Aula 2 Química das Aguas Parte 1

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DISCUSSÃO TAREFA 1 
Meio-ambiente 
 
 
 Biosfera 
 
 
 Poluição 
 
 
 Poluente 
2 
Biorremediação 
Biota 
Eutrofização 
Resíduo e Rejeito 
Ciclos 
biogeoquímicos 
 MEIO AMBIENTE 
Conjunto de condições que afetam a existência, desenvolvimento e bem-
estar dos seres vivos 
Não se trata apenas de um lugar no espaço, mas de todas as condições 
físicas (temperatura) , químicas (composição) e biológicas que favorecem 
ou desfavorecem o desenvolvimento 
 BIOSFERA 
Conjunto de todas as partes da Terra onde é possível, pelo menos a 
algumas espécies de organismos, viver permanentemente, alimentar-se e 
reproduzir-se 
3 
ALGUMAS TERMINOLOGIAS 
 A BIOSFERA 
 é o conjunto de todos os ecossistemas do planeta 
 integra os diferentes ambientes aonde os seres vivos habitam 
BIOSFERA 
Hidrosfera 
Ambiente líquido 
(oceanos, lagos, rios) 
Atmosfera 
Camada de ar que 
envolve a Terra 
Litosfera 
Camada 
superficial, sólida, 
da Terra, 
composta de 
rochas e solo 4 
ALGUMAS TERMINOLOGIAS 
 POLUIÇÃO 
 
 Qualquer substância que possa tornar o ambiente impróprio, 
nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso 
aos materiais, à fauna, à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e às 
atividades normais da comunidade 
 Não se restringe somente à ocorrência de doenças no homem, 
qualquer alteração de um ambiente (ar, água, solo) que resulte em 
prejuízos aos organismos vivos ou prejudique um uso previamente 
definido para ele 
 
 POLUENTE 
 
 Qualquer substância ou material causador de poluição 
5 
ALGUMAS TERMINOLOGIAS 
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: 
Processos físico-químicos responsáveis pelo equilíbrio EXISTENTE 
entre os diferentes ambientes que compõem a biosfera 
Ciclos 
biogeoquímicos 
Ciclo do 
oxigênio 
Ciclo do 
enxofre 
Ciclo do 
nitrogênio 
Ciclo do 
carbono 
6 
ALGUMAS TERMINOLOGIAS 
A POLUIÇÃO interfere nos CICLOS BIOGEOQUÍMICOS ! 
INTRODUÇÃO 
Água – Importância Histórica ... 
Antigo Egito 
 - Cidades desenvolvidas – próximas a rios 
  Demandas domésticas e agrícolas 
 
 
 “PASSADO” 
  Demandas energéticas (movimentação de máquinas) 
 - Cortar madeira 
 - Moer grãos, etc 
 
 
 HOJE 
  Processos industriais em geral 
  “Solvente universal” 
  limpeza e transporte de “todos” os resíduos 
 gerados pelo homem 
8 
INTRODUÇÃO – A água na biosfera 
ÁGUA DOCE 
 
- Minas naturais, poços, lagos e 
rios 
 Formas mais acessíveis e 
utilizadas 
 
- Neve 
- Geleiras 
- vapor atmosférico 
- profundidades de acesso difícil 
 Formas pouco disponíveis 
 Água é um recurso natural de valor agregado 
 
  Conhecer suas fontes 
  Identificar propriedades físico-químicas relevantes 
 
Fontes (distribuição): 
Figura: http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/a-distribuicao-agua-no-planeta.htm, 
acessado 09-04-13 
10 
CURIOSIDADE 
 
 
Uso e Escassez da água 
 
11 
“Apenas as águas subterrâneas que 
se encontram a até cerca de 1000 m 
de profundidade podem ser 
aproveitadas economicamente”. 
INTRODUÇÃO – A água na biosfera 
 Água é um bem de valor agregado 
 
  Conhecer suas fontes 
  Identificar propriedades físico-químicas relevantes 
 
A água NÃO É ESTÁTICA (Ciclo da água – CICLO HIDROLÓGICO): 
- A água circula entre os meios físico e os seres vivos, 
continuamente 
 
A água evaporada (dos mares, lagos, rios, pântanos, vegetais e 
animais), alcança regiões mais frias, condensa-se, forma as nuvens e 
dependendo das condições climáticas, caem na forma de chuvas, neve 
ou granizo (precipitação) 
 
