulfonato ligados 
covalentemente ( ). Os grupos 
sulfonatos formam canais que são 
preenchidos com água, o que favorece a 
penetração e passagem dos prótons. Por 
outro lado, como os grupos sulfonatos 
estão carregados negativamente os ânions 
não conseguem passar pela membrana.
EQUAÇÃO 1.3
EQUAÇÃO 1.4
EQUAÇÃO 1.5
OxigênioHidrogênio
Célula a combustível
Membrana
Energia elétrica
H2 H2O
36 • Química Ambiental
O grande problema em se usar hidrogênio está no fato de que 
esse não possui uma infraestrutura instalada comercialmente. 
O seu manuseio e a armazenagem são extremamente perigosos. 
Além disso, se o hidrogênio for produzido pela reforma de algum 
combustível fóssil, como o metano, esse em geral está contami-
nado com CO, que é um componente muito eficaz no envenena-
mento dos catalisadores baseados em platina, fazendo com que a 
célula perca potência rapidamente e forçando a troca do material 
do ânodo. Ademais, a produção via eletroquímica de hidrogênio é 
relativamente cara. 
Em virtude disto e de outros fatores, existe um grande interesse 
em desenvolver células diretas a álcool, como o metanol e o eta-
nol. Nas ultimas décadas, ocorreu um grande desenvolvimento nas 
células diretas de metanol (veja Figura 1.14), contudo, o metanol 
apresenta também alguns inconvenientes, tais como menor densi-
dade de energia comparada ao hidrogênio e problemas de manu-
seio, por se tratar de uma substância tóxica. Dessa forma, o etanol 
tem se tornado o foco principal das pesquisas no Brasil, pois esse 
já é largamente produzido no Brasil, onde há uma indústria bem 
estruturada voltada para sua produção, uma vez que é utilizado 
como combustível veicular há décadas. Ademais, o etanol possui 
toxicidade muito menor se comparado ao metanol, além da tecno-
logia envolvida ser muito parecida à das células a metanol direto. 
Outra proposição é o uso de alcoóis poliídricos como: etileno 
glicol e glicerol, que possuem alto ponto de ebulição e são muito 
menos voláteis. Esses possuem densidade energética teórica maior 
que o metanol, além de serem passíveis de eletro-oxidação.
A produção em massa de células a combustíveis tem alguns 
desafios para serem superados tais como: 
(i) escolha de um combustível capaz de produzir uma quantidade 
relativamente grande de energia com baixo custo; 
(ii) desenvolvimento de membranas que possam reduzir mais o so-
brepotencial total da célula, para o uso de células operando em 
baixa temperatura;
(iii) melhoria do controle da passagem do combustível pela mem-
brana precisa ser aperfeiçoado, o chamado ‘cross-over’;
(iv) melhoria da cinética de redução do oxigênio na parte catódica 
da célula;
(v) troca das ligas baseadas em Pt por outro material mais ba-
Capítulo 1: Energia • 37
rato e com mais eficiência, em relação à reação de oxidação 
do combustível. 
Figura 1.14. Célula a combustível direta de metanol. Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fuel_
cell_NASA_p48600ac.jpg
As células são atualmente classificadas de acordo com o tipo de 
eletrólito utilizado. Os principais tipos são: célula a combustível de 
eletrólito polimérico (PEMFC, do inglês, proton exchange membra-
ne fuel cell), alcalina (AFC, do inglês, alkaline fuel cell), de ácido 
fosfórico (PAFC, do inglês, phosphoric acid fuel cell), de carbonato 
fundido (MCFC, do inglês, molten carbonate fuel cell) e de óxido 
sólido (SOFC, do inglês, solid oxide fuel cell).
38 • Química Ambiental
A Tabela 1.3 apresenta de forma geral algumas das principais 
características das células a combustível comerciais e em desen-
volvimento no mundo atualmente. 
