Apostila - Quimica Ambiental (2007)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO 
INSTITUTO DE QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
QUÍMICA AMBIENTAL E 
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Profa. Cássia Curan Turci 
cassia@iq.ufrj.br 
 
www.iq.ufrj.br 
Dicas para reduzir suas emissões de CO2 
 
VEJA COMO VOCÊ PODE COLABORAR! 
 
Há uma série de medidas que podemos tomar no nosso dia a dia 
para reduzir nossa emissão individual de gases de efeito estufa 
(GEE) e, desta forma, ajudar a prevenir o problema do 
aquecimento global. São medidas simples que, além de ajudarem 
na questão das mudanças climáticas, podem melhorar 
significativamente a qualidade do ar que respiramos e do ambiente 
em que vivemos. 
Cada uma das medidas enumeradas abaixo proporcionam uma 
redução de emissões de GEE (CO2 equivalente), classificadas aqui 
em*, ** e ***, sendo: 
 
*** Redução anual em 500 kg ou mais; 
** Redução anual entre 100 e 499 Kg; 
* Redução anual de menos de 100kg. 
 
* Se tiver mais de uma geladeira ou freezer ligados, desligue-os a 
menos que este seja indispensável. Esta dica torna-se ainda mais 
importante se estes forem modelos antigos e menos eficientes. 
* Utilize lâmpadas mais eficientes. Prefira as lâmpadas 
fluorescentes no lugar das incandescentes. Trocando as 5 
lâmpadas mais utilizadas em sua casa, você reduzirá 
sensivelmente sua conta de luz e conseqüentemente suas 
emissões de GEE. 
* Desligue luzes e equipamentos quando não estiverem sendo 
utilizados. Evite deixar computadores ligados 24 horas por dia e 
configure-os para que desliguem seus monitores quando estão em 
espera. 
* Utilize o mínimo necessário de papel. Utilizando e-mail com mais 
freqüência – é mais rápido, eficiente, barato e mais saudável para 
o meio-ambiente. Use papel reciclado sempre que possível e 
separe papéis e papelão ao dispensá-los, facilitando, assim, a 
reciclagem destes. 
* Evite deixar água corrente ao barbear-se, escovando os dentes 
ou lavando louças. Muito importante: nunca utilize água corrente 
para lavar calçadas, quintais, carros. Encha um balde com água, 
evitando assim que grande quantidade de água vá para o ralo, 
assim como seu dinheiro. Não deixe a torneira aberta, sem 
necessidade, durante o seu trabalho de laboratório. 
** Separe todo o material reciclável: Todo o material que é 
reciclado representa uma diminuição das emissões de GEE e 
também contribui com os catadores de recicláveis. 
* Plante árvores: além de ajudar a absorver o CO2 da atmosfera, 
elas proporcionam sombreamento, amenizando a temperatura 
dentro das residências e reduzindo desta forma o uso de 
condicionadores de ar ou ventiladores. Vamos aumentar o plantio 
de árvores durante a recepção aos nossos novos estudantes! 
*** Se você dirige 20.000 km por ano reduza sua rodagem em 
10%. Para tal você pode utilizar transporte público, bicicleta, 
andar, etc. 
** Mantenha a manutenção do seu veículo. Um motor mal cuidado 
pode consumir 50% a mais de combustível e produzir 50% mais 
CO2. 
** Calibre o pneu do seu carro ao menos uma vez por mês. 
*** Prefira veículos movidos a álcool ou bicombustíveis. O álcool, 
ao contrário da gasolina, diesel ou gás, é uma fonte de energia 
renovável. A mesma quantidade de CO2 emitido da queima do 
álcool nos motores é fixada nas plantações de cana de açúcar. 
* Use ventiladores como sua primeira linha de defesa contra o 
calor ao invés do condicionador de ar. 
 
O BICHO 
“Vi ontem um bicho na imundície do pátio catando comida entre os 
detritos. 
Quando encontrava alguma coisa, não examinava, nem cheirava, 
engolia com voracidade. 
O bicho não era um cão, não era um gato, não era um rato. 
O bicho, meu Deus, era um homem.” 
(Poema de Manuel Bandeira, em Obras Poéticas, 1956) 
ÍNDICE GERAL 
 
 
Capítulo 1 Introdução 
 
1.1- Considerações gerais ..................................................................................................5 
1.2- A química ambiental ...................................................................................................6 
1.3- O interesse pelo ambiente ...........................................................................................8 
 
Capítulo 2 Os elementos químicos e a biosfera 
 
2.1- Distribuição dos elementos químicos na biosfera ..........................................……….10 
2.2- Ciclos dos elementos da biosfera ............................................................……….......13 
2.3- Ciclos biogeoquímicos na natureza .........................................................……….....14 
2.3.1- O ciclo do carbono e do oxigênio ...............................................………......15 
2.3.1.1- O ciclo do carbono e o aquecimento global ...........................……...16 
2.3.2- O ciclo do nitrogênio .............................................................…….............18 
2.3.3- O ciclo do fósforo ............................................................................……...21 
2.3.4- O ciclo da água ......................................................................………..........21 
 
 
Capítulo 3 A atmosfera terrestre e os principais problemas ambientais 
 
3.1- A atmosfera terrestre ................................................................................................23 
3.1.1- Principais funções .........................................................................................23 
3.1.2- Composição ..................................................................................................23 
3.1.3- Estrutura .......................................................................................................24 
3.2- Efeito estufa .............................................................................................................26 
3.3- Camada de ozônio ....................................................................................................28 
3.4- Chuva ácida ..............................................................................................................31 
3.5- Smog fotoquímico ....................................................................................................33 
 
Capítulo 4 Os metais 
 
4.1- Química de coordenação ..........................................................................................36 
4.2- Complexos do tipo quelato ......................................................................................37 
4.3- Assimilação de íons metálicos pelas plantas e animais .............................................37 
4.4- Aspectos toxicológicos .............................................................................................38 
4.5- Aspectos medicinais ..................................................................................................43
 
Capítulo 5 Introdução à Química Orgânica.................................................................45 
 
 
 
 5 
Capítulo 1 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
1.1 - Considerações gerais 
 
Os modelos de desenvolvimento adotados pelo homem para a agricultura, a pecuária, a 
indústria e os centros urbanos não têm levado em conta a natureza. O solo, o ar e a água têm 
sido usados como depósito do lixo produzido. Como resultado apareceram as chuvas ácidas, 
as mudanças climáticas, a erosão e a desertificação do solo, a contaminação dos alimentos por 
metais e agrotóxicos, o acúmulo do lixo não degradável, principalmente plásticos, o buraco de 
ozônio, o perigo de extinção de muitas espécies animais e vegetais, e vários outros problemas 
ambientais muito sérios e praticamente irreversíveis. Ao se apropriar dos recursos que a 
natureza lhe ofereceu, o homem se esqueceu de um princípio vital: o equilíbrio que deve existir 
entre animais e plantas no seu habitat. Sem preservação do equilíbrio ecológico,o planeta 
morre. 
 
Está muito claro hoje que a solução dos problemas ambientais está acima do conceito 
de países. Os testes atômicos em diferentes regiões do planeta, as queimadas das florestas 
brasileiras, o destino de lixo químico e nuclear da Europa, a exploração das plataformas 
continentais e da Antártida são problemas que afetam a todos nós. Mais cedo ou mais tarde 
todos sentiremos seus efeitos. Por isso é importante prevení-los. Governos de todo o mundo, 
principalmente nos países sub-desenvolvidos, se encontram hoje com o dramático dilema de 
decidir onde aplicar os poucos recursos disponíveis para solução de problemas cruciais da 
população; saúde, educação, transporte, alimentação, moradia, e agora, recuperação do meio 
ambiente e prevenção de desastres ecológicos. No Brasil, falta ainda uma política ambiental 
clara, sem oportunismos, que atue a partir de uma esfera federal. Nestes últimos vinte anos foi 
observado apenas o fortalecimento de órgãos estaduais, responsáveis pelo controle e manejo do 
meio ambiente, os quais refletem, nas suas rotinas de operação, os grandes abismos 
econômicos característicos das várias regiões do país. Enquanto governos e políticos decidem 
sobre onde aplicar as verbas, é fundamental que cada homem, mulher e criança se conscientize 
destes problemas que estão destruindo a vida no planeta e reformulem seus hábitos, 
principalmente os de consumo. Na cidade ou no campo, no mundo desenvolvido ou 
subdesenvolvido, todos seremos vítimas se não tratarmos a natureza com respeito e 
responsabilidade. Isto implica numa mudança de estilo menos individualista para outro mais 
compromissado com toda a sociedade. 
 
No Brasil, sem um plano diretor responsável, carente de uma política federal 
abrangente e ao mesmo tempo sensível às peculiaridades regionais, e principalmente sem as 
contribuições pessoais, das universidades e da iniciativa privada na solução dos problemas 
ambientais, a sociedade brasileira poderá presenciar, a curto prazo, um sério comprometimento 
da sua qualidade de vida. 
 
 
 
 
 
 6 
1.2 - A Química ambiental 
 
A Química Ambiental procura elucidar as reações químicas que ocorrem na biosfera 
(hidrosfera, litosfera e atmosfera) e suas interfaces, principalmente aquelas que podem afetar a 
saúde humana. 
 
Como exemplos, podemos citar: 
 
Na atmosfera: as reações fotoquímicas e a produção de compostos tóxicos tais como 
ozônio, aldeídos, etc. 
 
Na hidrosfera: reações de complexação, adsorção de metais e seus efeitos tóxicos para 
a biota. 
 
Na litosfera: reações mediadas por microorganismos (biocidas). 
 
Em química ambiental, todos estes sistemas devem ser estudados como partes de um 
todo. 
 
A pesquisa em Química Ambiental no Brasil, até o início dos anos 80, dedicava-se à 
poluição ambiental e consistia, principalmente, no monitoramento de espécies químicas 
consideradas poluentes, num dos três compartimentos ambientais: atmosfera, litosfera e 
hidrosfera, com ênfase para este último. Existia uma acentuada e preocupante escassez de 
atividades de pesquisa em termos de reatividade química e comportamento físico de poluentes 
nos três compartimentos e em suas interfaces. Durante a década de 80 muitos eventos, entre 
eles reuniões científicas dedicadas exclusivamente à discussão da química ambiental, 
propiciaram a discussão dos rumos da Química no Brasil e contribuíram de forma significativa 
para a mudança deste cenário. 
 