- Corresponde ao constituinte inorgânico mais abundante na 
matéria viva (comprovando a importância vital desta substância) 
12 
INTRODUÇÃO – A água na biosfera 
  Reconhecer propriedades físico-químicas relevantes 
 
A água NÃO É ESTÁTICA (Ciclo da água – CICLO HIDROLÓGICO): 
IMPORTÂNCIA DO CICLO DA ÁGUA: 
 - Distribuição da água (inclui penetração no solo) 
 - Transporte de poluentes ... 13 
INTRODUÇÃO – A água na biosfera - contexto atual 
  Reconhecer propriedades físico-químicas relevantes 
 
A água NÃO É ESTÁTICA (Ciclo da água – CICLO HIDROLÓGICO): 
Além disso: 
 
 O homem INTERFERE no ciclo da água, através: 
 
 - Mudanças no seu escoamento natural 
 (barramentos, impermeabilização dos solo) 
 
 - Desmatamentos 
 (alterações nas margens de rios e lagos...) 
 
 - etc... 
 
 ENCHENTES ... 
14 
INTRODUÇÃO - A água na biosfera 
 - algumas características 
As propriedades físico-químicas mais importantes 
 
 - CICLO HIDROLÓGICO 
 
 - FORMA LÍQUIDA é o estado físico predominante 
 (PF = 0 oC; PE = 100 oC) 
 
 - DENSIDADE líquida > DENSIDADE sólida 
 (recirculação de nutrientes nos reservatórios naturais) 
reservatório 
outono/inverno 
gradiente de 
densidade 
“mistura” vertical 
reservatório 
15 
 - CICLO HIDROLÓGICO 
 
 - FORMA LÍQUIDA é o estado físico predominante 
 
 - DENSIDADE líquida > DENSIDADE sólida 
 
 ** Variada 
 - QUÍMICA  COMPOSIÇÃO 
 ** Relacionada à fonte 
 
 Exemplos: 
 
1- ÁGUAS SUBTERRÂNEAS 
 Formações rochosas porosas  elementos minerais dessas rochas 
 (aquíferos) (na forma de SAIS - variados) 
 
 
2- ÁGUAS SUPERFICIAIS 
 SAIS dissolvidos  sódio (NaCl) 
INTRODUÇÃO - A água na biosfera e algumas 
características 
diferenças 
16 
COMPOSIÇÃO DAS ÁGUAS – 
 Classificação geral da Água 
 A “QUÍMICA” DAS ÁGUAS NATURAIS é complexa e pode ser estudada 
sobre diferentes aspectos 
 
 - DOCES  pelo teor de sólidos 
 
 CLASSIFICAÇÃO - SALOBRAS 
  pela salinidade 
 - SALGADAS (CONAMA) 
 (mundial) 
17 
Legislação do CONAMA 
 
 
 Conselho Nacional do Meio Ambiente 
 
Criou a resolução sobre a “qualidade dos recursos hídricos” 
 
- Data de 1986 - Conama 20 (revogada) 
 
- Alterado pela Resolução 357* de 2005 (vigente) 
 
- Classificação para águas superficiais (critérios de qualidade) 
- Caráter prescritivo (uso) e remediativo (estabelece a qualidade) 
 
- Ambas tinham os limites máximos para lançamentos de 
efluentes em mananciais, originalmente  AGORA: Resolução 
CONAMA no 430 de 2011 
COMPOSIÇÃO DAS ÁGUAS – 
 Classificação geral da Água 
(*) http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res05/res35705 , acessado 12-04-16 
18 
19 
20 
 Classificação da água em função dos seus usos – CONAMA 357 
 Classes estabelecidas de acordo com os níveis de 
CONSTITUINTES E CONTAMINANTES nos corpos de água 
COMPOSIÇÃO DAS ÁGUAS – 
 Classificação geral da Água 
21 
... SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA 
 ORIGEM: 
“... A poluição das águas é fruto de determinadas atividades humanas, 
poluentes alcançam águas superficiais e subterrâneas de formas bastante 
diversas.” 
 
 
O aporte pode ser classificado como pontual ou difuso 
 
Fontes pontuais: descarga de efluentes a partir de indústrias e estações 
de tratamento de esgoto, derramamentos acidentais, atividades de 
mineração, etc. 
 
