Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
ob jet ivo s 4 Meta da aula Apresentar os principais poluentes da atmosfera, suas reações de formação e os efeitos provocados no ambiente. Esperamos que, ao final desta aula, você seja capaz de: 1. identificar os principais poluentes atmosféricos; 2. calcular a concentração de material particulado na atmosfera; 3. identificar as diferenças entre os poluentes primários e secundários; 4. descrever as fontes geradoras e as reações de formação dos poluentes na atmosfera. Pré-requisito Para melhor compreensão desta aula, é importante que você reveja o conteúdo “A composição natural da atmosfera terrestre”, em Química C (Aula 3). Poluição atmosférica – parte I Maria Cristina Canela A U L A 8 C E D E R J C E D E R J 9 Química C – UENF | Poluição atmosférica – parte I 8 C E D E R J C E D E R J 9 INTRODUÇÃO Como já vimos, a composição da atmosfera terrestre baseia-se, principalmente, na presença de nitrogênio, oxigênio, dióxido de carbono e vapor de água, além de outros gases em nível de traço. No entanto, quando essa composição é alterada pela presença de sólidos (material particulado), líquidos (vapores de ácidos) ou gases (SO2, CO2 e outros) em quantidades maiores do que o normal, nós temos um processo de poluição. A poluição atmosférica prejudica o equilíbrio da atmosfera, das águas e dos solos, e interfere na cadeia alimentar (por exemplo, matan- do espécies que serão alimentos de outras, como os insetos), alterando mecanismos naturais de proteção do planeta (o buraco na camada de ozônio, por exemplo), além de prejudicar diretamente a saúde humana. As manifestações no organismo humano se dão através de ardência nos olhos, tosse, alergias, asmas e doenças pulmonares em geral. A seguir, você verá a classificação dos diferentes poluentes encon- trados na atmosfera terrestre. ClassIFICaÇÃO DOs pOlUENTEs Devido à grande quantidade e variedade de poluentes presentes na atmosfera, eles podem ser classificados em: - Poluentes primários – substâncias emitidas diretamente da fonte poluidora. Exemplos: CO2 e SO2. - Poluentes secundários – produtos de reações químicas entre poluentes primários e componentes naturais da atmosfera. Exemplos: O3 troposférico e aldeídos. Algumas vezes, esses compostos são provenientes de fontes natu- rais, como processos biológicos ou atividades vulcânicas (Figura 4.1) que geram gases parcialmente oxidados, como o monóxido de carbono (CO), o dióxido de enxofre (SO2) e vários gases que são compostos simples de hidrogênio em suas formas mais reduzidas, como o H2S e o NH3. 8 C E D E R J C E D E R J 98 C E D E R J C E D E R J 9 A U LA 4 M ar ia C ri st in a C an el a Figura 4.1: Poluentes provenientes de fontes naturais, como, por exemplo, atividades vulcânicas. Vulcão ativo na Guatemala. pOlUENTEs aTmOsFéRICOs DE ORIgEm INORgâNICa Incluem-se nessa classe poluentes de vários tipos, como gases e particulados, que podem ser primários ou secundários. Muitas subs- tâncias sólidas e líquidas podem ser particulados contaminantes do ar. Os óxidos de carbono, enxofre e nitrogênio também são considerados poluentes inorgânicos quando presentes em grandes quantidades. Muitos dos gases poluentes do ar aparecem na atmosfera através de atividades humanas, e os mais comuns são CO, SO2, NO e NO2, na ordem de 100 milhões de toneladas por ano, sendo que a quantidade emitida destes gases ainda é pequena quando comparada à quantidade de CO2 presente no ar. Outros gases inorgânicos poluentes são a amônia (NH3), o óxido nitroso (N2O), o ácido sulfídrico (H2S), o cloro (Cl2), o ácido clorídrico (HCl) e o ácido fluorídrico (HF), também emitidos por atividades humanas. material particulado O material particulado mais comum na atmosfera é a fumaça dos carros, dos caminhões e das chaminés de indústrias. O material particu- lado consiste de partículas finas de sólidos e líquidos que se encontram suspensas no ar e são de difícil visualização individual a olho nu. A 1 0 C E D E R J C E D E R J 1 1 Química C – UENF | Poluição atmosférica – parte I 1 0 C E D E R J C E D E R J 1 1 determinação da quantidade de partículas na atmosfera é feita através da sucção de um volume conhecido de ar por uma bomba (razão da vazão da bomba pelo tempo de coleta de partículas), o qual é retido em um filtro que é pesado logo em seguida. Essas partículas podem diferir de tamanho e composição, variando de 2 nm a 10.000 nm e são classi- ficadas da seguinte forma: Partículas Totais em Suspensão (PTS) – < 50 µm. Elas podem ser inaláveis, causando problemas à saúde, além de interferirem nas condições estéticas do ambiente e prejudicarem a visibilidade. Exemplos destes tipos de partículas são: a neblina, a fumaça, a fuligem, a poeira etc. As fontes antrópicas incluem as indústrias (por exemplo, pó de cimento), os veículos e a queima de biomassa (por exemplo, florestas). Também estão incluídas nesta classe as fontes naturais, como o grão de pólen das flores das plantas, aEROssOl marinho, partículas vulcânicas e solos. Partículas Inaláveis (MP10) – < 10 µm. As partículas inaláveis podem ainda ser classificadas como partículas inaláveis finas – MP2,5 (< 2,5 µm) – e partículas inaláveis grossas (2,5 a 10µm). As partículas finas, devido ao seu tamanho diminuto, podem atingir os alvéolos pulmonares; já as grossas ficam retidas na parte superior do sistema respiratório. As fontes antrópicas e naturais podem ser as mesmas das partículas totais em suspensão, incluindo aEROssóIs sECUNDáRIOs formados na atmosfera. Fumaça (FMC) – A fumaça está associada ao material particulado suspenso na atmosfera, proveniente dos processos de combustão. Esse parâ- metro está diretamente relacionado ao teor de fuligem na atmosfera. Agora, vocês verão alguns efeitos do material particulado no ambiente e no homem: • redução e distorção na visibilidade; • reflexão e absorção de raios solares; • manchas em roupas e edifícios; • doenças cancerígenas (por exemplo, o câncer pulmonar, também conhecido como pulmão negro, diagnosticado em mineiros de carvão) e doenças respiratórias; • “silicose” doença diagnosticada em pessoas que trabalham com granito; • decomposição de partículas de material de carbono ou dióxido de silício nos pulmões, como, por exemplo, o amianto ou asbesto. Aerossol Conjunto de particu- lados, sólidos e líqui- dos, dispersos no ar. Aerossóis secundários São aglomerados provenientes dos produtos das reações ocorridas na atmosfera. 1 0 C E D E R J C E D E R J 1 11 0 C E D E R J C E D E R J 1 1 Atende aos Objetivos 1 e 3 Fonte: www.sxc.hu/photo/1147252 B ill S ilv er m in tz 1. Mudanças climáticas – A emissão e a acumulação excessiva de gases poluentes na atmosfera provocam o aquecimento da superfície da Terra, fenô- meno esse que tem provocado muitos problemas ambientais. Alguns desses gases são provenientes da queima de combustíveis fósseis, da devastação e queima de áreas florestais e da associação destes e de outros processos. Baseado nesta aula, identifique o gás poluente emitido em maior quantidade na atmosfera, sabendo que esse gás é um dos principais responsáveis pelas mudanças climáticas. Classifique-o em poluente primário ou secundário. RESPOSTA COMENTADA O CO2 é o gás poluente emitido em maiores quantidades para a atmosfera, oriundo, principalmente, da queima de combustíveis fósseis e da queima de biomassa. É um poluente primário, pois é emitido diretamente da fonte poluidora. ATIVIDADE A U LA 4 1 2 C E D E R J C E D E R J 1 3Química C – UENF | Poluição atmosférica – parte I 1 2 C E D E R J C E D E R J 1 3 Os asbestos são minerais de silicatos fibrosos (Mg3P(Si2O5)(OH)4). O seu nome mais comum é o amianto. Ele é usado na estrutura de materiais, como caixas-d'água e isolante térmico. O seu uso e exploração é proi- bido, pois pode causar um tipo de pneumonia, tumor nos tecidos e nas vias de acesso ao pulmão. Existem também na atmosfera terrestre partículas radioativas. As par- tículas radioativas mais comuns são as de radônio, um produto do gás nobre de decaimento de rádio, 222Rn (tempo de meia-vida de 