Dentre os principais problemas ambientais podemos destacar: 
 
a) o uso errôneo e mesmo abusivo de substâncias químicas 
 
Certas substâncias, frequentemente tóxicas, muitas vezes têm efeito cumulativo nos 
seres vivos e são persistentes, acumulando-se no ambiente onde são lançadas. 
 
O efeito cumulativo ou a bioamplificação acontece com aquelas substâncias, naturais 
ou sintéticas, que não deveriam fazer parte da dieta do ser vivo e assim, quando absorvidas ou 
ingeridas por vegetais ou animais, não são eficientemente eliminadas do organismo. 
Compostos de metais pesados fazem parte deste grupo de substâncias. A bioamplificação do 
mercúrio tem sido estudada, sendo encontrados casos em que a concentração deste metal em 
peixes chega a ser milhares de vezes maior do que na água onde vivem. 
O fenômeno da persistência no ambiente acontece com as substâncias sintéticas que são 
estáveis aos fenômenos físicos naturais, são quimicamente inertes e de difícil biodegradação. 
Plásticos, em geral, e os freons fazem parte deste grupo de substâncias. Os detergentes 
sintéticos, ditos não biodegradáveis, sofrem mais lentamente a decomposição biológica do que 
os sabões ou os detergentes sintéticos biodegradáveis. Os pesticidas clorados têm sido 
 
 7 
encontrados em locais onde foram lançados após anos ou mesmo décadas da sua aplicação. 
 
b) poluição e contaminação das águas 
 
Além do aspecto estético e da transmissão de doenças, a poluição das águas pode 
causar desequilíbrio ecológico. Geralmente isto ocorre quando são lançados aos rios grandes 
quantidades de resíduos orgânicos. A matéria orgânica é geralmente biodegradável, seja ela 
proveniente de esgotos ou qualquer outra origem como restos de alimentos ou produtos 
industriais (açúcar por exemplo). Sendo biodegradável, ela pode ser utilizada como alimento 
pelos microorganismos decompositores da água (bactérias, fungos e outros seres que vivem e 
proliferam normalmente nas águas). Quanto maior for a quantidade de matéria orgânica 
lançada à água, maior o número de microorganismos que aí se desenvolverão. Estes 
microorganismos respiram, consumindo oxigênio dissolvido na água. Assim sendo, quanto 
maior a quantidade de matéria biodegradável, maior o número de decompositores e maior o 
consumo de oxigênio. Como a água constitui um ambiente pobre em oxigênio, em função de 
sua baixa solubilidade, esse excessivo consumo respiratório pode causar a extinção de todo o 
oxigênio dissolvido, o que ocasionará a consequente morte dos peixes e outros seres aeróbios. 
Neste caso temos um desequilíbrio ecológico e não um envenenamento das águas, e esta é a 
causa mais frequente de morte de peixes em rios poluídos. 
 
c) poluição do ar 
 
Os maiores problemas de poluição do ar são os decorrentes do lançamento de gases 
tóxicos à atmosfera pelas indústrias ou pela frota automotiva. Além disso, alguns compostos 
tóxicos são formados no próprio ar a partir de elementos componentes dos gases desprendidos 
pelos motores e pelas chaminés, os quais reagem com elementos da própria atmosfera mediante 
a intervenção da luz como fonte de energia (reações fotoquímicas). Entre os principais 
compostos nocivos que nas grandes cidades poluem a atmosfera, podemos citar os compostos 
sulfurosos, nitrogenados e óxidos de carbono. 
 
d) uso inadequado da terra ou ocupação inadequada do espaço 
 
A prática da agricultura intensiva e da monocultura em larga escala, tanto têm levado à 
perda de solo e à diminuição da sua fertilidade, como provocado a incidência e a proliferação 
de pragas. 
 
O zoneamento não criterioso das regiões urbanas tem provocado problemas de poluição 
das águas e, principalmente, da atmosfera. 
 
e) extinção de espécies animais e vegetais 
 
 A preocupação com a extinção das espécies justifica-se, principalmente, pelo direito que 
todos têm à existência e pela possibilidade de que plantas e animais extintos, ou em vias de 
extinção, por causa da atividade humana, pudessem ser recursos naturais ou elos controladores 
de outras espécies. 
 
Devemos estar atentos a problemas ambientais como os citados acima pois toda a 
 
 8 
humanidade sofre os seus efeitos. 
 
 
1.3 - O interesse pelo ambiente 
 
A preocupação com a preservação do meio ambiente não é, como muitos pensam, um 
movimento recente de conscientização popular, nem um modismocientífico. Historicamente, 
a preocupação com a preservação ambiental surgiu conjuntamente com a devastação ambiental. 
 Não foi porém, senão na década de 60, graças à mobilização popular e o apoio dos meios de 
comunicação, que o assunto atingiu proporções globais, entrando nos lares e fazendo com que 
matérias aparentemente complexas, tais como o uso de agrotóxicos ou a contaminação por 
mercúrio, fossem tratadas com familiaridade até mesmo por leigos. Por exemplo, após a 
segunda grande guerra os efeitos da bomba atômica acordaram o homem para a sua capacidade 
de destruição, levando-o a preocupar-se com o desenvolvimento de armas nucleares. 
 
Já na década de cinquenta começou o alerta aos perigos do uso intensivo e 
indiscriminado dos pesticidas sintéticos, discutindo-se a persistência e o efeito cumulativo do 
dicloro-difenil-tricloroetano (DDT) e outros pesticidas. 
 
Nos anos sessenta, o excesso de nutrientes (eutrofização) jogados em rios e lagos, 
oriundos dos detergentes com fósforo, era um problema prioritário global. O esforço da 
comunidade científica foi canalizado para minimizar esse tipo de poluição. Minimizado o 
problema, outros poluentes foram detectados no ar, na água e nos alimentos. 
 
A era da eutrofização foi substituída pela era dos metais pesados, dos organoclorados, 
da chuva ácida. A década de oitenta foi caracterizada pelo esforço devotado à preservação do 
sistema aquático subterrâneo e superficial e pela minimização dos poluentes atmosféricos. Isto 
não significou o esquecimento ou eliminação dos velhos poluentes; simplesmente foi atingido 
um estágio de desenvolvimento que permitiu tanto a avaliação mais precisa do potencial tóxico 
de certos compostos, como também a otimização de processos para o manejo e controle dos 
primeiros poluentes. 
 
Nesta década de noventa, os pesquisadores vêm se preocupando principalmente com as 
mudanças climáticas devidas ao efeito estufa, o câncer pulmonar associado à exposição ao 
radônio, os efeitos da destruição da camada de ozônio e o descarte final de resíduos sólidos 
industriais. Os brasileiros, além disso, devem encarar outros problemas, como a ocupação 
caótica da Amazônia. 
 
 9 
Referências 
 
[1] E. J. H. Bechara, Química Nova, 15, 117 (1992). 
[2] W. F. Jardim, Química Nova, 15, 144 (1992). 
[3] W. F. Jardim, especialista em química ambiental - coletânea de artigos publicados em 
 revistas e jornais. 
[4] B. M. Vieira, Ciências do ambiente para o curso de engenharia, Departamento de 
 Química - Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA, São José dos Campos, SP. 
[5] CETESB - Folhetos explicativos. 
[6] FEEMA - ASFEEMA - Curso teórico e prático de controle da poluição ambiental, Rio 
de Janeiro, RJ, (1998). 
 
Capítulo 2 
 
OS ELEMENTOS QUÍMICOS E A BIOSFERA 
 
 
2.1 - Distribuição dos elementos químicos na biosfera 
 
A vida se manifesta numa faixa delgada, quase que superficial de nosso planeta, onde 
três requisitos essenciais são satisfeitos: 
 
a) existência de água; 
 
b) disponibilidade de energia, principalmente solar; 
 
c) ocorrência de trocas dinâmicas de elementos e influências provenientes da atmosfera, 
litosfera e hidrosfera. 
 
Estes fatores determinam a composição dessa faixa conhecida como biosfera. Nela 
predominam elementos mais leves, como o hidrogênio (H), carbono (C), nitrogênio (N), 
oxigênio (O) e fósforo (P), na extensão de 1 a 60%, seguidos por sódio (Na), potássio (K), 
magnésio (Mg), cálcio (Ca), enxofre (S) e cloro (Cl), no intervalo de 0,01 a 1%. Os metais de 
transição vanádio (V), crômio (Cr), manganês (Mn), ferro (Fe), cobalto (Co), cobre (Cu) e 
zinco (Zn) comparecem na escala de traços (< 0,01%), porém são essenciais para a vida, o 
mesmo acontecendo com os não metais boro (B), silício (Si) e selênio (Se). Acima do 
elemento de número atômico 34, apenas o molibdênio (Mo, Z = 42) e iôdo (I, Z = 53) são 
considerados essenciais. 
 
Por que a vida se teria organizado com base nesses elementos? Em primeiro lugar, 
devemos observar que cada elemento na biosfera desempenha uma função necessária, como 
constituinte estrutural de sistemas biológicos, como cofator e centro ativo de enzimas, ou como 
transportador de elétrons, íons, O2 e CO2. Ao lado da eficiência de cada elemento em sua 
função biológica,deve-se pensar ainda em sua abundância relativa no ambiente geoquímico 
onde se insere o círculo da vida. Este aspecto pode ser melhor apreciado na Tabela 2.1. 
 
Os elementos constituintes da biosfera ocorrem em quantidades apreciáveis na crosta 
terrestre, nas águas ou no ar, fato que evidencia bem a importância desse critério de seleção 
natural. Podemos assim compreender a razão da preferência desenvolvida em torno do sódio e 
do potássio dentre os demais metais alcalinos, bem como do predomínio absoluto do cálcio 
sobre o estrôncio nos sistemas biológicos, apesar de sua semelhança química. 
 