Monitoramento ambiental é importante 
 Verificar os impactos ambientais 
 Conferir responsabilidade ao agente poluidor24 
Fontes difusas: Escoamento superficial urbano, escoamento superficial 
das áreas agrícolas, trabalhos de construção civil 
 
- São difíceis de serem determinadas: 
 podem ser temporárias 
  podem ser intermitentes 
MAS... 
 
 Independente do aporte, existem estratégias viáveis para o 
CONTROLE e REMEDIAÇÃO da poluição: 
1) Redução na fonte 
2) Tratamento dos resíduos de forma a remover os contaminantes ou 
ainda convertê-los a uma forma menos nociva 
p. ex.: Tratamento de água e esgoto 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA 
25 
 Sabe-se que a água é um dos principais vetores de 
transmissão de doenças 
Cólera e tifo mataram milhões de pessoas no passado e ainda o fazem 
ao redor do globo, especialmente nos países subdesenvolvidos 
- Causam doenças e morte 
- Presentes nos fluidos biológicos dos seres humanos e de animais 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA 
 CLASSES: 
(*) http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3lera , acessado em 15-05-13 
26 
Os poluentes aquáticos mais sérios são 
os microorganismos patogênicos 
(bactérias, vírus e parasitas) 
Vibrio cholerae (bactéria causadora da cólera) * 
1) 
Processo de eutrofização 
artificial 
Descarga de esgoto não tratado e de 
resíduos agrícolas e industriais 
(Biologia) 
 O aporte excessivo de nutrientes provoca o crescimento descontrolado de algas 
 - Geração de biomassa maior do que aquela que o sistema poderia 
 naturalmente controlar 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA 
Outra forma de poluição de águas superficiais, especialmente 
lagos e reservatórios, é o enriquecimento de nutrientes como 
fósforo e nitrogênio 
Lago eutrofizado * 
* FONTE: http://www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/eut.htm , acessado em 15-03-13 
27 
2) 
1) Crescimento excessivo na população de algas 
 - Aumento na demanda por oxigênio 
 
2) Diminuição nos teores de oxigênio dissolvido 
 - Morte de animais aquáticos (peixes) 
 - Proliferação de organismos anaeróbios 
(degradação das algas) 
No estágio final do processo, são produzidos compostos mal-
cheirosos e altamente tóxicos para a biota local 
 
DEGRADAÇÃO DO CORPO DE ÁGUA 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA 
Etapas da eutrofização 
FIGURA: http://eutrofizacaodasaguas.blogspot.com.br/2008/01/nossa-primeira-experincia.html , acessada 15-05-13 
28 
Compostos orgânicos sintéticos são produzidos 
globalmente ao nível de milhões de toneladas ! 
 Empregados na produção de plásticos, fibras sintéticas, borrachas 
sintéticas, solventes, pesticidas e agentes preservantes de madeira 
 Característica comum: são resistentes à biodegradação 
- Estes tipos de compostos são considerados poluentes 
aquáticos “importantes” 
- Preocupação: constituem substâncias às quais a biota 
aquática não é naturalmente exposta ... 
Efeitos destes compostos sobre os mais variados 
tipos de organismos aquáticos ainda são pouco 
conhecidos 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA 
29 
3) 
 Muitos deles podem ser mutagênicos, cancerígenos ou ainda 
teratogênicos 
 
 Podem ainda causar disfunções nos rins e fígado, esterilidade e 
inúmeros problemas de natureza fisiológica ou ainda neurológica... 
 
Exemplos: 
 
1 – Substâncias plásticas em geral 
 
2– Tensoativos que apresentam ligações sulfônicas extremamente 
resistentes às ações química ou biológica 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA – 
 Aspectos toxicológicos 
30 
Exemplos: 
1 – Substâncias plásticas de grande utilização doméstico-industrial 
2– Tensoativos que apresentam ligações sulfônicas extremamente 
resistentes às ações químicas ou biológicas 
 
3- Hidrocarbonetos halogenados, como: 
 - Cloreto de polivinila – PVC (material plástico) 
 - DDT (Pesticida) 
 - Tetracloroetileno (solvente) 
 - Bifenilas policloradas (em isolantes elétrico) 
Compostos de grande utilização e que por serem 
persistentes podem ser encontrados na água do abastecimento 
público !! 
 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA – 
 Toxicologia e exemplos 
31 
Metais “pesados” - outra classe de substâncias que não se 
degradam ! 
 ALTA TOXICIDADE !! 
Segundo o CONAMA, 
O “As” e os metais “pesados” Cd, Pb, Cu, Cr, Hg, Ni 
e Zn devem ser monitorados nas amostras ambientais 
 