3,8 dias) e 220Rn (tempo de meia-vida de 54,5 s). Emitem partículas alfa e terminam em isótopos de chumbo, portanto, são consideradas tóxicas ao ambien- te. As fontes mais comuns são o solo (principalmente a parte de cima, exposta ao ar), materiais de construção e águas de poços artesianos. Atende ao Objetivo 2 Fonte: www.sxc.hu/photo/1128131 H an s Th o u rs ie 2. Imagine que uma amostra de gás seco foi retirada de uma chaminé. Os gases da chaminé são coletados em um filtro para coleta de material particulado, com uma pequena bomba e um medidor de vazão. Na saída do equipamento, o medidor indicava uma vazão de 30 l/min. Considerando que 1,42 mg de partículas sólidas foram coletadas no filtro ao longo de 30 minutos de funcionamento, determine a concentração de partículas do gás de exaustão da chaminé (em µg/m3). ATIVIDADE 1 2 C E D E R J C E D E R J 1 31 2 C E D E R J C E D E R J 1 3 RESPOSTA COMENTADA Primeiramente, temos que verificar quanto de ar foi amostrado. Se a vazão da bomba de amostragem era de 30 litros por minuto e a amostragem foi feita por 30 minutos, o volume de gás amostrado será de 30 litros vezes 30 minutos, resultando em um valor de 900 L em 30 minutos. O exercício está pedindo a massa em microgramas por metro cúbico e, portanto, é necessário transformar os valores de massa em volume nas unidades solicitadas. Sendo assim, tem-se 1.420 µg (inicialmente 1,42 mg) de material particulado, e considerando que 1 m3 são 1.000 L, tem-se que foram amostrados 0,90 m3 (900/1.000). Finalmente, dividindo a massa pelo volume de amostragem (1.420 µg/ 0,90 m3), verifica-se que a concentração de partículas no gás de amostragem é de 1.578 ug/m3. gases inorgânicos Os gases inorgânicos são provenientes de diversas fontes, e falare- mos sobre elas em seguida. Normalmente, esses gases são considerados poluentes primários e muitas vezes geram outros produtos secundários. • Dióxido de enxofre (SO2) O SO2 é proveniente principalmente da queima de combustíveis, como óleo diesel, óleos industriais e gasolina. Normalmente, o petróleo contém uma quantidade de compostos com enxofre (S), e a queima de suas diversas frações leva à produção de SO2. A quantidade desse compos- to no petróleo é de 1 a 2%. No entanto, o Brasil possui um petróleo que é chamado de “pesado”, chegando a 5% de enxofre em sua composição total. Sendo assim, a emissão desse gás em nossos combustíveis é maior, e um processo de dessulfurização é feito nas refinarias para diminuir a quantidade deste enxofre que, além de emissão de SO2, provoca corrosão nos escapamentos dos carros. O SO2 natural é proveniente de erupções vulcânicas, da decomposição de animais e vegetais no solo, nos pântanos e nos oceanos. O teor de 0,1 a 0,2 ppm já causa danos às pessoas com doenças respiratórias, e 0,3 ppm de SO2 causa sérios danos aos vegetais. O limite permitido pelo conAmA (nº 3 de 28/6/90) é de 80 ppb (partes por bilhão), por média anual. conAmA Conselho Nacional de Meio Ambiente, órgão criado em 1982 e ligado ao Ministério do Meio Ambiente. Esse órgão é respon- sável pela deliberação, assim como pela consulta, de toda a política nacional do meio ambiente. A U LA 4 1 4 C E D E R J C E D E R J 1 5 Química C – UENF | Poluição atmosférica – parte I 1 4 C E D E R J C E D E R J 1 5 Muitos fatores como temperatura, umidade, intensidade da luz, transporte atmosférico e característica de materiais particulados na super- fície podem influenciar as reações do dióxido de enxofre na atmosfera. Boa parte do dióxido de enxofre na atmosfera é oxidada a ácido sulfúrico e sulfatos, particularmente sulfato de amônio ((NH4)2SO4) e sulfato de hidrogênioamônio (NH4HSO4). O principal efeito sobre a saúde é no aparelho respiratório: o SO2 causa irritação e aumenta a resistência do canal respiratório, prin- cipalmente em pessoas asmáticas e com deficiência respiratória, além de secreções da mucosa nasal. O SO2 quando é convertido em ácido sulfúrico provoca a chuva ácida, que pode destruir as plantas. Os danos causados são pequenas