PEMFC AFC PAFC SOFC MCFC
Eletrólito Membranas 
poliméricas 
hidratadas de 
troca iônica
Ácido 
poliperfluoros-
-sulfônico
Solução aquosa 
de hidróxido de 
potássio embebido 
em matriz de 
amianto
Ácido fosfórico 
líquido embebido 
em uma matriz: 
SiC
Óxido de zircônia 
sólido com adição 
de ítrio
Carbonato 
fundido líquido 
em MAlO2, em 
que M pode ser: 
Na, Li ou K
Conector Carbono ou metal Metal Carbono/
Grafite
Metal/Níquel, 
cerâmica ou aço
Óxido de Níquel/
Aço inox
Catalisador Baseados em 
platina
Baseados em 
platina
Baseados em 
platina
Fase metálica de 
Níquel
Ligas de Níquel 
ou Ni/Cr
Aplicações Veicular, energia 
portátil, rede 
elétrica pública
Militar,
Espacial
Automotiva,
rede elétrica 
pública
Rede elétrica 
pública
Rede elétrica 
pública
Temperatura
de operação (oC)
60 – 90 90 – 100 175 – 200 600 – 1.000 600 – 1.000
Transportador
de carga
H+ OH- H+ O2- CO3
2-
Reação 
global*
2H2 + O2 → 2H2O [reação]
* Reação global usando o combustível mais comum na célula ou comercial (hidrogênio).[reação]: H2 + 1/2O2 + CO2 → H2O + CO2
Fonte: S. Thomas e M. Zalbowitz (1999) Fuel Cells: green power. Los Alamos National Laboratory: Los Alamos, NM.
De modo geral, a escolha do eletrólito dita o intervalo de tempera-
tura de funcionamento da célula a combustível. A Tabela 1.3 mostra 
que a temperatura de operação das células varia de 60 ºC a 1.000 ºC, 
dependendo do tipo de célula. Por exemplo, as células que operam a 
baixa temperatura incluem as alcalinas, membrana polimérica e ácido 
fosfórico, e as que operam em temperaturas elevadas são: carbonato 
fundido e óxido sólido. A temperatura de operação de um célula está 
diretamente relacionada aos materiais e componentes utilizados em 
cada tipo de célula. Por exemplo, eletrólitos aquosos estão limitados 
a temperaturas de cerca de 200 °C ou menos, devido à sua elevada 
pressão de vapor e rápida degradação a temperaturas mais elevadas.
Tabela 1.3. Comparação entre as diferentes células a combustível existentes
Capítulo 1: Energia • 39
Algumas células do tipo PEM, podem ser classificadas de acor-
do com o tipo de combustível utilizado, como as células diretas ál-
cool (DAFC, do inglês,direct alcohol fuel cell). A classificação pode 
ocorrer também especificamente quando se usa como combustível, 
por exemplo: metanol – DMFC – direct methanol fuel cell; etanol 
– DEFC – direct ethanol fuel cell; glicerol – DGFC – direct glyce-
rol fuel cell, etc. Esses tipos de células estão sendo desenvolvidas 
principalmente com o objetivo de uso em aplicações portáteis, tais 
como: celulares, laptop, notebook, netbook, tablet, ipod, iphone, etc.
atividades1) Explique como é gerada energia elétrica nas usinas hidrelétricas.2) Com respeito a usina hidrelétrica de Itaipu, pesquise, em fontes 
confiáveis, quais foram os impactos ambientais da região inun-
dada pelas águas da represa dessa usina.
3) Cite três fontes não renováveis de energia.
4) Atualmente, qual é a melhor configuração para uma turbina 
eólica?
5) O que é reação em cadeia?
6) Cite três vantagens de quando se usa célula a combustível como 
fonte alternativa de geração de energia.
Desenvolvendo e 
aplicando o 
conhecimento
1) Sabe-se que o uso humano primário de energia corresponde a 4,3 
× 1017 kJ por ano, o que está associado ao consumo 3,7 × 1017 kJ 
por ano de energia oriunda de combustíveis fósseis e 6,0 × 1016 
kJ por ano de outras fontes. Calcule a energia usada pelos seres 
humanos em um dia e compare com a energia fornecida pelo Sol 
também em um dia. Dado: energia fornecida pelo Sol por ano = 
54,4 × 1020 kJ.
2) Quais são os três tipos de processos utilizados para produzir o 
U-235 na porcentagem necessária para uma usina nuclear?
3) Quais são as semirreações em uma célula a combustível de 
hidrogênio/oxigênio?
4) Elabore uma descrição esquemática de uma usina nuclear de água 
pressurizada.