Enquanto a abundância relativa dos elementos no globo terrestre está ligada à 
estabilidade nuclear, a seleção entre os vários elementos disponíveis constitui um problema de 
ordem funcional. Tomando como exemplo os metais da primeira série de transição, vamos 
encontrar o ferro e o cobre como maior frequência em funções redox, em virtude de suas 
características favoráveis para a transferência de elétrons. O zinco, por outro lado, sendo 
pouco ativo em processos redox, foi melhor aproveitado para o exercício de funções 
hidrolíticas, catalisando reações tipo ácido-base. Note-se que os íons de cobre são igualmente 
ativos nesse sentido. Contudo, a opção natural pelo zinco diminuiu a possibilidade de reações 
 
redox acopladas ao processo hidrolítico. 
 
O papel de cada elemento nos sistemas biológicos introduz a questão da essencialidade 
de tal elemento. Através da evolução, os elementos metálicos como Fe, Co, Cu, Zn e Mo, 
selecionados com base na maior disponibilidade e eficiência, tornaram-se parte de um sistema 
químico mais complexo, representado, por exemplo, pela cadeia protéica. Com isso, 
assimilaram características extremamente aprimoradas e específicas em suas funções. Os 
elementos alternativos, exemplificados pelo estrôncio e pelos lantanídeos com relação ao 
cálcio, sendo menos abundantes, acabaram ficando à margem da evolução biológica. 
 
 
 
 
Tabela 2.1 - Composição da crosta terrestre, da água do mar e do homem: dados em 
logaritmo da distribuição percentual em partes por milhão 
Exemplo: 106 g de água do mar encerram 105,03 g de hidrogênio 
__________________________________________________________________________ 
Elemento crosta água homem observações 
________________________________________________________________________________________ 
H 3,14 5,03 4,96 constitutinte do fluido e das moléculas biológicas 
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Li 1,30 -0,76 -1,5 não essencial, usado no tratamento de doenças 
mentais 
Na 4,45 4,02 3,41 principal cátion extracelular 
K 4,41 2,58 3,34 principal cátion intracelular 
Rb 1,95 -0,92 0,9 não essencial 
Cs 0,44 -3,30 não essencial 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 
Be 0,45 -6,22 não essencial, tóxico 
Mg 4,32 3,13 2,60 função enzimática, componente da clorofila 
Ca 4,55 2,60 4,14 função enzimática, constituinte dos ossos e das 
 conchas 
Sr 1,95 -0,92 0,6 não essencial 
Ba 2,62 -1,5 -0,5 não essencial 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 
B 1,00 0,66 -0,7 essencial em plantas 
Al 4,91 -2,0 não essencial 
Ga 1,17 -4,5 não essencial 
In -1,0 não essencial 
Tl0,3 não essencial, tóxico 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 
C 2,30 0,66 5,28 constituinte de biomoléculas 
Si 5,44 0,48 1,60 função estrutural 
Ge 0,17 -4,15 não essencial 
Sn 0,30 -3,10 0,30 função desconhecida 
Pb 1,11 -4,5 -0,30 não essencial, tóxico, poluente 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 
N 1,30 -0,3 4,70 constituinte de biomoléculas 
P 3,02 -1,15 3,80 função estrutural e energética 
As 0,25 -2,5 -1,3 não essencial, tóxico 
Sb -0,7 -3,3 não essencial, tóxico 
Bi -0,6 -4,7 não essencial, tóxico 
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
O 5,66 5,93 5,79 constitutinte do fluido e das moléculas biológicas 
S 2,41 2,94 3,80 constituinte de biomoléculas 
Se -1,3 -3,4 essencial em traços; bastante tóxico em 
quantidades 
maiores 
Te 2,0 não essencial, tóxico 
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
F 2,79 0,11 encontrado nos ossos e dentes 
Cl 2,11 4,28 3,25 principal ânion celular 
Br 0,39 1,81 0,3 encontrado em algumas espécies marinhas 
I -0,30 -1,22 0,01 constituinte de biomoléculas 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 
 
________________________________________________________________________________________ 
Elemento crosta água homem observações 
________________________________________________________________________________________ 
Ti 3,64 -3,00 não essencial 
V 2,13 -2,69 -1,5 essencial, principalmente para organismos 
marinhos e plantas 
Cr 2,00 -4,3 -1,5 essencial, função pouco conhecida 
Mn 2,97 -2,7 0,01 função enzimática, decomposição da água na 
fotossíntese 
Fe 4,69 -2,7 1,70 função enzimática e transportadora de oxigênio 
Co 1,39 -4,0 -1,4 função enzimática, constituinte da vitamina B12 
Ni 1,87 -2,7 -1,4 função desconhecida, provavelmente não essencial 
Cu 1,74 -2,5 0,6 função enzimática e transportadora de oxigênio 
Zn 1,84 -2,0 1,40 função enzimática 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 
Nb 1,30 -5,0 não essencial, presente em alguns organismos 
marinhos 
Mo 0,17 -2,0 -0,7 função enzimática, fixação do nitrogênio molecular 
Cd -0,7 -3,95 não essencial, poluente, tóxico 
Pt -2,0 não essencial, componente de drogas contra o 
 câncer 
Au -2,4 -5,4 não essencial, componente de drogas para 
 tratamento de artrite 
Hg -1,1 -4,5 não essencial, poluente, tóxico 
Ln lantanídeos, não essenciais 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 
 
 
2.2 - Ciclo dos elementos da biosfera 
 
A troca de elementos entre a atmosfera, litosfera e hidrosfera é um ponto essencial 
para a existência da biosfera. Assim, é importante levar em conta a disponibilidade do 
elemento, decorrente não apenas da sua abundância natural, mas também da forma em que se 
encontra e dos modos de captura pelos sistemas biológicos. 
 
Apesar de constituir 78% da atmosfera, o nitrogênio molecular nem sempre pode ser 
considerado disponível, por ser pouco reativo. Sua transformação em produtos mais úteis, 
como a amônia, NH3, envolve apreciável gasto de energia, necessitando de catalisadores, além 
de pressões e temperaturas elevadas. Esse obstáculo foi superado em sistemas biológicos que 
sintetizam enzimas nitrogenases. Tais enzimas contêm ferro (Fe) e molibdênio (Mo), e são 
capazes de converter nitrogênio molecular em amônia, em condições ambientes, utilizando 
energia produzida pelo metabolismo. São encontradas em microorganismos que vivem livres, 
ou associados a raízes de plantas, como as leguminosas. Dessa maneira, tornam o nitrogênio 
atmosférico disponível à biosfera. 
 
O oxigênio é disponível à biosfera, como componente fundamental da água e do ar. Na 
forma de oxigênio molecular, sua assimilação e transporte são feitos através de pigmentos que 
contêm ferro (por exemplo, hemoglobina e mioglobina) ou cobre (por exemplo, hemocianina). 
 Enzimas redox que contêm ferro ou cobre, se encarregam da oxidação dos substratos 
orgânicos pelo oxigênio molecular, dando como produtos finais CO2 e H2O. O processo 
inverso, que fecha o ciclo do elemento na biosfera, é desempenhado pelo pigmento verde das 
plantas, a clorofila. Na fotossíntese, CO2 e H2O são convertidos em carboidratos, sob a ação 
 
da luz, liberando oxigênio molecular. Ao mesmo tempo, o carbono é incorporado à biosfera. 
 
Os elementos metálicos, assim como os íons haletos, fosfato, sulfato e nitrato, são 
fornecidos à biosfera, continuamente, pela hidrosfera e litosfera. Mecanismos desenvolvidos 
de incorporação permitem a acumulação seletiva dessas espécies nso seres vivos, distribuindo-
as segundo um padrão incrivelmente complexo pelas diversas partes do organismo. 
 
2.3 - Ciclos biogeoquímicos na natureza 
 
Todos os elementos que se encontram no meio ambiente e que, de alguma forma, são 
aproveitados pelos seres vivos fazem parte de um reservatório permanente. Sofrem uma série 
de transformações bioquímicas, retornam ao seu estado original e, por fim, são devolvidos ao 
meio ambiente. Isso é necessário, pois, mesmo quando abundantes, os elementos 
indispensáveis à vida existem em quantidade limitada. Caso não fossem continuamente 
reciclados, se esgotariam em pouco tempo. 
 
Os ciclos dos elementos componentes da natureza são denominados biogeoquímicos, 
por envolverem atividades biológicas, químicas e fenômenos geológicos. Biológicas, porque 
grande parte das transformações se sucedem com a participação dos seres vivos; químicas, 
porque consistem em reações que ocorrem entre elementos químicos; e são também fenômenos 
geológicos, visto que a origem primária de todos esses elementos está ligada à composição 
básica da superfície do globo terrestre. Por essas três características, convencionou-se chamar 
os ciclos naturais dos elementos químicos na biosfera de ciclos biogeoquímicos. 
 
Os grandes reservatórios do nosso planeta - litosfera, hidrosfera e atmosfera - 
geralmente mantêm uma massa relativamente elevada das substâncias envolvidas nesses 
reservatórios. Matéria é constantemente trocada entre os reservatórios, sendo que a grande 
maioria das transformações e, pelo menos parte das trocas, acontecem por meio de reações 
químicas realizadas pelos seres vivos. 
 
Nos reservatórios, as velocidades de troca e o estoque das substâncias participantes dos 
ciclos são praticamente constantes (não considerada a escala geológica do tempo), sendo que 
as trocas e as transformações acontecem de modo tal que as alterações causadas por 
interferência são, em princípio, minimizadas. 
 