manchas sobre as folhas, exatamente onde tocam as gotículas. SO2(g) + ½O2(g) SO3(g) (25ºC) Kc = 6 x 1012 A reação apresentada é muito lenta, apenas 1% é convertido a SO3 (trióxido de enxofre). No entanto, essa reação é catalisada por espécies presentes no ar. Uma dessas principais espécies são os radicais hidroxilas, que aceleram a formação do ácido sulfúrico. Seguem as etapas de reações responsáveis por essa oxidação: M 2 2 2 2 3 2 3 2 2 4 2 2 2 2 2 2 4 2 SO OH SO OH SO OH O : SO HO SO H O H SO HO NO OH NO SO O : NO H O H SO NO + ⋅ → ⋅ ⋅ + → + ⋅ + → ⋅ + ⋅ → ⋅ + ⋅ + + ⋅+ → + ⋅ Em uma próxima seção, vamos falar de chuva ácida, e você poderá saber um pouco mais sobre seus efeitos no ambiente. • Óxidos de nitrogênio (NOx) Os óxidos de nitrogênio mais encontrados na atmosfera são o óxido nitroso (N2O), o óxido nítrico (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO2). O óxido nitroso é gerado microbiologicamente e é relativamente inerte na baixa atmosfera. Não sendo muito reativo, não participa de reações químicas na troposfera. A concentração de N2O diminui com o aumento da altitude na estratosfera, causado por reações fotoquímicas, como observado na seguinte reação: N2O + hv N2 + O 1 4 C E D E R J C E D E R J 1 51 4 C E D E R J C E D E R J 1 5 Alguns óxidos reagem com oxigênio atômico: N2O + O N2 + O2 N2O + O NO + NO Essas reações são importantes em termos da diminuição da camada de ozônio, como citado na aula anterior. Cerca de 60% das emissões de óxido nitroso (N2O) provêm de fontes naturais. Ele é encontrado em grande abundância nos oceanos e nas emanações de solos, principalmente, os tropicais. A concentração desse gás era constante no período pré-industrial dos países desenvolvi- dos; seu nível era de cerca de 275 ppb, e, atualmente, com uma taxa de crescimento anual de 0,25%, alcançou 312 ppb. O N2O é um subpro- duto em ambientes terrestres e aquáticos de processos de desnitrificação e nitrificação, os quais são processos de transformação dos compostos de nitrogênio no ambiente. O monóxido de nitrogênio (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO2) são poluentes provenientes do escape de veículos motorizados, de aviões, de centrais termoelétricas, de fábricas de fertilizantes, de explosivos ou de ácido nítrico, de incineradores e de queimadas de florestas. O ar utilizado na combustão dentro dos motores dos automóveis possui, logicamente, oxigênio e também nitrogênio. Com o aumento da temperatura a valo- res suficientemente altos, ocorre a reação entre estes gases, produzindo, principalmente, óxido nítrico (NO·). Esse gás é oxidado, formando dióxido de nitrogênio (NO2): 2NO(g) + O2 2NO2(g) O NO2 reage com água, formando ácido nítrico (causador da chuva ácida) e óxido nítrico: 3NO2(g) + 3H2O(l) 2H3O +(aq) + 2NO3 - (aq) + NO(g) Os gases expelidos pelos automóveis (Figura 4.2) podem conter até 1.000 ppm de óxidos de nitrogênio, mas com o uso decatalisadores nos carros, o NO presente nos combustíveis é transformado em N2, um gás pouco reativo e um importante componente da atmosfera. A U LA 4 1 6 C E D E R J C E D E R J 1 7 Química C – UENF | Poluição atmosférica – parte I 1 6 C E D E R J C E D E R J 1 7 D ro u u Figura 4.2: Os veículos automotores são os maiores responsáveis pela emissão de poluentes no ar. Fonte: http://www.sxc.hu/photo/1022488 O fumo de cigarros também contém óxidos de nitrogênio em con- centrações de até 300 ppm. Pequenas quantidades de óxidos de nitrogênio também se formam durante as tempestades e na solda elétrica. Os óxidos de nitrogênio sofrem, no meio ambiente, transformações fotoquímicas que levam à formação de ozônio (O3), o chamado smog fotoquímico, que iremos discutir mais nos itens posteriores. O NO é um gás praticamente inofensivo e puro, e não representa gra- ves perigos à saúde. O NO2 é um gás de cor castanho-avermelhada, de odor característico tóxico e muito irritante. Uma pessoa que aspire esse gás sente, imediatamente, ardência nos olhos, no nariz e nas mucosas em geral. • Monóxido de carbono (CO) O CO