5) Defina: radiação gama, radiação beta e radiação alfa.
6) A usina de Balbina construída no Rio Uatumã (AM) e inaugurada 
40 • Química Ambiental
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trogenCycle.html) acedido a 11 de Abril de 2007
http://www.ciclodaagua.com.br. Acessado em 31 de janeiro de 2013.
parcialmente em 1988 é considerada atualmente um dos piores 
investimentos do Brasil, pois inundou uma área de aproximada-
mente 2300 km2, dos quais 30 mil hectares de Terra Indígena de 
Waimiri-Atroari, para uma potência instalada de 250 MW e pro-
vocou inúmeros problemas ambientais e sociais. Baseado nesse re-
lato, discuta os impactos socioambientais da construção da usina 
de Belo Monte.
7) Quais são os principais atrativos referentes ao conceito de susten-
tabilidade para a instalação de usinas eólicas?
8) Qual foi o pior acidente em uma usina nuclear da história da hu-
manidade? Onde esse acidente ocorreu e por quê?
9) Quais são os problemas com respeito às células a combustíveis que 
utilizam hidrogênico com combustível?
10) Cite cinco tipos de célula combustível existente e informe suas 
principais utilizações, vantagens e desvantagens.
Capítulo 1: Energia • 41
ALEGRIA, F. Clean coal workshop – European Comission. In: SE-
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42 • Química Ambiental
Capítulo 1: Energia • 43
2.1 Introdução 42
2.2 Transformações químicas na atmosfera 45
2.3 A Poluição Atmosférica 52
2.4 Atividades 56
2.5 Desenvolvendo e Aplicando o conhecimento 56
2.6 Referências 57
2Atmosfera
44 • Química Ambiental
A atmosfera é o invólucro gasoso de nosso planeta, que se estende 
desde a superfície terrestre (ao nível do mar) até alguns milhares 
de quilômetros, cuja função é fundamental para os seres vivos, ao 
manter as condições ideais na superfície para a criação e manuten-
ção da vida e, também, protegê-lo de agressões externas. Para efei-
tos didáticos, podemos subdividi-la em cinco camadas, que estão 
diretamente reacionadas a algumas propriedades físicas e químicas 
do meio ambiente. Contudo, a divisão feita de acordo com a estra-
tificação térmica é a mais adequada do ponto de vista ambiental. 
Como podemos observar na Figura 2.1a a troposfera é a primei-
ra destas camadas e se estende do nível do mar até cerca de 15 km 
de altitude. A troposfera apresenta uma temperatura inicial próxi-
ma à temperatura média global, ou seja, cerca de 15 °C, mas que 
diminui com o aumento da altitude em decorrência da dissipação 
do calor proveniente da superfície terrestre na atmosfera. Após a 
troposfera, temos a estratosfera que se caracteriza por apresentar 
uma elevação da temperatura com o aumento da altitude. Tal fe-
nômeno é vital para a nossa existência e é causado pela absorção 
de grande parte da radiação ultravioleta pelas moléculas de ozônio 
presentes na estratosfera. Contudo, na camada seguinte, denomi-
nada mesosfera, a temperatura volta a decrescer com o aumento da 
altitude devido, principalmente, à diminuição da concentração das 
moléculas de ozônio nessa camada. A seguir, temos a termosfera e 
a exosfera que apresentam temperaturas elevadíssimas e crescen-
tes com a altitude devido à absorção da radiação de alta energia 
de comprimento de onda (cerca de 200 nm). Outra decorrência das 
elevadas temperaturas dessas camadas é a presença constante de 
espécies iônicas e atômicas em suas composições.
Dentre todas as camadas citadas anteriormente, apenas a tro-
posfera mantém contato direto com a crosta terrestre. Essa por sua 
vez é a região responsável pelas mudanças climáticas da terra, pois 
é nessa camada que se originam praticamente todas as massas de 
ar (85 a 95 %do ar atmosférico). Consequentemente, essa deve pro-
porcionar o ambiente básico para a sobrevivência dos organismos 
aeróbicos. Em outras palavras, ela é rica em oxigênio livre (O2) para 
a respiração. Portanto, a troposfera é o principal foco dos estudos 
ambientais, já que nessa camada ocorre a maioria dos fenômenos 
relacionados à poluição do ar.
