Metais Pesados

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE QUÍMICA DE SÃO CARLOS - IQSC
Estudo de Caso
Metais Pesados: Uma enorme pilha de problemas
Lenita Pessôa Altoé – 7653015
Munique Kazar Mendes – 6784055
Sylvia Frida de Almeida Szterenfeld - 8123120
Edvaldo
23 de Agosto de 2013
Elementos Químicos: Metais 
Mércurio
O mercúrio é um metal contaminante, usado principalmente na extração de ouro. Esta técnica de amalgamação faz com que vapor de mercúrio seja emitido para atmosfera, além de poluir os rios e os solos. A contaminação da água acontece principalmente com mercúrio metálico (Hg0), dimetilmercúrio ((CH3)2Hg) e metilmercúrio (CH3Hg+). Estes mesmos elementos contaminam o solo, uma vez que a água contaminada é utilizada para a irrigação. 
A forma mais perigosa do mercúrio é o metilmercúrio, conhecido por causar diversos problemas neurológicos, como diminuição das funções motoras e cognitivas, além de casos associados à insônia. Um grande problema do mercúrio é sua capacidade de se acumular nos tecidos musculares e ser de lenta eliminação. 
Chumbo
O chumbo é um dos metais pesados mais preocupantes graças a sua capacidade de contaminação e ao seu uso excessivo na indústria. O chumbo está presente na atmosfera em forma de partículas sólidas provenientes do uso do tetraetilchumbo como detonante em carros a diesel, e presente no solo das mais diversas formas, como óxidos, carbonatos e sulfatos (todos relativamente insolúveis), formas solúveis, adsorvidas, coprecipitadas, adsorvido em matérias orgânicas coloidais ou complexos. É encontrado na água em forma de sais.
Todas suas formas são bastante tóxicas, mas o tetraetilchumbo é o principal responsável pela poluição de chumbo no ar, causando problemas principalmente nas áreas urbanas.
Zinco
O zinco é um dos elementos químicos da classe dos metais que tem papel fundamental no organismo dos seres vivos, ele atua intervindo no metabolismo de proteínas e ácidos nucleicos assim como estimulando e participando da atividade de mais de 100 enzimas pertencentes as vias metabólicas. Ele atua colaborando para o bom funcionamento do sistema imunológico, sendo necessário para a cicatrização de ferimentos, e na síntese do DNA. 
Este metal é encontrado em diversos alimentos como nas ostras, carnes vermelhas, aves, alguns pescados, mariscos, favas e nozes. A ingestão diária de zinco recomendada é de 12 mg/dia para mulheres, 15 mg/dia para homens e 7-11 mg/dia para crianças, dependendo da idade, sendo que um ser humano adulto detém cerca de 2-3 gramas de zinco no organismo.
O zinco é o 23º elemento mais abundante na crosta terrestre, esse metal é encontrado principalmente combinado a enxofre e oxigênio, sob a forma de sulfeto e óxido, associado a chumbo, cobre, prata e ferro. O sulfeto de zinco (ZnS), também conhecido como blenda de zinco ou esfalerita, ocorre principalmente em rochas calcárias. Outros importantes minérios de zinco são willemita (Zn2SiO4), smithsonita (ZnCO3), calamina ou hemimorfita (Zn4Si3O(OH)2), wurtzita (Zn,Fe)S, franklinita (Zn,Mn)O.Fe2O3, hidrozincita [2ZnO3.3Zn(OH)2] e zincita (ZnO).
O principal composto do zinco é o óxido (ZnO), utilizado nas indústrias de cerâmica, de borrachas e na fabrição de tintas. O sulfato de zinco (ZnSO4) tem aplicação na indústria têxtil e no enriquecimento de solos. O cloreto de zinco é usado para preservar madeiras.
Mesmo o zinco sendo um metal essencial para o organismo como dito acima, o excesso dele (como o de qualquer outro metal) pode ser prejudicial ao ser humano. Absorção excessiva de zinco suprime a absorção de outros elementos, como o cobre e o ferro. O zinco em seu estado metálico não é considerado tóxico e perigoso, porém alguns de seus compostos se caracterizam por causar tais transtornos, dentre eles as formas mais perigosas são a do óxido de zinco e o sulfeto de zinco, que são nocivos e podem causar os efeitos mencionados acima nos organismos vivos e no meio ambiente.