é um gás incolor, inodoro e tóxico. É um dos principais poluentes da atmosfera; sua concentração total é de aproximadamente 0,1 ppm. O monóxido de carbono é um dos gases emitidos pelos escapamentos dos automóveis (combustão incompleta de materiais que contêm carbono (1), como, por exemplo, os combustíveis fósseis), porém, parte desse gás está presente como intermediário da reação de oxidação do metano pelo radical hidroxila (2), como observado nas seguintes reações: 1 6 C E D E R J C E D E R J 1 71 6 C E D E R J C E D E R J 1 7 C8H18(l) + 11,5 O2 6CO2(g) + 2CO(g) + 9H2O (1) 4CH4 + 4OH - + 5O2 4CO + 10H2O (2) O monóxido de carbono é um gás inerte, não constituindo grande ameaça à vegetação ou aos materiais expostos à atmosfera. No entanto, se aspirado em grandes quantidades, pode causar a morte. Isso ocorre porque o CO aspirado se associa com a hemoglobina do sangue formando um complexo estável. Se aproximadamente 2% dela estiverem ligados ao CO, a atividade normal da pessoa fica debilitada. Se esse percentual estiver entre 10 e 20%, o complexo formado impede o transporte de oxigênio pelo corpo, levando, inicialmente, à incons- ciência, e depois à morte. CO(g) + Hemo·O2 O2(g) + Hemo·CO Considerando que a combustão interna de máquinas é a fonte primária de emissões do monóxido de carbono, medidas controladoras estiveram concentradas em automóveis. Os automóveis mais modernos utilizam catalisadores que auxiliam na oxidação do CO em CO2, dimi- nuindo, assim, a emissão de monóxido de carbono na atmosfera. O tempo de residência do CO na atmosfera é pequeno, sua destruição ocorre na reação com o radical hidroxila, transformando-o em gás carbônico: CO + HO - CO2 + H • Dióxido de carbono (CO2) O CO2 é um dos óxidos mais abundantes no ambiente. Ele é um constituinte natural e é necessário ao crescimento das plantas. A quantidade de dióxido de carbono na atmosfera é de aproximadamente 365 ppmv (partes por milhão por volume), mas essa quantidade está aumentando cerca de 1 ppmv por ano. O aumento da emissão de CO2 é o responsável pelo aquecimento global, pois esse composto é capaz de absorver energia infravermelha irradiada pela Terra e, assim, aumentar a absorção de calor no planeta, o chamado efeito estufa. Nós iremos entender e discutir melhor esse assunto nas próximas aulas. A fotossíntese efetuada pelas plantas remove cerca de 360 bilhões de toneladas de CO2 da atmosfera; a mesma quantidade deve ser devol- vida à atmosfera pela respiração de plantas e animais ou pela putrefação de restos de animais ou plantas. A U LA 4 1 8 C E D E R J C E D E R J 1 9 Química C – UENF | Poluição atmosférica – parte I 1 8 C E D E R J C E D E R J 1 9 A queima de combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural) e de florestas libera para a atmosfera cerca de 25 bilhões de toneladas de CO2 por ano. Já a decomposição térmica de calcário na fabricação de cal libera aproximadamente 100 milhões de toneladas de CO2 por ano, como observado na seguinte reação: CaCO3 CaO + CO2 Atende aos Objetivos 3 e 4 3. Qual é o nome da principal espécie responsável por reagir com os gases na atmosfera e provocar rapidamente sua transformação? Dê o exemplo da reação do CO e diga por que isso contribui para a melhoria na quali- dade do ar. Se você fosse classificar poluente primário e secundário nessa reação, quem seriam eles? RESPOSTA COMENTADA Os gases podem se transformar rapidamente na atmosfera devido às reações com espécies catalisadoras. A principal espécie que pro- move esse efeito é o radical hidroxila (OH·). A reação entre o CO e os radicais hidroxilas está descrita a seguir, e sua vantagem é que ocorre a retirada do CO da atmosfera, transformando-o em CO2 , que possui menor toxicidade para os seres humanos. CO + HO · CO2 + H + Neste caso, o CO seria o poluente primário, e o CO2 , o poluente secundário. ATIVIDADE pOlUENTEs aTmOsFéRICOs DE ORIgEm ORgâNICa • Compostos orgânicos voláteis (COVs) Os compostos orgânicos voláteis são aquelas substâncias que, a uma temperatura de 20ºC, apresentam pressão de vapor de 0,01 kPa ou supe- rior, ou seja, são voláteis em condições normais de pressão e temperatura. 