 Teores máximos “permitidos” em águas e 
efluentes 
 Utilizados em diferentes setores da indústria e são encontrados em pesticidas, 
medicamentos, pigmentos (tintas, esmaltes para unha) e dispositivos elétricos 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA 
 http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/terra-em-transe/sobre-mineracao-e-sustentabilidade , acessado 17-03-13 
32 
4) 
Metais “pesados” - outra classe de substâncias que não se degradam 
TOXICOLOGIA: 
O nível da toxidez depende da espécie e da sua forma química (especiação) 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA 
34 
“ Pesquisa constata excesso de 
mineral em suplemento alimentar ” 
http://www.ufjf.br/noticias/2016/02/18/pesquisa-constata-excesso-de-
mineral-em-suplementos-alimentares/ 
 Para ler “em casa”: 
 um ex. de exposição cotidiana a metais tóxicos ! 
MAS se ânions como o sulfeto também estiverem presentes, o íon Hg(II) 
irá se depositar nos sedimentos de corpos aquáticos na forma de HgS: 
 FORMA INSOLÚVEL, NÃO DISPONÍVEL (não apresenta toxicidade) 
Os compostos contendo mercúrio (ligações covalentes C-Hg) são muito 
mais tóxicos para os mamíferos do que os sais simples de Hg(II) 
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA – 
 Toxicidade dos metais pesados e As 
Sais como Hg(NO3)2 são bastante solúveis e se estiverem presentes em 
água o íon Hg(II) permanecerá em solução: 
 
 FORMA SOLÚVEL, DISPONÍVEL (apresenta toxicidade) 
 Exemplo de Toxidez versus Especiação 
 O contrário ocorre para o As... 
Ex: a questão do As em peixes 
35 
36 
http://www.cdcc.usp.br/quimica/fundamentos/equacoes.html; acessado em 17/03/2015. 
A ÁGUA NÃO É APENAS UM RESERVATÓRIO DE SUBSTÂNCIAS 
QUÍMICAS MAS TAMBÉM UM “GRANDE” REATOR QUÍMICO ... 
 
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS 
 
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS 
Os componentes químicos das águas afetam seu uso assim como os 
poluentes agregados afetam suas características originais 
Dois tipos de reações ocorrem usualmente em águas naturais: 
 
 1) Reações ácido-base 
 
  As concentrações dos íons inorgânicos dissolvidos na 
 água são devidas aos fenômenos ácido-base e de solubilidade 
 
 
 2) Reações redox 
 
  Controlam o teor de matéria orgânica dissolvida na água, 
dependendo principalmente do nível de O2 dissolvido 
37 
 Sistema CO2/Carbonato 
 - Explica porque o pH da água não é 7,0 (faixa entre 6,0 – 8,0) 
 - Envolve diversas reações de equilíbrio 
 - Relacionado com o parâmetro de qualidade “alcalinidade” (PARA CASA: buscar 
definição) 
 
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS - 
 A Química Ácido-Base em Águas Naturais 
 
FIGURA 
http://portuguese.alibaba.com/product-free/calcium-carbonate-107218325.html , acessado 20-05-13 
 CO2 (g) + H2O (aq) H2CO3(aq) 
 
( Na água o H2CO3 resulta da reação acima e da decomposição da matéria orgânica ) 
H2CO3 H
+ + HCO3
- 
 
CaCO3(s) Ca
2+ + CO3
2- 
 
As rochas calcárias (formadas principalmente por CaCO3) são as principais fontes 
do íon carbonato, embora o CaCO3 seja pouco solúvel em água: 
CO3
2- + H2O HCO3
- + OH- 
 
38 
1) Reações com oxigênio molecular 
 
 
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS - 
 Reações de oxidação-reduçãoO2(g) O2(aq) 
 
A concentração de oxigênio dissolvido em água é baixa (8,7 ppm à 25 oC): 
Os peixes necessitam de água que contenha pelo menos 5 ppm de 
oxigênio dissolvido para se manterem vivos 
39 
 Oxigênio molecular se dissolve na água constituindo o agente 
oxidante mais importante em águas naturais 
 Matéria orgânica de origem biológica (plantas mortas e restos de 
animais) é oxidada pelo oxigênio dissolvido em água 
  Concentração diminuída ... 
CH2O (aq) + O2 (aq) CO2 (g) + H2O (aq) 
FUNDAMENTA  “Demanda Bioquímica de Oxigênio” (DBO) 
 