A “circulação” de alguns elementos é muito rápida. Em compensação, há casos em que 
essa circulação entre os meios abiótico e biótico, com o retorno ao primeiro, demanda um 
tempo exageradamente longo; às vezes de milhões de anos. A título de exemplo, você pode até 
imaginar um átomo de carbono na composição de uma molécula de CO2, resultante de uma 
combustão qualquer. Se essa molécula for incorporada por uma planta verde no processo 
fotossintético, em pouco tempo aquele carbono estará compondo uma molécula orgânica da 
planta. Um inseto, ao devorar essa planta, receberá aquele átomo de carbono. Mas, pela sua 
própria atividade respiratória, o inseto não tardará em devolver o carbono ao ambienteabiótico, sob a forma de dióxido de carbono. Esse é um ciclo rápido. Mas muitos átomos de 
carbono ficaram soterrados, compondo a matéria de organismos, animais e plantas, retidos em 
terrenos geológicos de milhões de anos, originando o petróleo e a hulha. Hoje, esses 
combustíveis, extraídos e queimados, liberam outra vez o carbono para o ar atmosférico, 
permitindo o seu reaproveitamento pelas plantas e o seu retorno às cadeias alimentares. 
 
 
O estudo destes ciclos nos possibilita entender a maneira como essas transformações e 
trocas ocorrem, bem como avaliar o grau de interdependência dos seres vivos e destes com o 
ambiente. 
 
 
2.3.1 - Os ciclos do carbono e do oxigênio 
 
Apesar de ser bem pequena a percentagem de dióxido de carbono (CO2) na composição 
do ar atmosférico (cerca de 0,04 %), calcula-se que a quantidade dele lançada anualmente na 
atmosfera, não só pela atividade respiratória dos seres vivos, mas também pelas combustões 
nas fábricas e nos veículos automotores, ultrapasse cinco bilhões de toneladas. Isso representa, 
de certa forma, um fator considerável de poluição do meio ambiente. Há evidências de que o 
acúmulo de CO2 na atmosfera vem provocando um aquecimento cada vez maior do nosso meio 
ambiente, atuando como um manto que impede a perda de calor para o espaço exterior (efeito 
estufa). Felizmente, as plantas verdes dos ecossistemas terrestres e, principalmente, as algas 
marinhas reprocessam esse CO2, no fenômeno da fotossíntese, combinando-o com a água e 
formando carboidratos. Por esse processo de reciclagem do CO2 nas estruturas celulares, são 
formados os compostos orgânicos, imprescindíveis à manutenção da vida na biosfera. 
 
Os compostos orgânicos, além do seu papel estrutural, são consumidos pelos sistemas 
vivos como ciclos de energia. Ao fim dos mecanismos respiratórios, que visam a liberação da 
energia contida nas moléculas orgânicas, o CO2 reaparece como um dos produtos finais, sendo 
então devolvido ao meio ambiente para reiniciar o ciclo. 
 
O ciclo do oxigênio corre paralelo ao ciclo do carbono, estando intimamente vinculado 
a ele. Realmente, à proporção em que as plantas retiram o CO2 do ar atmosférico, durante a 
fotossíntese, elas desprendem o oxigênio, como que “reabastecendo” o ambiente de ar limpo e 
respirável. Em contrapartida, à proporção que consomem o oxigênio do ar para suprimir os 
mecanismos intracelulares de obtenção de energia, os seres de respiração aeróbia liberam 
novas quantidades de CO2 para o meio em que vivem. 
 
Portanto, o equilíbrio quntitativo desses gases (oxigênio e dióxido de carbono) no ar 
respirável depende diretamente do equilíbrio que deve haver na natureza entre os fenômenos 
de fotossíntese e de respiração celular. 
 
O oxigênio liberado para a atmosfera é proveniente da quebra de moléculas de água na 
estrutura celular das plantas clorofiladas durante a fotossíntese. Há estimativas de que toda a 
massa de água existente no nosso planeta, aproximadamente um e meio bilhão de quilômetros 
cúbicos, deve passar pelo processo de quebra molecular, originando oxigênio livre de origem 
fotossintética, a cada período de dois milhões de anos. Mas, ao mesmo tempo em que a água 
vai originando O2 livre, este gás vai sendo reprocessado na respiração dos animais e vegetais, 
restaurando a água como produto final. Assim, fecha-se o ciclo do oxigênio, que envolve a 
atmosfera, a hidrosfera e a biosfera. 
 
Façamos agora uma análise mais detalhada destes ciclos. 
 
É através da fotossíntese que os vegetais clorofilados transformam o CO2, do ar 
 
atmosférico ou dissolvido na água, e H2O em matéria orgânica. Além do carboidrato é 
produzido O2, substância essencial à respiração aeróbia (reação inversa a da fotossíntese), 
através da qual a grande maioria dos seres vivos (seres aeróbios) vegetais e animais faz uso da 
energia contida na matéria orgânica. 
 
A fotossíntese envolve oxidação e redução, e o processo pode ser separado em duas 
semi-reações: 
 
2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e- 
 
CO2 + 4 H+ + 4 e- → [CH2O] + H2O 
____________________________________ 
 
H2O + CO2 → O2 + [CH2O] 
 
onde ∆G = 471 J/mol CH2O (suprida por fótons do sol) 
 
Qualquer molécula que absorva luz e alcance um estado excitado que dure o bastante 
para sofrer oxidação ou redução, é capaz de iniciar processos fotoquímicos. Clorofilas e outros 
pigmentos acessórios, presentes nos vegetais fotossintetisantes, preenchem este requisito. No 
entanto, nos vegetais fotossintetisantes, a energia absorvida por estes pigmentos é, 
aparentemente, transferida para uma molécula especial de clorofila, capaz de promover 
processos de óxido-redução com a ajuda de enzimas e outras moléculas transportadoras de 
energia. 
 
O carboidrato sintetizado, representado por sua fórmula mínima [CH2O], é a glicose, 
C6H12O6 que, incorporada ao vegetal na forma de polímero (celulose e amido), é a base para a 
síntese das outras substâncias que compõem o organismo vivo. 
 
 
2.3.1.1 - O ciclo do carbono e o aquecimento global 
 
As atividades humanas têm causado distúrbios no balanceamento do ciclo do carbono. 
Desde o advento da Revolução Industrial, os homens vêm aumentando a queima de 
combustíveis fósseis - carvão, óleo e gás natural. Esta tendência, juntamente com uma maior 
utilização da madeira como combustível e a queima de grandes áreas de florestas tropicais, têm 
lançado dióxido de carbono na atmosfera numa velocidade maior do que o ciclo natural de 
carbono pode suportar. 
 
O lento, mas contínuo aumento da concentração de CO2 na atmosfera é, provavelmente, 
a causa de mudanças que vêm ocorrendo no clima, um fenômeno conhecido como aquecimento 
global. O aquecimento global pode resultar na elevação dos níveis dos mares, mudanças nos 
modelos de precitação, morte de florestas, extinção de animais e plantas e problemas para a 
agricultura. É provável também que force o abandono de milhares, ou até mesmo milhões, de 
pessoas de suas moradias, particularmente aquelas que vivem em regiões costeiras. 
 
Segundo algumas teorias, o aumento da concentração de CO2 leva a um aumento, não 
 
desprezível, na absorção, pela atmosfera, da energia que é emitida pela superfície da terra em 
direção ao espaço. Esta interceptação da radiação emitida pela terra é análoga àquela exercida 
pela placa de vidro (que é opaco à radiação infravermelha) num coletor solar; por este motivo 
este efeito do CO2 é denominado “efeito estufa”. 
 
A partir de 1945 a temperatura média da terra, depois de passar por um máximo, 
começou a cair. Na época, esta nova tendência foi explicada por alguns grupos como sendo 
resultante do aumento da refletividade, ou do gradativo aumento na opacidade da atmosfera, 
em decorrência da emissão antrópica de particulado que permanece em suspensão no ar. 
Climatologistas têm desenvolvido modelos matemáticos que permitem predizer a extensão do 
efeito conjunto do CO2 e das partículas em suspensão. 
 
Sabendo-se que a combustão de combustíveis fósseis tem competido de maneira não 
desprezível com a respiração na produção de CO2 e, adicionalmente, que em ambas existe um 
consumo de O2 proporcional ao CO2 produzido, surge a pergunta: “O desbalanceamento neste 
ciclo é capaz de diminuir apreciavelmente a concentração de O2 na atmosfera como um todo?” 
 
Dados numéricos mostram que a combustão não traz problemas quanto à 
disponibilidade de O2 na atmosfera, porém ela produz, além do CO 2, um grande número de 
substâncias tóxicas aos seres vivos, e este sim é um problema sério que tem merecido e deve 
merecer atenção especial. 
 
Finalmente resta analisar a possibilidade de desequilíbrio entre a produção e o consumo 
de O2 em algumas regiões mais ou menos delimitadas, já que a atmosfera não corre este risco e 
a hidrosfera tem até uma produçãolíquida de O2. 
 
Quando ecossistemas aquáticos são analisados, verifica-se que, em muitos deles, a 
concentração de O2 em suas águas é menor do que a esperada concentração de saturação. Rios 
e lagos (ou pelo menos parte deles), cujas águas mantêm uma concentração de O2 inferior 
àquela necessária para a sobrevivência de grande número de animais, não são difíceis de serem 
encontrados. Mais raros, porém existentes, são corpos de água onde houve esgotamento total 
do oxigênio dissolvido e, por isso mesmo, só podem abrigar vida anaeróbia. 
 
 As características de pelo menos dois parâmetros, permitem que tais situações aconteçam: 
 
a) a solubilidade de gases na água tem um limite que, no caso do O2 é de 
aproximadamente 8 mg O2 / litro de água. Esta baixa solubilidade faz com que mesmo 
pequenos consumos sejam importantes e torna impossível a armazenagem de O2 produzido em 
excesso em certos períodos. 
 
b) a dissolução de gases na água é um processo lento, principalmente em águas pouco 
turbulentas. Deste modo, a reposição do “deficit” de oxigênio por dissolução do O2 
atmosférico é normalmente demorada. 
 
O excesso do consumo de O2 no meio aquático é o principal efeito da poluição das 
águas por lançamento de detritos, assunto do qual trataremos futuramente. 
 
Na atmosfera, os “déficits” de oxigênio são desprezíveis mesmo naquelas regiões onde 
 
os processos de combustão são intensificados como, por exemplo, regiões industriais e/ou com 
 tráfego intenso. Esta constatação pode ser entendida analisando-se os mesmos parâmetros 
referidos anteriormente. 
 
a) não existe limite de solubilidade do O2 na atmosfera. A concentração de O 2 na 
atmosfera é de 21% em volume, ou seja, 35 vezes a da água saturada de O2 (se considerada a 
relação volume/volume). 
 
b) a homogeneização do ar, comparada com a da água, se dá rapidamente. 
 