1 8 C E D E R J C E D E R J 1 91 8 C E D E R J C E D E R J 1 9 Esta definição abrange compostos orgânicos, tais como hidrocarbonetos aromáticos ou não aromáticos, de baixo peso molecular, alcoóis, haletos orgânicos, perfluorocarbonos, ácidos orgânicos, aldeídos, ésteres e cetonas. Alguns exemplos desses compostos orgânicos voláteis são os compostos aromáticos, benzeno, tolueno, etil-benzeno e xileno, conhecidos como BTEX. Esses compostos são provenientes de emissões industriais e esca- pamento e evaporação de combustíveis de veículos automotores. Um composto orgânico volátil bastante simples é o metano (CH4). Esse composto é o hidrocarboneto mais abundante na atmos- fera e é liberado de fontes subterrâneas como gás natural e produzido pela fermentação de matéria orgânica. É o menos reativo dos hidrocar- bonetos atmosféricos, de forma que sua participação na formação de poluentes produzidos a partir de reações fotoquímicas é mínima. No entanto, como veremos em outra aula, o metano é considerado um gás que retém mais calor do que o CO2 e, portanto, contribui ainda mais para o aquecimento global. Outros hidrocarbonetos mais poluentes e reativos da atmosfera são os emitidos dos escapamentos de automóveis. Na presença de NO, sob condições de inversão de temperatura, baixa umidade, luz solar, estes hidrocarbonetos produzem o indesejável smog fotoquímico, manifestado pela presença de aerossóis que obscurecem a visibilidade, produzindo oxidantes como o ozônio e espécies orgânicas nocivas, como os alcoóis e aldeídos. • Smog fotoquímico A palavra smog vem de uma junção de smoke, que em português significa fumaça, e fog, que significa neblina, névoa. Assim, o smog fotoquímico é um tipo de névoa formada a partir de reações de gases na atmosfera com a ação da luz solar. Como explicado no item "Com- postos orgânicos voláteis", o smog fotoquímico é gerado através de uma série de reações que ocorrem na atmosfera com poluentes primários, como o NO, o NO· e os hidrocarbonetos, que produzem os poluentes secundários, principalmente o ozônio troposférico e outros COVs em seus estados mais oxidados (aldeídos, ácidos carboxílicos etc.). Neste caso, o ozônio gerado na região em que vivemos não é bom, já que se apresentamuito oxidante, causando problemas respiratórios nos seres vivos e danos à vegetação. A seguir, você verá a reação geral das subs- tâncias que formam o smog: COVs + NO· + O2 + luz solar mistura de O3, HNO3, compostos orgânicos. A U LA 4 2 0 C E D E R J C E D E R J 2 1 Química C – UENF | Poluição atmosférica – parte I 2 0 C E D E R J C E D E R J 2 1 Os óxidos de nitrogênio (NO) são produzidos na queima dos combustíveis na presença de ar e altas temperaturas. Quando submetido a altas temperaturas, parte do nitrogênio e do oxigênio gasosos no ar combina-se para formar óxido nítrico (NO·): N2(g) + O2(g) 2NO · (g) Você já reparou algo diferente em um dia de inversão térmica quan- do está chegando ao Rio de Janeiro? Você pode ver a cidade imersa em uma névoa de poluição cinza-avermelhada. Observe a Figura 4.3 a seguir, em que é possível ver a camada de neblina sobre a cidade, porém, não é uma neblina clara e limpa. M ar ia C ri st in a C an el a Figura 4.3: Vista aérea obtida na chegada de avião ao Rio de Janeiro, com uma névoa de poluição. Para a formação do smog fotoquímico, a cidade deve ter uma emissão veicular alta de gases como NO·, hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos e, também, altas temperaturas e luminosidade solar abundante. Além disso, para que ocorra a concentração desses gases na baixa troposfera, deve existir pouca circulação de massas de ar. Portanto, essa névoa é observada, principalmente, quando ocorre o processo de inversão térmica e por razões geográficas, como a presença de monta- nhas que impedem a circulação do ar, aumentando a concentração dos poluentes e propiciando a formação dessas reações. 