Introdução
2.1
Além das cinco camadas citadas anterior-
mente, existem outras três subcamadas 
que se caracterizam por sinalizar inversões 
térmicas entre as camadas atmosféricas 
e apresentar temperaturas relativamente 
constantes com a altitude. Elas são deno-
minadas tropopausa, estratopausa e meso-
pausa e complementam, respectivamente, a 
troposfera, estratosfera e mesosfera (Figura 
2.1b). A estratopausa é também uma ca-
mada muito importante do ponto de vista 
ambiental, pois é nela que se encontra 
uma camada rica em O3 (ozonosfera), que 
protege a Terra da radiação ultravioleta 
proveniente do Sol.
Capítulo 2: Atmosfera • 45
Figura 2.1. Estrutura em camadas da atmosfera e gradiente de temperatura adiabático.
Quanto à composição, a atmosfera não é apenas composta por 
substâncias no estado gasoso. Ela também é composta naturalmen-
te por alguns materiais sólidos dispersos, tais como: pólen, poeira, 
micro-organismos, dentre outros. Além disso, a atmosfera é com-
posta também por uma fração de substâncias líquidas dispersas no 
meio na forma de pequenas gotículas resultantes da condensação 
do vapor d´água, que formam nuvens, neblinas e chuvas.
Todavia, em termos relativos, a fase gasosa é a que apresenta 
a maior parcela de constituintes na atmosfera. Como podemos 
observar na Figura 2.2, essa é composta, aproximadamente, por 
78% de nitrogênio (N2), 21% de oxigênio (O2), 0,93% de gases 
nobres (hélio – He, neônio – Ne, argônio – Ar, criptônio – Kr e 
120
85
50
10
0
-100°C -80°C -60°C -40°C -20°C 0°C 20°C 40°C 60°C 80°C 100°C
Tropopausa
Estratopausa
Mesopausa
(meteoros)
TERMOSFERA
MESOSFERA
ESTRATOSFERA
TROPOSFERA
Máximo de
ozônio
Temperatura
Al
tit
ud
e 
(K
m
)
46 • Química Ambiental
Outros 0,04%
Gás Carbônico 0,03%
Gases Nobres 0,93%
Oxigênio 21%
Nitrogênio 78%
Figura 2.2. Composição aproximada da porção gasosa da atmosfera.
Embora a composição média da atmosfera permaneça pratica-
mente constante desde o surgimento de vida na Terra, todas as 
moléculas de gases que a compõem, obedecem a um rigoroso equi-
líbrio dinâmico, que depende não só de fenômenos físicos, mas 
também de fenômenos químicos e biológicos. Contudo, as princi-
pais alterações ocorridas nos componentes atmosféricos se dão em 
seus constituintes minoritários, com destaque para as alterações 
ocorridas na concentração de CO2. Apesar da pequena quantidade, 
as alterações na concentração dessa substância na atmosfera, pro-
porcionam sérias transformações nas propriedades físicas, quími-
cas e biológicas no meio ambiente.
xenônio – Xe), 0,03% de gás carbônico (CO2) e 0,04% de outros 
gases (dióxido de enxofre – SO2, dióxido de nitrogênio – NO2, 
ozônio – O3, dentre outros).
Capítulo 2: Atmosfera • 47
Podemos fazer uma analogia da atmosfera terrestre como sendo 
um grande reator químico, em que podemos ter, por um lado, 
compostos abundantes e altamente reativos, como o oxigênio, 
além de diversos compostos em pequena concentração que podem 
atuar como reagentes e/ou catalisadores. Por outro lado, temos a 
luz solar que pode atuar como fonte de energia e principal respon-
sável pelas transformações químicas dos compostos provenientes 
da superfície terrestre.
Um dos parâmetros de maior importância para as transforma-
ções químicas na atmosfera é a velocidade ou cinética com que elas 
se desencadeiam, uma vez que muitos compostos podem ter uma 
velocidade de transformação rápida (na escala de minutos ou horas) 
ou lenta (na escala de anos). Além disso, a velocidade da reação 
depende de vários fatores, como concentração dos reagentes, tem-
peratura, catalisador e reatividade da molécula.