Cádmio
O cádmio é um elemento escasso na crosta terrestre, suas reservas são difíceis de serem encontradas e existem em pequenas quantidades, ele é geralmente obtido como subproduto da obtenção do zinco. É separado do zinco pela precipitação com sulfatos ou mediante destilação, geralmente o zinco e o cádmio estão nos minerais na forma de sulfetos que queimados originam uma mistura de óxidos e sulfatos, e o cádmio é separado aproveitando-se a maior facilidade que apresenta para sofrer redução. 
O principal mineral deste metal é denominado greenockita ou grinoquita (CdS). O cádmio, além de ser obtido da mineração e metalurgia do sulfeto de zinco, também é obtido, em menor quantidade, das de chumbo e cobre.
O cádmio é um elemento encontrado de forma natural na crosta terrestre, sendo um metal macio com um brilho muito semelhante ao da prata, porém dificilmente encontrado na forma elementar. Em geral, este metal é encontrado ligado a outros elementos, tais como oxigênio, cloro ou enxofre, formando compostos.
As principais aplicações deste metal são: em pigmentos e pinturas, baterias e pilhas, processos de galvanoplastia, solda, acumuladores, estabilizadores de PVC, reatores nucleares.
A exposição ao cádmio nos humanos ocorre geralmente através de duas fontes principais: a primeira é por via oral (por água e ingestão de alimentos contaminados), e a segunda por inalação, os fumantes são os mais expostos ao cádmio porque os cigarros contêm este elemento.
A aplicação de certos fertilizantes ou de excrementos de animais no solo destinado ao cultivo de alimentos pode aumentar o nível de cádmio que, por sua vez, causa um aumento no nível deste elemento nos produtos cultivados, na água a concentração de cádmio não é preocupante, porém quando há risco quando a água flui por encanamentos que contém este elemento em sua base de “estrutura” e também quando a mesma entra em contato com lixos químicos. 
De qualquer forma, uma vez que o cádmio foi absorvido ele é fortemente retido, por se tratar de um metal pesado ele é bioacumulativo e se mantém retido no organismo que o ingeriu, inclusive baixas doses deste metal podem constituir um nível significativo no organismo se a exposição se prolonga durante um longo período de tempo, ocasionando assim em diversos efeitos colaterais nocivos aos organismos vivos.
Os principais efeitos nocivos ocasionados por intoxicação deste metal são: alterações no sistema nervoso central e no sistema respiratório, ocasionando edema pulmonar, câncer pulmonar e irritação no trato respiratório, analogamente ao mercúrio afeta o sistema nervoso, os rins e ossos onde acarreta em uma diminuição nas concentrações de cálcio, além de influenciar em uma redução na produção de glóbulos brancos. 
Sendo assim fica claro que o cádmio tem um índice de periculosidade alto, e por se tratar de um metal pesado tem um perfil mais tóxico do que o zinco, logo deve haver uma preocupação por parte das industriais para com a liberação desta classe de composto ao meio ambiente. Justamente por isso atualmente diversos estudos e novas técnicas estão sendo desenvolvidas para que se realize uma remoção eficaz destes metais do nosso meio ambiente. 
Remediação do solo da Ilha da Madeira 
Protocolo de remediação – Zinco, cádmio e Chumbo por fitorremediação induzida por agente quelante e utilizando campim vetiver [Vetiveria zizanioides (L.)]:
	A remediação do solo da ilha da Madeira foi feita in situ. Esse procedimento começa com a adicão de reagentes que são corretivos de acidez (CaCO3 e MgCO3) em quantidades apropriadas para o pH característico do solo estudado e do tamanho da área afetada. O solo deve ficar um repouso nessa etapa por 3 meses, essa homogeinização da acidez é importante já que promove a neutralização do solo e melhora a absorção de nutrientes essenciais aos vegetais e ainda fornece também alguns nutrientes como a cálcio e o magnésio.
	Posteriormente ao período de três meses de repouso do solo, foram aplicados os tratamentos com o uso de quelantes, sendo o tratamento composto pela adição de uma dose de 0,5 g.kg-1 (relaçãomassa do quelante : massa do solo). O quelante utilizado foi o EDTA (Ácido Etileno-diemino-tetraacético - C10H14N2O8Na2.2H2O).