 A capacidade da matéria orgânica presente em uma amostra de 
água natural consumir o oxigênio dissolvido 
Um ex. de reação é a oxidação da MATÉRIA ORGÂNICA 
 
  Responsável pelo consumo de boa parte da “demanda de 
oxigênio” na água: 
 
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS - 
 Reações de oxidação-redução 
 
Carboidrato 
(fibras de plantas) 
40 
Pou OUTRO LADO, em algumas situações 
 
 A decomposição da matéria orgânica em águas também ocorre 
de forma anaeróbica: 
 Quando as bactérias apropriadas estão presentes, a matéria orgânica 
dissolvida na água decompõe-se sob condições anaeróbicas: 
 
 águas estagnadas (pântanos) e na parte inferior de lagos 
profundos 
 2CH2O CH4 (g) + CO2 (g) 
Bactérias 
anaeróbicas 
matéria orgânica metano dióxido de 
 carbono 
 
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS - 
 Reações de oxidação-redução 
 
41 
2) Drenagem ácida de minas 
 Reações que acontecem em minas (carvão) e que contaminam 
águas subterrâneas 
4 FeS2 (s) + 15 O2 + 2 H2O  4 Fe
3+ + 8SO4
2- + 4 H+ 
 pirita 
 
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS - 
 Reações de oxidação-redução 
 
 
  Liberam íons de metais presentes nos minérios 
 
 
 - Interação com o O2 dissolvido na água: 
 - Dissolução dos metais presentes nos minérios 
em função do pH da água (valores “ácidos”) 
42 
FOTO: http://www.jb.com.br/internacional/noticias/2010/11/19/explosao-em-mina-da-nova-
zelandia-deixa-mais-de-30-desaparecidos/. Acessado 30-08-16. 
 
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS - 
 Reações de oxidação-redução 
 
Rio Cipó, em MG, que apresenta águas 
escuras devido à presença de íons Fe3+ 
FIGURA: 
NASCENTES, C. C.; COSTA, L. M., Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011. 
NESSE CASO, conforme a drenagem de águas (inicialmente ácidas) tem 
seu pH elevado, formam-se precipitados de Fe(OH)3, marrom-
alaranjado e que colorem a água em seu curso (evidência física) 
43 
3) Reações envolvendo compostos Nitrogenados 
O excesso de nitrato na água potável constitui riscos para a saúde: pode resultar 
em metemoglobinemia e câncer de estômago 
METEMOGLOBINEMIA: 
 
 Bebês recém-nascidos ou adultos com uma determinada deficiência 
enzimática têm a hemoglobina oxidada por nitritos 
 
 A absorção e o transporte adequados do oxigênio para as células é 
impedindo ... 
 
  Os bebês tornam-se azuis (Síndrome do bebê azul), relativamente 
rara em países desenvolvidos ... 
 
 REAÇÃO QUÍMICA : 
 
 
 
 Níveis de nitrato devem ser baixos na água potável ... 
NO3
- + 2 H+ + 2 e-  NO2
- + H2O 
íon nitrato íon nitrito 
 
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS - 
 Reações de oxidação-redução 
 
 44 
CÂNCER DE ESTÔMAGO: 
 
 Íons nitrato na água potável e nos alimentos pode levar à formação 
de N-nitrosaminas 
 
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS - 
 Reações de oxidação-redução 
 
 N-nitrosaminas (Ex: N-nitrosodimetilamina) podem ser encontradas 
em águas potáveis  POLUENTE IMPORTANTE 
 (pode ser decomposto por tratamento com UV) 
45 
Referências consultadas 
1- 
http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/aguas.pdf, acessado 13-11-12. 
 
2– 
BAIRD, C., Química Ambiental, Bookman, 2002, p. 441-481. 
 
3– 
NASCENTES, C. C.; COSTA, L. M., Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 
2011, p. 1 – 43. 
 
4- 
http://www.trojanuv.com/resources/trojanuv//Backgrounder/TrojanOverview_PORT_FINAL.pdf, 
acessado 17-03-13. 
46