 
2.3.2 - O ciclo do nitrogênio 
 
O nitrogênio participa, obrigatoriamente, das moléculas das proteínas e outros 
compostos essenciais à vida. É, portanto, um dos elementos mais importantes à constituição 
das células e, consequentemente, dos seres vivos. 
 
Através da fotossíntese, as plantas produzem os carboidratos, compostos ternários que 
possuem carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O). No entanto, a partir daí, só será possível 
a obtenção de compostos quaternários contendo C, H, O e N, se tais plantas reagirem os 
produtos ternários com substâncias nitrogenadas. Só assim surgirão as aminas, as amidas, os 
aminoácidos e, finalmente, as proteínas. Isso dá a dimensão da importância do nitrogênio na 
composição da matéria viva. 
 
A atmosfera constitui um suprimento praticamente ilimitado de gás nitrogênio (N2), 
uma molécula diatômica. Entretanto, o nitrogênio molecular é tão estável, que não pode ser 
incorporado pela grande maioria dos vegetais produtores e por qualquer animal, os quais são 
capazes de utilizá-lo apenas após sua fixação, ou seja, após sua oxidação ou redução e fazendo 
parte de uma substância que possa ser utilizada por esses organismos. 
 
O ciclo do nitrogênio pode ser descrito em cinco etapas: 
 
1- Fixação do nitrogênio 
2- Nitrificação 
3- Assimilação 
4- Produção de amônia 
5- Desnitrificação 
 
1- Fixação do nitrogênio 
O primeiro passo no ciclo do nitrogênio é chamado de fixação do nitrogênio. Este 
corresponde à conversão do nitrogênio gasoso (N2) em amônia (NH3). O processo recebe este 
nome pelo fato de que o nitrogênio é fixado numa forma que permite sua utilização pelos seres 
vivos. A outra parte da fixação natural produz NO e acontece na atmosfera somente em certas 
situações, envolvendo suficiente energia para quebrar a molécula de N2. Destacam-se, por 
exemplo, a ação vulcânica, quedas de meteoros e ocorrência de relâmpagos. Nestes casos são 
alcançadas altas temperaturas e a oxidação do N2 (N2 + O2 → 2 NO) se torna possível. 
 
 
Nos processos de combustão é produzido NO pelo mesmo motivo exposto acima. 
Atualmente a quantidade de NO emitido anualmente pelas indústrias e pelos veículos é pelo 
menos o dobro daquela produzida naturalmente na atmosfera no mesmo período. Porém esta 
não é a forma mais importante com o homem tem competido com a natureza na fixação do 
nitrogênio. 
 
A crescente demanda de fertilizantes nitrogenados fez com que a quantidade de NH3 
produzida industrialmente em 1970 fosse maior do que todo o nitrogênio que se estima ter sido 
fixado naturalmente neste mesmo ano. 
 
A produção industrial de amônia só se tornou possível a partir de 1914 quando Haber e 
Bosch desenvolveram um processo para a síntese de NH3 que, utilizando Ferro (Fe) como 
catalisador, permite velocidades razoáveis para a reação: 
 
700 - 900 K 
3H2 + N2 ----------------------------------→ 2NH3 
100 - 150 atm 
 
Este é um processo energeticamente muito caro, mas fornece uma alternativa para a 
disponibilidade de compostos nitrogenados, cujas reservas já eram escassas à época de Haber e 
Bosch. 
 
 A fixação biológica do nitrogênio pode ser realizada por bactérias fixadoras de 
nitrogênio, incluindo as cianobactérias (um tipo de bactéria fotossintética), no solo e em meios 
aquáticos. As bactérias fixadoras de nitrogênio empregam uma enzima chamada nitrogenase, 
que catalisa a redução do nitrogênio. 
 
Os pouco organismos com capacidade de fixar nitrogênio, ainda que a distinção possa 
não ser muito precisa, são divididos em organismos de “vida livre” e organismos que vivem 
em associação simbiótica com vegetais superiores. 
 
Dentre os organismos de “vida livre”, as azotobactérias são importantes naqueles 
ecossistemas terrestres onde os organismos simbióticos são ausentes, como, por exemplo, as 
pastagens. As algas azuis-verdes (cianofícias) são os principais fixadores no meio aquático. 
 
Os organismos simbióticos são os mais importantes fixadores de nitrogênio na biosfera, 
principalmente aqueles que vivem em nódulos das raízes de leguminosas como feijão, soja, 
amendoim, alfafa, etc. Estas últimas são as mais bem estudadas, em decorrência de sua 
importância na agricultura. 
 
Enquanto a fixação dos organismos de “vida livre” é de 2 - 3 kg de nitrogênio por 
hectare ao ano, em média, a fixação de uma cultura de leguminosas é de cerca de 50 kg de 
nitrogênio por hectare ao ano, atingindo o máximo nas culturas de alfafa, cuja fixação é dez 
vezes a média das leguminosas. 
 
2- Nitrificação 
 
A oxidação da amônia, ou nitrificação, é um processo que ocorre em duas etapas. 
 
Inicialmente, as nitrosomonas, que são bactérias quimiossintetisantes, oxidam amônia a nitrito 
segundo a reação: 
 
NH4+ + 3/2 O2 → NO2- + H2O + 2 H+ 
 
Em seguida, as nitrobactérias realizam a oxidação final, dada por: 
 
NO2- + 2 O2 → NO3- 
 
Uma justificativa possível para a necessidade da nitrificação é que, mesmo que as 
plantas absorvam tanto amônia como nitrato, o nitrato tem maior mobilidade no solo, podendo 
chegar mais facilmente às raízes do vegetal. 
 
3- Assimilação 
 
Na assimilação, o nitrogênio fixado, como amônia (NH3) ou nitrato (NO3-), é absorvido 
pelos vegetais, incorporando o nitrogênio dessas espécies nas proteínas das plantas e ácidos 
nucleicos. 
 
4- Produção de amônia 
 
Organismos vivos produzem resíduos que contêm nitrogênio, tais como uréia e ácido 
úrico. Estas substâncias, mais os compostos de nitrogênio que ocorrem em organismos sem 
vida, são decompostos, liberando o nitrogênio para o ambiente abiótico na forma de amônia 
(NH3). Esta amônia entra no ciclo do nitrogênio, tornando-se disponível para os processos de 
nitrificação e assimilação. 
 
5- Desnitrificação 
 
Bactérias como as nitrosomonas desnitrificantes são responsáveis pelo retorno do 
nitrogênioà atmosfera. Estas bactérias, facultativas, na ausência de oxigênio, utilizam NO2- e 
NO3- como oxidantes na respiração, reduzindo-os a N2 ou N2O, da seguinte maneira: 
 
 
(CH2O) + NO3- → CO2 + 2 H2O + OH- + 2 N2O e 
 
5 (CH2O) + 4 NO3- → 5 CO2 + 3/2 H2O + 4 OH- + 2 N2 
 
Se não fosse a grande produção industrial de fertilizantes nitrogenados, poder-se-ia 
esperar por um balanceamento entre a retirada de nitrogênio da atmosfera (fixação) e o seu 
retorno (desnitrificação). Atualmente, não se tem segurança nem da extensão deste 
balanceamento, nem das consequências que este fato poderia trazer a longo prazo, se 
considerada a biosfera. O que existe de concreto é que o carreamento de compostos 
nitrogenados (e também fosforados) pelas águas de escoamento, tem acelerado o processo 
natural de fertilização de lagos, ou seja, acelerado o processo de eutrofização, cujos problemas 
serão discutidos mais tarde. 
 
 
 
2.3.3 - O ciclo do fósforo 
 
O fósforo na biosfera não segue um ciclo no sentido absoluto do termo, sendo que 
naturalmente existe uma perda apreciável de fósforo para os sedimentos profundos do mar. 
Uma outra característica é que, ao contrário do carbono, do oxigênio e do nitrogênio, o fósforo 
não se encontra acumulado num grande reservatório, sendo encontrado em baixíssima 
concentração nas águas ou disperso na litosfera. De qualquer forma, é um elemento raro, 
mesmo no último caso. 
 
As principais fontes de fósforo são as rochas fosfatadas, os depósitos de guano e os 
depósitos de fósseis. Destas fontes, sob a ação do intemperismo natural, o fosfato é 
continuamente removido. Sua última escala, depois de absorvido pelos produtores e de 
atravessar a cadeia alimentar, é o sedimento marinho. Parte deste fósforo retorna à terra 
através do excremento de aves (guano), ou através do particulado produzido pela turbulência 
do mar, ou ainda através do peixe capturado pelo homem. No entanto, parte do fósforo, 
mesmo que pequena, é levada para o sedimento profundo do mar, de onde o seu retorno a terra 
pelos caminhos citados acima é praticamente impossível, o motivo sendo a ausência de 
produtores em tal profundidade. 
 
O uso de compostos fosforados, tanto nos fertilizantes como na carga de detergentes 
sintéticos, tem levado a uma crescente exploração das reservas, além de aumentar a quantidade 
que é arrastada pelas águas de escoamento para os lagos e mares. A fração que é carreada para 
os lagos, ainda que tenha o seu retorno a terra garantido, seguramente tem acelerado o processo 
de eutrofização. 
 
A quantidade de fósforo consumida como aditivo para detergentes sintéticos não é 
pequena. Porém, mais importante do que este consumo, é o fato de que os detergentes, 
possivelmente, constituem a principal fonte do fósforo carregado para o meio aquático, 
avaliando-se sua contribuição em 30 a 40 %, como média mundial, chegando ao duplo deste 
valor em algumas regiões. 
 
2.3.4 - O ciclo da água 
 
O ciclo da água, conhecido como ciclo hidrológico, é resultante do balanceamento 
entre a água dos oceanos, a água da litosfera e a água da atmosfera. 
 