2 0 C E D E R J C E D E R J 2 12 0 C E D E R J C E D E R J 2 1 A inversão térmica é um fenômeno meteorológico que é mais visível em grandes metrópoles por causa da retenção dos poluentes na baixa atmos- fera. Quando o sol aquece a superfície da Terra, o calor irradiado aquece o ar, e como o ar quente é menos denso que o frio, ele tende a subir, dis- persando os poluentes. Como vimos na Aula 3, à medida que a altitude vai aumentando, vai diminuindo a temperatura da atmosfera. Porém, quando uma camada de ar quente se sobrepõe a uma camada de ar frio, impedindo o movimento ascendente do ar, uma vez que o ar a seguir dessa camada fica mais frio, portanto, mais pesado, os poluentes se mantêm próximos da superfície, como pode ser observado na figura a seguir. Normalmente, esse fenômeno ocorre nos dias em que chegam frentes frias, depois de um dia quente. O fato de concentrar os poluentes na superfície faz com que, em dias mais quentes e com luz, haja a maior propensão à formação de smog fotoquímico, deixando então sobre a cidade uma camada de poluição que aparece aprisionada perto dos edifícios. atmosfera normal Inversão térmica A U LA 4 2 2 C E D E R J C E D E R J 2 3 Química C – UENF | Poluição atmosférica – parte I 2 2 C E D E R J C E D E R J 2 3 Atende aos Objetivos 1, 3 e 4 4. Imagine duas cidades: Los Angeles (EUA) e Vancourver (Canadá). Agora, leia um pouco sobre o clima dessas duas cidades. Vancouver possui, no inverno, a segunda mais alta temperatura média do país, atrás apenas de Victoria. Seu verão, no entanto, é um dos mais ame- nos do país. Os invernos não muito frios e os verões não muito quentes se devem principalmente ao fato de a cidade estar localizada no litoral. Enquanto em outras cidades canadenses, como Toronto, Montreal e Ottawa, as temperaturas podem chegar a -20°C no inverno e a 35°C no verão, em Vancouver raramente chega a -10°C no inverno e a 30°C no verão. (Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Vancouver.) Los Angeles possui um clima bastante agradável em comparação a outras grandes cidades americanas. Invernos amenos e verões quentes tornam as praias de Los Angeles bastante movimentadas quase o ano inteiro. A tem- peratura média no inverno é de 13ºC, com mínimas entre 12°C e 10°C, e máximas entre 18°C e 21°C. A temperatura média no verão é de 23°C, com mínimas entre 12°C e 17°C, e máximas entre 24°C e 38°C. (Fonte: http:// pt.wikipedia.org/wiki/Los_Angeles.) Baseado nas informações acima e no que você aprendeu nesta aula, consi- derando que as duas cidades são bastante povoadas, qual delas teria maior probabilidade de apresentar problemas de smog fotoquímico? Justifique sua resposta e defina quais são os poluentes primários e os secundários no smog fotoquímico. Além disso, descreva as possíveis fontes geradoras de poluentes na atmosfera das grandes cidades. RESPOSTA COMENTADA Considerando a questão climática, a cidade de Los Angeles é a que possui maior possibilidade de apresentar smog fotoquímico, pois apresenta uma temperatura média mais alta que Vancourver. Mesmo que as cidades tenham o mesmo nível de poluição, a formação do smog depende, como citado acima, da intensidade luminosa da luz solar e de altas temperaturas, como é o caso de Los Angeles. Os hidrocarbonetos e o NO são considerados poluentes primários, pois são emitidos diretamente na atmosfera por ativida- des industriais e emissões veiculares. Já os produtos da reação de ATIVIDADE 2 2 C E D E R J C E D E R J 2 32 2 C E D E R J C E D E R J 2 3 formação do smog fotoquímico são o que chamamos de poluentes secundários, pois são formados por reações na atmosfera, como é o caso do ozônio, do ácido nítrico e dos compostos orgânicos oxidados. As possíveis fontes geradoras de poluentes são os gases emitidos dos escapamentos de carros, caminhões e ônibus e das chaminés das indústrias. CONClUsÃO Podemos concluir neste nosso estudo que a atmosfera se encon- tra poluída quando as concentrações de muitos gases e partículas ultrapassam os limites saudáveis de exposição para os