	Passado o intervalo de um mês da aplicação do quelante no solo, mudas da espécie [Vetiveria zizanioides (L.)] foram cultivadas no terreno por um período de dois meses. Durante o cultivo, o local foi irrigado em intervalos semanais com uma solução aquosa de nutrientes próprios para o desenvolvimento da bioacumuladora utilizada. 
	Esse procedimento de fitorremediação com utilização de quelantes é bastante interessante e eficiente para a remediação em solos in situ, já que possibilita uma absorção mais eficiente das bioacumuladoras, não tem grande impacto ambiente no local de interesse e tem um custo relativamente menor em comparação a técnicas ex situ.
Protocolo de remediação – Mercúrio por fitovolatilização utilizando Arabidopsis thaliana:
	O mercúrio pode ser removido com a utilização de um outro tipo de planta chamada Arabidopsis thaliana, capaz de converter o íon tóxico Hg+2 em mercúrio metálico, que é volátil e relativamente inerte. 
Remediação das águas da Ilha da Madeira
Protocolo de remedição utilizando plantas aquáticas fixadoras de metais pesados:
	A eliminação dos metais pesados presentes em rios e lagos pode ser feita através da instalação de plantas aquáticas como: P. lucens, E. crassipes e espécies de Salvinia, no ambiente aquático, a quantidade de biomassa pode ser definida de acordo com a tabela 1 abaixo. A remoção de metais pesados de efluentes ocorre principalmente através da troca de íons. No caso das plantas aquáticas, os radicais orgânicos responsáveis são os grupos carboxila (COO-) presentes nos tecidos vegetais. No meio natural, esse sítio de ligação é ocupado por cátions (íons positivos) existentes em maior concentração nos ambientes sem poluição, como os de hidrogênio (H+), sódio (Na+), potássio (K+), cálcio (Ca+2), magnésio (Mg+2) e ferro (Fe+2). Entretanto, quando em contato com íons como os de cádmio (Cd+2), zinco (Zn+2) e chumbo (Pb+2) , presentes em ambientes poluentes, há uma tendência química de substituição de metais alcalinos e alcalinos terrosos por metais de transição. Essa troca faz com que as plantas ‘aprisionem’ esses íons tóxicos, ajudando a despoluir o ambiente. 
	A aplicação de plantas aquáticas na remoção de metais pesados presentes em efluentes industriais ou urbanos pode ser feita usando-se colunas de percolação. Esse tipo de reator consiste em um cilindro preenchido com a biomassa. O efluente passa pelo reator no sentido ascendente, para proporcionar a fluidificação dessa biomassa. Após um tempo de operação, a biomassa fica carregada com metais pesados. O descarte desse material contaminado é evitado através de sua regeneração com uma solução ácida diluída (que libera os metais pesados novamente, permitindo seu descarte adequado). 
Processos de Recuperação do ar de Jaú
Para a contaminação por chumbo, o processo a ser utilizado é deposição atmosférica, seca ou úmida, dessa área contaminada. Com isso a forma particulada desse contaminante é eliminada. Já as partículas pequenas são transportadas à longa distancia.
A deposição úmida ocorre devido às chuvas, que depositam esse contaminante, sendo encontrado posteriormente na água das chuvas e assim podendo ser retirado.
A área a ser recuperada deve ser toda a atmosfera da cidade que possui suspeita de contaminação.
A água da chuva deve ser coletada e seu pH e condutividade elétrica devem ser analisados, bem como a concentração de chumbo. Deve ser separado um lugar para a coleta, e este requer infraestrutura básica, energia elétrica, segurança e acessibilidade.
O estudo é feito ao ar livre e o laboratório responsável deve possuir, para facilitar o estudo, um aparelho amostrador automático, um pluviômetro digital e uma plataforma de coleta de dados para a determinação de variáveis meteorológicas relacionadas com a deposição, tais como altura da chuva, direção e velocidade do vento.
Na deposição seca, as partículas de chumbo, devido ao movimento de massas de ar, são depositadas no solo, e este deve ser tratado posteriormente.
Com esses métodos, a presença de chumbo no ar minimiza, porém faz-se necessário um estudo sobre as possíveis contaminações de outros ambientes, como solo e água.