A água é, quantitativamente, o elemento mais abundante na constituição dos seres 
vivos. Cerca de 70% do peso do homem e 90% do peso de alguns animais aquáticos é 
formado por água. Em vista disso, a massa de seres vivos existente em qualquer parte da 
superfície terrestre é proporcional à disponibilidade de água. Isso significa que em regiões de 
fortes chuvas a vida é muito mais exuberante e intensa do que em áreas desérticas. 
Pesquisas geológicas têm revelado a existência de enormes reservas de água entre as 
rochas que constituem o manto, situado abaixo da crosta terrestre. No entanto, é a água 
presente na litosfera, na hidrosfera e na atmosfera que garante a vida no planeta. 
 
A maior parte da água da atmosfera está na forma gasosa, ou seja, de vapor. E quando 
ela se acumula em grande quantidade, ao sofrer um resfriamento, condensa-se, dando lugar à 
 
formação das nuvens. Nessa fase, há uma enorme mobilidade das reservas de água em função 
dos ventos. Isso faz com que uma nuvem formada em um determinado ponto venha a se 
precipitar na forma de chuva, a uma longa distância do ponto de origem. 
 
Essa quantidade de água existente na atmosfera não é muito grande. Se todo o vapor 
de água fosse condensado e espalhado na superfície da Terra, resultaria uma camada de apenas 
3 centímetros de espessura. Mesmo assim, todo o ciclo da água está fundamentado nesse 
pequeno volume. 
 
Com a precipitação na forma de chuvas, grande parte da água que estava na atmosfera 
cai diretamente nos oceanos. A outra parcela vai para os continentes. Dessa parcela, uma 
parte substancial é infiltrada no solo. O restante escoa superficialmente em direção aos 
pontos baixos. Isso contribui para a formação de córregos, rios e lagos que, por sua vez, 
escoam para o oceano. Já a porção infiltrada renova as águas subterrâneas, ou seja, o lençol 
freático, um depósito de água disponível para a vegetação. O excedente de água dos lençóis 
pode retornar à superfície na forma de nascentes ou rios. 
 
O retorno da água dos oceanos, rios e lagos (ou mesmo diretamente do solo) para a 
atmosfera dá-se por evaporação. Além da evaporação, grande parte dessa água volta à 
atmosfera através da transpiração das folhas dos vegetais. Como a superfície total das folhas 
de uma árvore é muitas vezes superior à área do solo que ela ocupa, os vegetais têm um 
importante papel multiplicador do fenômeno de evaporação da água. Além disso, eles exercem 
enorme influência na manutenção da umidade do ar e nas precipitações pluviométricas. À 
soma da evaporação direta do solo, da água, e da transpiração vegetal dá-se o nome de 
evapotranspiração. 
 
Referências 
[1] H. E. Toma, Química Bioinorgânica, Programa regional de desenvolvimento científico 
 e tecnológico, Washington (1984). 
[2] J. C. Kotz e K. F. Purcell, Chemistry and Chemical Reactivity, Saunders College 
 Publishing (1990). 
[3] N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Pergamon Press (1986). 
[4] B. M. Vieira, Ciências do ambiente para o curso de engenharia, Departamento de 
 Química - Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA, São José dos Campos, SP. 
[5] P. H. Raven, L. R. Berg, G. B. Johnson, Environment, Saunders College Publishing, 
 (1995). 
[6] S. M. Branco, E. Murgel, Poluição do ar, Editora Moderna, (1995). 
 
[7] E. P. Odum, Fundamentos de Ecologia, Fundação Calouste Gulbenkian, 4a edição. 
 
 
 
Capítulo 3 
 
A ATMOSFERA TERRESTRE E OS PRINCIPAIS PROBLEMAS AMBIENTAIS 
 
 
3.1- A atmosfera terrestre 
 
 
3.1.1- Principais funções 
 
A atmosfera terrestre é um manto protetor que favorece a vida na Terra e a protege 
contra o ambiente hostil do espaço externo. Sua importância é evidente quando se leva em 
consideração suas principais funções: 
 
- fonte de CO2 para a fotossíntese; 
- fonte de N2 que é utilizado pelas bactérias fixadoras de nitrogênio e pelo homem para 
 produzir nitrogênio fixado, essencial para a vida; 
- transporta a água do mar para a terra, funcionando como �condensador� de um vasto 
destilador que utiliza o sol como fonte de energia; 
- exerce o efeito tampão sobre o pH dos oceanos; 
- absorve a maioria dos raios cósmicos provenientes do espaço externo, protegendo a 
vida dos seus efeitos; 
- absorve a maior parte da radiação eletromagnética do Sol; 
- filtra radiações ultravioleta abaixo de 300 ηm (1 ηm = 10-9 m), que são prejudiciais à 
vida; 
- mantém o equilíbrio de calor na Terra, absorvendo a energia reemitida pela terra e 
evitando variações bruscas de temperatura. 
 
 
3.1.2- Composição 
 
O ar natural seco ao nível do mar compõe-se, essencialmente, dos gases nitrogênio (N2)e oxigênio (O2): 
ι Nitrogênio, 78,08% ι Oxigênio, 20,95% 
(composição em volume) 
 
Os demais constituintes, menos que 1%, são: 
ι Argônio (Ar), 0,934% ι Dióxido de carbono (CO2), 0,035% 
 
ι Neônio (Ne), 1,818 x 10-3 % ι Hélio (He), 5,24 x 10-4 % 
ι Criptônio (Kr), 1,14 x 10-4 % ι Xenônio (Xe), 8,7 x 10-6 % 
 
O ar atmosférico também apresenta água em sua composição, mas com concentração 
bastante variável, podendo ser encontrados desde alguns centésimos de porcento em regiões 
áridas, até 6% em volume em regiões quentes e úmidas. 
 
 
Outros componentes, em menor quantidade, que estão presentes no ar atmosférico, são 
listados na tabela 3.1. 
 
Tabela 3.1 - Ar seco - Níveis de espécies traço (porcentagem em volume na ausência de 
poluição) 
 
Gás ou % em volume Fontes Processos para remoção 
espécie principais da atmosfera 
___________________________________________________________________________ 
CH4 1,6 x 10-4 fontes biológicas fotoquímica 
CO ~1,2 x 10-5 fotoquímica, antrópica fotoquímica 
N2O 3 x 10-5 fontes biológicas fotoquímica 
NOx1 10-10 - 10-6 fotoquímica, antrópica fotoquímica 
HNO3 10-9 - 10-7 fotoquímica lavagem por precipitação 
NH3 10-8 - 10-7 fontes biológicas fotoquímica, lavagem por 
 precipitação 
H2 5 x 10-5 fontes biológicas, fotoquímica 
fotoquímica 
H2O2 10-8 - 10-6 fotoquímica lavagem por precipitação 
HO.2 10-13 - 10-10 fotoquímica fotoquímica 
HO2.2 10-11 - 10-9 fotoquímica fotoquímica 
H2CO 10-8 - 10-7 fotoquímica fotoquímica 
CS2 10-9 - 10-8 fontes biológicas, fotoquímica 
antrópicas 
OCS 10-8 fontes biológicas, fotoquímica 
antrópicas, 
fotoquímica 
SO2 ~ 2 x 10-8 fotoquímica, fotoquímica 
antrópicas, 
vulcânica 
I2 0 - traços - - 
CCl2F2 2,8 x 10-5 antrópica fotoquímica 
H3CCCl3 ~ 1 x 10-8 antrópica fotoquímica 
____________________________________________________________________________ 
1- soma de NO e NO2 
2- radicais livres, muito reativos, com um elétron desemparelhado; são espécies transientes, 
cujas concentrações tornam-se muito menores no período da noite. 
 
 
 
3.1.3- Estrutura 
 
A atmosfera pode ser dividida em regiões, segundo diferentes critérios. 
 
I- De acordo com a composição química as regiões são denominadas de homosfera e 
heterosfera: 
 
 
a) a atmosfera inferior ou homosfera, vai do nível do mar até cerca de 80 -100 km e sua 
característica é o fato da composição ser relativamente homogênea. Isto ocorre devido à 
movimentação intensa das espécies que constituem esta região; 
 
b) na heterosfera, a variação na composição química ocorre devido à fotodissociação 
das moléculas presentes no ar atmosférico, produzida pela radiação solar. Isto provoca uma 
diminuição no peso molecular médio do ar e uma alta concentração de elétrons e íons 
positivos, sendo que a densidade eletrônica máxima ocorre próximo de 300 km de altitude. 
Por esta razão é também chamada ionosfera. 
 
II- Com base na variação da temperatura, a atmosfera pode ser dividida nas seguintes 
regiões: 
 
___________________________________________________________________________ 
Região Faixa de Altitude (km) Espécies químicas 
temperatura (oC) mais importantes 
___________________________________________________________________________ 
Troposfera 15 a -56 0 a 11 N2, O2, CO2, H2O 
 
Estratosfera -56 a -2 11 a 50 O3 
 
Mesosfera -2 a -92 50 a 85 O2+, NO+ 
 
Termosfera -92 a 1200 85 a 500 O2+, O+, NO+ 
__________________________________________________________________________ 
 
 
Troposfera - Na ausência de poluição, sua composição é bastante homogênea. A temperatura 
decresce com a altitude e o gradiente médio da temperatura é de 6,5 oC/km. A troposfera 
recebe a energia térmica da superfície terrestre, a qual absorve a radiação solar. O 
aquecimento do ar pela radiação infravermelha emitida pela superfície causa movimentos 
verticais intensos (convecção). Estes transportam calor, vapor dágua e outros traços 
constituintes da superfície para níveis mais altos da troposfera. Nestas correntes ascendentes o 
ar se resfria, provocando a condensação do vapor dágua. Assim, o ciclo da água se dá, 
essencialmente, na troposfera. Como neste processo os gases solúveis e os aerossóis são 
absorvidos pelas nuvens e pela precipitação (remoção úmida), ele é o responsável pelas 
trajetórias de muitos outros constituintes traço. 
 
 
Estratosfera - Caracteriza-se pelo aumento da temperatura com o aumento da altitude. Isto 
ocorre devido à presença de O2 e O3. O ozônio pode chegar a 10 ppm (partes por milhão) em 
volume na região mediana da estratosfera e, juntamente com o O2, absorve energia sob a forma 
de radiação ultravioleta, causando um aumento na temperatura. 
 