O tempo de residência é fundamental para estabelecer o raio 
de ação de um composto, tomando por base o local em que ocorreu 
a emissão. Para exemplificar sua importância, temos que o tempo 
de residência do CO2 é de quatro anos, enquanto que o tempo de 
residência do NO2 é de apenas um dia. Logo, quando emitidos em 
conjunto, o CO2 alcançara um raio de atuação maior que o NO2, que 
possui um tempo de permanência na atmosfera de apenas 24 horas.
Os compostos e materiais particulados, que são responsáveis 
pelas transformações químicas na atmosfera, podem ter procedên-
cia natural (superfície do mar, vulcões etc.) ou antrópica (chaminé, 
motores a combustão etc.). Podem ser oriundos de fontes pontuais, 
quando a emissão ocorre de um ponto específico, ou de fontes 
difusas, quando a emissão está espalhada em uma grande área. 
Por fim, os poluentes podem ser classificados como primários e 
secundários. Os primários são aqueles lançados diretamente no ar 
pela emissão direta de fontes naturais ou antrópicas, e os secun-
dários são formados na atmosfera como produtos de uma reação 
que ocorrem devido à presença de certas substâncias químicas e 
determinadas condições físicas.
Os compostos que chegam ou são formados na atmosfera são 
consumidos pelos chamados sorvedouros. Existem diversos tipos 
de sorvedouros naturais, como a chuva, que dissolve gases solúveis 
na chamada deposição úmida, ou os ventos, que arrastam os com-
postos em direção ao solo pela chamada deposição seca. Existem 
TRANSFORMAÇÕES
QUÍMICAS NA
ATMOSFERA
2.2
A cinética ou capacidade de reagir dos 
compostos na atmosfera é conhecida como 
tempo de residência e é definida como o 
tempo médio de permanência do composto 
na atmosfera.
48 • Química Ambiental
também sorvedouros que utilizam mecanismos químicos para 
transformação de compostos. Essa sequência de transformações é 
conhecida como ciclo biogeoquímico e destacaremos a seguir os 
seus três principais atores: o carbono, o enxofre e o nitrogênio.
2.2.1 Ciclo do carbono
O carbono é o elemento químico mais abundante de nosso planeta e 
por isso está presente na composição de todos os seres vivos. Além 
disso, o carbono pode estar presente na atmosfera na forma de 
diferentes compostos que formam o chamado ciclo do carbono. A 
maioria desses compostos são sintetizados pelos organismos vivos 
e apresenta um número de oxidação que varia de +4 a −4. Contudo, 
o carbono com valência +4 é a principal forma transportada no 
meio ambiente, com destaque para as espécies de dióxido de carbo-
no (CO2), carbonato (CO3
2−) e bicarbonato (HCO3
−). Suas principais 
reações de formação ou transformação são apresentadas abaixo.
A primeira delas corresponde à absorção de CO2 da atmosfera 
pelos vegetais durante o processo de fotossíntese:
Em seguida, e não menos importante, temos o processo de respi-
ração celular, responsável pela produção de energia dos seres vivos:
A fotossíntese e a respiração são processos de reciclagem do 
carbono, em que esse passa de sua fase inorgânica à fase orgânica 
e volta a fase inorgânica, completando assim o seu ciclo. Essa duas 
reações podem ser visualizadas na Figura 2.3, a seguir:
O equilíbrio envolvendo a dissolução do 
CO2 em meio aquoso e sua interação com 
íons metálicos é o principal responsável 
pela formação de esqueletos e carapaças 
de alguns organismos com conchas, casca 
de ovos ou pela formação e dissolução de 
rochas e sedimentos. 
EQUAÇÃO 2.1
EQUAÇÃO 2.2
Capítulo 2: Atmosfera • 49
Figura 2.3. Esquema geral do ciclo do carbono.
Por fim, temos as reações que participam do mecanismo de trans-
porte do CO2 em meio aquoso e sua interação com íons metálicos: 
No entanto, este ciclo natural do carbono é significativamente 
afetado pela emissão de CO2 na atmosfera proveniente da queima 
de combustíveis fósseis: 
Essas emissões são as principais responsáveis pelo aqueci-
mento global. 
Estima-se que a quantidade de CO2 emitida 
na atmosfera apenas com os preparativos