Mesosfera - Na mesosfera a temperatura cai à medida que cresce a altitude, devido à 
diminuição dos níveis das espécies que absorvem a radiação, principalmente o ozônio. É a 
região que atinge menor temperatura. 
 
 
Termosfera - As espécies desta região absorvem radiação altamente energética, de 
comprimento de onda menor que 200 ηm, responsáveis pela elevação da temperatura até 
1200 oC. 
 
Devido ao delicado equilíbrio existente na atmosfera, qualquer modificação mais 
profunda na sua composição pode provocar efeitos negativos, como chuva ácida, efeito estufa, 
smog fotoquímico, etc., todos com efeitos danosos para os seres vivos. 
 
 
3.2- Efeito estufa 
 
Quando a radiação solar que chega à Terra, sob a forma de luz visível, atinge o solo, 
esta é convertida em outras formas de energia, inclusive a radiação infravermelha que está 
associada ao calor. Se a Terra absorvesse toda a energia solar que recebe, sua temperatura 
alcançaria níveis insuportáveis. Todavia, existe um ciclo envolvendo todo esse processo e que 
permite um equilíbrio entre a energia recebida, absorvida e refletida de volta para o espaço. 
 
Ao incidir sobre o nosso planeta, a radiação solar encontra, em primeiro lugar, a 
atmosfera. Esta é constituída principalmente de N2 e O2, além de outros gases (por exemplo, 
CO2, H2O, O3, CH4,...), em percentagens mínimas, os quais permitem a passagem de 70% da 
radiação solar incidente, refletindo de volta os outros 30%. Da radiação que atravessa a 
atmosfera, parte será absorvida, aquecendo o solo, os oceanos e a própria atmosfera, 
provocando a evaporação (com formação de nuvens e chuvas), ventos e correntes oceânicas. 
 
Neste processo, dever ser estabelecido um equilíbrio, e parte desse calor, sob a forma 
de radiação infravermelha, deve ser reemitida para o espaço. Para sair da ação da Terra, essa 
radiação deve atravessar a atmosfera. Entretanto, esta que era praticamente transparente à luz 
solar, retém a maior parte da radiação infravermelha, pois moléculas de CO2, H2O, O3, CH4, 
entre outras, têm uma estrutura que permite a elas vibrarem nas frequências correspondentes a 
da radiação infravermelha. Isso provoca uma maior absorção de calor pela atmosfera e, 
consequentemente, maior reflexão de calor para o solo. Apesar destas moléculas existirem em 
número relativamente pequeno, apresentam a concentração adequada para manutenção do 
equilíbrio da temperatura terrestre. Na ausência destas, a radiação infravermelha emitida pelo 
solo retornaria para o espaço, provocando muito frio à noite. 
 
O mesmo ocorre nos automóveis fechados, sob a ação da luz solar: a radiação solar 
penetra no veículo através dos vidros, provocando o aquecimento interno. Ao tentar devolver 
parte desta energia, sob a forma de radiação infravermelha, esta é retida pois só uma pequena 
parte consegue atravessar o vidro, que é isolante térmico. Deste modo, a temperatura interna 
torna-se bem maior que a externa. Este efeito corresponde ao que ocorre numa estufa e por 
issoé denominado de EFEITO ESTUFA. 
 
Pode-se dizer então que o efeito estufa existe como um processo natural, e é benéfico. 
A temperatura do planeta seria da ordem de - 18oC na sua ausência. No entanto, o equilíbrio 
térmico do ambiente pode ser alterado em função da mudança da concentração dos gases 
estufa. Desde meados do século passado, devido ao desenvolvimento tecnológico e a 
 
destruição de florestas, verificou-se um aumento na quantidade de dióxido de carbono, metano, 
óxido nitroso, clorofluorcarbonetos (CFC), ozônio e outros gases de origem natural e 
antrópica. Só a emissão de CO2 , causada pela queima de combustíveis fósseis, foi avaliada 
em 5 bilhões de toneladas anuais em todo o mundo e mais 0,4 a 2,5 bilhões provocados pelo 
desflorestamento. 
 
O aumento da pressão parcial do CO2 é preocupante, pois este gás é fundamental para 
processos como a fotossíntese, regulagem da alcalinidade da água do mar, etc. Um aumento na 
concentração do CO2 pode favorecer algumas culturas de alimentos e fibras, mas pode 
prejudicar o rendimento de outras. Mesmo nos casos com possibilidade de aumento na 
produção, existirá, simultaneamente, um maior consumo de nutrientes, cuja reposição se 
constituirá em sério problema para alguns países, pois forçaria o uso de adubos artificiais. 
 
Os demais gases, ainda que presentes em concentrações bem menores, também são 
importantes devido às propriedades que apresentam: enquanto o CO2 tem uma vida 
aproximada na atmosfera de 500 anos, a do CH4 é 7 - 10 anos, porém a sua capacidade de 
acumular calor é 20 vezes maior do que este gás; a molécula de um CFC dura cerca de 75 - 100 
anos e retém 20000 vezes mais calor do que o dióxido de carbono. 
 
O aumento de temperatura causado pelo efeito estufa não seria uniforme, mas os seus 
efeitos afetariam todas as áreas do globo terrestre. Calcula-se que um aumento de 1 a 2oC 
seriam suficientes para provocar enormes danos. As consequências mais sérias que podem ser 
previstas são: 
 
a) degelo das calotas polares, provocando um aumento no nível do mar, com inundação 
de muitas áreas costeiras e cidades; 
 
b) modificações graves na geografia econômica, pois terras atualmente férteis poderiam 
se transformar em desertos. 
 
Medidas visando a minimização dos riscos provocados pelo efeito estufa e por outros 
problemas ambientais já começam a ser introduzidas nas atividades de planejamento 
econômico e social de diversos países. Representantes dos países participantes da Conferência 
das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, realizada no Rio de Janeiro, em 
1992, deram o primeiro passo ao assinarem a Convenção sobre Mudanças Climáticas, que 
entrou em vigor em 21 de março de 1994 e já foi ratificada por mais de 170 países. No 
entanto, só agora, ainda que de forma tímida, foram estabelecidas as metas para a redução das 
emissões dos gases-estufa e definidos os prazos para cumpri-las. A 3a Conferência das partes 
da convenção sobre mudanças climáticas, realizada em Kyoto, Japão, em dezembro de 1997, 
reuniu cerca de 160 países e resultou no chamado Protocolo de Kyoto. 
 
O Protocolo de Kyoto prevê, nos próximos 15 anos, uma redução global das emissões 
dos principais gases causadores do efeito estufa de 5,2 % sobre o nível de 1990 (para os gases 
dióxido de carbono, metano, óxido nitroso) e de 1995 (para os gases hidrofluorcarbono, 
perfluorcarbono e hexafluoreto de enxofre). O compromisso foi assumido por 38 países 
industrializados e as quotas fixadas para cada um deles incluem um corte de 8% para a União 
Européia, 7% para os Estados Unidos e o Canadá, 6% para o Japão, a Rússia, a Nova Zelândia 
e a Ucrânia. Os países em desenvolvimento ficaram de fora, uma vez que o nível de emissão 
 
de gases-estufa neles observados é consideravelmente menor que nos países desenvolvidos, 
tendo sido, porém, convidados a aderirem voluntariamente, fazendo cortes. As sanções aos 
países que violarem o Protocolo de Kyoto também não foram estipuladas desta vez. E 
tampouco foram detalhadas as medidas para que tais objetivos sejam alcançados. 
 
Apesar disto, os ambientalistas que acompanharam de perto a Conferência de Kyoto, 
relacionaram alguns exemplos do que os governos podem fazer para cumprirem o 
compromisso assumido. São eles: 
 
♦estimular a troca do carvão e do petróleo por combustíveis que emitam menos 
dióxido de carbono, como o gás natural; 
 
♦ construir projetos de energia nuclear, solar ou eólica, que não produzem gases 
estufa; 
 
♦ incentivar a criação de tecnologias automotrizes mais eficientes, como motores 
híbridos, que substituiriam, aos poucos, os atuais motores de combustão interna; 
 
♦ melhorar os sistemas de transporte público; 
 
♦ cortar subsídios ao carvão e outras fontes de altas emissões de gases; 
 
♦ criar impostos sobre o carvão, aumentando o preço dos combustíveis poluentes e 
reduzindo suas vendas; 
 
♦ plantar e proteger melhor as florestas que absorvem o dióxido de carbono, principal 
gás causador do efeito estufa; 
 
♦ fixar novos patamares de qualidade, obrigando o desenvolvimento de 
eletrodomésticos mais eficientes. 
 
3.3- Camada de ozônio 
 
O ozônio, O3, é uma das formas naturais de associação dos átomos de oxigênio. No 
estado líquido, o ozônio adquire propriedades explosivas. Sua alta reatividade o transforma 
em elemento tóxico, capaz de destruir microorganismos (proteínas) e prejudicar o crescimento 
de plantas. No estado puro e livre na estratosfera, esse gás participa de interações essenciais 
para a defesa da vida. Lá, os raios ultravioleta oriundos do Sol são suficientemente intensos 
para separar os dois átomos que compõem a molécula de oxigênio, O2, produzindo o chamado 
oxigênio atômico, O. A equação química deste processo é dada por: 
 
 
O2 + hν → O + O 
 
onde hν representa a energia correspondente à luz ultravioleta, necessária para a ocorrência da 
dissociação. 
 
 
A produção de ozônio, realizada numa etapa imediatamente posterior, resulta da 
associação de um átomo de O com uma molécula de O2, sempre na presença de um terceiro 
parceiro M. Este pode ser qualquer molécula do gás majoritário (em geral, nitrogênio ou o 
próprio oxigênio) e não participa da reação química propriamente dita, sendo necessária para 
manter o balanço de energia. O processo pode ser representado por: 
 
O + O2 + M → O3 + M 
 
A criação do ozônio, O3, é acompanhada, na própria estratosfera, por vários outros 
processos, como os que envolvem reação com os compostos nitrogenados, que atuam em 
sentido contrário, isto é, destróem a molécula recém-criada. Assim, a concentração do ozônio 
em estado estacionário resulta, em cada camada atmosférica, do equilíbrio que se estabelece 
entre processos de produção e de perda, cuja incidência varia com a altura. Não é estranha, 
portanto, a existência de uma faixa de máxima concentração, situada em torno de 30 km de 
altura (na estratosfera) e conhecida como camada de ozônio. 
 
A radiação ultravioleta também pode dissociar o ozônio. O O3, através desta reação, 
absorve a radiação ultravioleta, sem a qual a superfície terrestre seria atingida por esta 
radiação, provocando assim danos nas formas de vida e contribuindo para o aquecimento 
global do planeta. Este processo pode ser representado por: 
 
O3 + hν → O2 + O 
 
O nível de ozônio na estratosfera está diminuindo em todo o mundo, a uma taxa de 
0,5% ao ano. Entretanto, o ozônio sobre a Antártica está diminuindo rapidamente a uma taxa 
de 2,5% ao ano. Durante outubro de 1985 os níveis de ozônio nessa região diminuiram cerca 
de 50%, voltando posteriormente a níveis próximos do normal. Novamente, em 1987, foi 
observada, na mesma região e no mesmo período do ano, nova queda de 50% na concentração 
de O3. Esta enorme flutuaçãochamou a atenção dos cientistas, pois cada diminuição de 1% na 
camada de ozônio pode levar a um aumento de 2% nos casos de câncer de pele. 
 
Na Antártica o inverno começa em abril. Durante este período, a região permanece no 
escuro. Os ventos (vortex polar) giram em círculos com velocidades de até 100 km/h, atraindo 
massas de ar de outras partes da Terra. Nessa época a temperatura na estratosfera pode chegar 
a - 90oC, suficientemente frio para formar nuvens. Neste cenário, no fim do inverno, em 
setembro, quando os primeiros raios ultravioleta atingem a Antártica, podem ocorrer reações 
heterogêneas especiais, envolvendo os clorofluorcarbonetos (CFC) e ozônio, na superfície das 
partículas das nuvens, provocando o buraco de ozônio. Além dos CFC, vários radicais livres 
também podem destruir o O3 na estratosfera. 
 
Os clorofluorcarbonetos foram descobertos em 1928 pelos pesquisadores da Divisão 
Frigidaire, da General Motors. Em 1988, o consumo mundial de CFC era superior a um 
milhão de toneladas anuais. Os CFC (o freon 12, CCl2F2 é o mais comum) são compostos 
inertes; porém, na estratosfera, em presença de radiação UV e das nuvens polares, são 
liberados átomos de cloro que reagem diretamente com o ozônio, conforme as reações abaixo: 
 
 
 
CCl2F2 (g) + hν → CClF2 (g) + Cl (g) 
 
 Cl (g) + O3(g) → ClO (g) + O2 (g) 
 
 ClO (g) + hν → Cl (g) + O (g) 
 
 O (g) + O3 (g) → 2 O2(g) 
 
Este fenômeno foi reconhecido pela primeira vez em 1974 por M. J. Molina, professor 
de ciências ambientais no MIT, e F. S. Rowland, professor de química na Universidade da 
Califórnia, Irvine. A partir de experiências em laboratório, os dois pesquisadores previram que 
o uso continuado dos CFC levaria à destruição significativa da camada de ozônio que envolve 
a Terra. Os dois pesquisadores receberam o prêmio Nobel de química de 1995 pelo trabalho 
pioneiro que publicaram. 
 
A comunidade científica entendeu como necessário o banimento dos CFCs. Dados de 
cifras mundiais de 1989 revelaram que os CFCs eram utilizados em quatro setores: nas bombas 
de aerossol (25%), como fluidos de refrigeração (30%), nas espumas plásticas (25%), como 
solventes (20%). Até então tinham tudo para agradar: não-inflamáveis, não-tóxicos para o 
homem, muito estáveis, baixo custo...até que se descobriu sua responsabilidade no buraco do 
ozônio e também no efeito estufa. Os compostos bromados utilizados nos extintores, o 
tetracloreto de carbono (solvente e extintor) e o clorofórmio de metila (solvente) também 
foram incriminados. 
 
O alerta da comunidade científica levou bem depressa a comunidade política mundial a 
assinar um acordo em 1987, o Protocolo de Montreal, revisto em Londres em 1990 e depois 
em Copenhague em 1992, banindo a produção em 1994 dos compostos bromados e, em 1996, 
dos CFCs, do tetracloreto de carbono e do clorofórmio de metila. Atualmente estão sendo 
feitas pesquisas no sentido de se encontrar produtos de substituição inofensivos. Há porém 
dificuldades. Por exemplo, os substitutos que se conhecem para os CFC são menos eficientes 
como refrigerantes. Estima-se que os aparelhos domésticos consumirão 3% a mais de 
eletricidade, o que aumentará o custo para os usuários. Além disso, como a eletricidade nos 
Estados Unidos é gerada pela combustão de combustíveis fósseis, a quantidade de CO2 
produzida aumentará, o que irá contribuir para o “efeito estufa”. Os riscos e benefícios em 
situações como essas devem ser bem analisados. Mesmo com a produção dos CFC totalmente 
paralisada, a ameaça persistirá pelos próximos cem anos, pois a vida média dessa molécula na 
atmosfera é de 75 anos. 
 
Na troposfera, a região mais baixa da atmosfera terrestre e onde vivemos, a situação em 
relação ao ozônio é o inverso da estratosfera, onde este é bem vindo. O O3 é um poderoso 
oxidante e como tal ataca as plantas, os pulmões, borrachas, obras de arte, etc., além de reagir 
com outros poluentes do ar formando substâncias irritantes para os olhos e pulmões. 
 
A única rota conhecida de formação de O3 na troposfera é através da fotólise do NO2. 
Por sua vez, o ozônio oxida o NO para a formação de NO2, não resultando em aumento na 
concentração de O3. 
 
 
NO2 (g) + hν → NO (g) + O (g) 
 
O (g) + O2 (g) + M → O3 (g) + M 
 
NO (g) + O3 (g) → NO2 (g) + O2 (g) 
 
Entretanto, a fotólise e a oxidação de compostos orgânicos leva à produção de radicais 
livres que oxidam o NO sem destruir o ozônio, contribuindo assim para o aumento na 
concentração de O3 na troposfera, o que é indesejável. 
 
 
3.4- Chuva ácida 
 
Convencionalmente, é considerada ácida a chuva que apresenta valores de pH menores 
que 5,6. Este valor expressa o equilíbrio químico estabelecido entre o dióxido de carbono 
(CO2) atmosférico e sua forma ácida solúvel, o íon bicarbonato (HCO3-), em água pura. O pH 
define o grau de acidez de uma solução, ou seja, o teor de íons hidrogênio (H+) livres. O 
decréscimo de uma unidade de pH significa um aumento de dez vezes na concentração do íon 
hidrogênio. 
 
Em áreas geográficas não contaminadas por emissões antrópicas, o pH da chuva é 
aproximadamente 5,6. O equilíbrio entre o dióxido de carbono e o íon bicarbonato é mostrado 
abaixo. 
 
H2CO3 → H+ + HCO3- 
 
Na Europa e Estados Unidos já foram observadas amostras de chuva com pH menor 
que 3. No Brasil, em medidas efetuadas em amostras de chuva coletadas em Niterói e no Rio 
de Janeiro, foram encontrados valores de pH entre 4,3 e 5,3. 
 
Vários compostos químicos têm grande influência na acidez da chuva. Dentre eles 
destacam-se o SO2, os óxidos de nitrogênio e os ácidos inorgânicos voláteis. O SO 2 
atmosférico pode sofrer oxidação catalítica, através H2O2, O3 e/ou radicais OH., resultando na 
produção de ácido sulfúrico. A reação pode ocorrer em fase gasosa ou em fase líquida quando 
o SO2 está dissolvido em microgotas de chuva, nuvens ou neblinas. Inúmeros metais podem 
agir como catalisadores. 
 
 OH., H2O2, O3 
SO2 -----------------------→ H2SO4 
 Fe, Mn, V 
 
 
 
Os óxidos de nitrogênio (NO, NO2 e N2O5) participam de uma série de reações que 
produzem ácido nítrico. A presença ou não de radiação solar pode determinar a predominância 
de algumas reações: 
 
 
O3 hν 
- durante o dia NO ------------→ NO2 -------------→ HNO3 
 OH. 
 
 
 H2O 
- durante a noite N2O5 -----------→ HNO3 
 
Por outro lado, a amônia, produzida naturalmente por algas e bactérias através de 
processos biológicos, quando presente na atmosfera age como neutralizante dos ácidos fortes. 
 
2 NH3 + H2SO4 -------------→ (NH4)2SO4 
 
NH3 + HNO3 -------------→ NH4NO3 
 
A partir das reações químicas equacionadas acima verifica-se que o dióxido de enxofre 
(fonte original do ácido sulfúrico), o ácido nítrico e a amônia (NH3) presente na atmosfera sob 
a forma de gás, são os principais controladores do pH da chuva. Se os ácidos nítrico e 
sulfúrico acarretam o aumento da acidez na chuva com a liberação de íons hidrogênio, a 
amônia contribui de forma contrária. Isto porque, para cada molécula de amônia que se 
hidrolisa na formação dos íons amônio (NH4+), um íon hidrogênio é consumido. Por outro 
lado, a acidez da água da chuva não é aumentada pela presença de todo e qualquer sulfato, mas 
só daquele que se forma a partir do dióxido de enxofre atmosférico. 
 
Muitos danos são causados pela chuva ácida. Nos Estados Unidos, Suécia e Canadá 
verificou-se que para valores de pH menores do que 5, o número de peixes nos lagos diminui 
sensivelmente. No Canadá, estudos recentes em lagos, aos quais foi adicionado ácido, 
revelaram que, após 4 anos, devido ao aumento da acidez, o camarão desapareceu e as trutas 
apresentaram alterações morfológicas. 
 
A acidez da chuva provoca também um arraste de metais tóxicos do