seres vivos. Normalmente, esses limites são ultrapassados pela ação do homem, que emite mais poluentes do que as condições naturais ou meteorológicas podem absorver ou dispersar. Podemos concluir também que a maior fonte de poluentes presentes na atmosfera é proveniente da emissão veicular, direta ou indiretamente. É por isso que em cidades grandes como São Paulo é necessário realizar o que chamamos de rodízio de carros, ou seja, limitar a circulação de alguns veículos nos horários de maior movimento, para diminuir a emissão destes poluentes e evitar a concentração dessas substâncias em níveis danosos à saúde humana, causando asma, ardência nos olhos, no nariz e nas mucosas. A U LA 4 2 4 C E D E R J C E D E R J 2 5 Química C – UENF | Poluição atmosférica – parte I 2 4 C E D E R J C E D E R J 2 5 aTIvIDaDE FINal Atende aos Objetivos 1, 2 e 3 De acordo com a tabela da Cetesb (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo) de qualidade do ar referente ao dia 20/3/2010, às 17 horas, a atmosfera nas estações de monitoramento da região metropolitana de São Paulo está variando de boa a regular. Analisando a tabela, responda às perguntas a seguir: COmpaNHIa amBIENTal DO EsTaDO DE sÃO paUlO (CETEsB) MP10 (material particulado com diâmetro menor que 10 µm). Fonte: http://www.cetesb.sp.gov.br/ar/ar_resumo_hora.asp) 1) Dos poluentes listados na tabela anterior, na quarta coluna, quais são classificados como primários e quais são os secundários? 2 4 C E D E R J C E D E R J 2 52 4 C E D E R J C E D E R J 2 5 2) O que é necessário para que ocorra a formação de ozônio nas estações em que o mesmo foi identificado? 3) A cidade de São Paulo, segundo a previsão meteorológica do dia 20/3/2010, apresentou muito sol. O que essa condição nos diz sobre os resultados apresentados na tabela? RESPOSTAS COMENTADAS 1) Ospoluentes primários são o MP10 (material particulado com diâmetro menor que 10 µm) e o NO2 , que pode ser emitido por veículos movidos a combustíveis fósseis. O único poluente secundário é o O3 (ozônio), que é formado pela atmosfera. 2) Para ter a concentração de ozônio observada na tabela nas estações de moni- toramento, provavelmente há a contaminação de hidrocarbonetos ou outros com- postos orgânicos voláteis e NO, que leva à formação do ozônio com a presença de luz solar. 3) Como respondido na questão 2, pelo fato de ter havido um dia de sol, prova- velmente a presença dos poluentes primários propiciou a reação fotoquímica de formação do ozônio em muitas das estações de monitoramento. R E s U m O Os poluentes na atmosfera podem ser líquidos, sólidos ou gasosos, e podem ter composição química inorgânica ou orgânica. Os poluentes que são emitidos dire- tamente para a atmosfera são chamados de poluentes primários, porém aqueles que são formados através de diferentes reações na atmosfera são chamados de poluentes secundários. Dentre esses poluentes, temos os materiais particulados, que são partículas finas de sólidos e líquidos que se encontram suspensas no ar e de difícil visualização individual a olho nu. Essas partículas podem diferir de tamanho e composição, variando de 2 a 10.000 nm, e são classificadas da seguinte forma: Partículas Totais A U LA 4 2 6 C E D E R J C E D E R J 2 7 Química C – UENF | Poluição atmosférica – parte I 2 6 C E D E R J C E D E R J 2 7 em Suspensão (PTS) – < 50 µm; Partículas inaláveis (MP10) – <10 µm; partículas inaláveis finas – MP2,5 (<2,5µm) e, finalmente, fumaça (FMC). Quanto menor o tamanho da partícula, mais perigosa ela é, pois não ficará retida nas vias respi- ratórias, alcançando os alvéolos pulmonares, provocando, assim, desde doenças respiratórias até câncer pulmonar. Dentre os compostos inorgânicos que são considerados poluentes atmosféricos, temos o SO2, que pode ser proveniente de fontes naturais e/ou antrópicas. No primeiro caso, sua origem advém de erupções vulcânicas que emitem esses gases para a atmosfera. O SO2 antropogênico é proveniente, principalmente, da queima de combustíveis, como o óleo diesel, os óleos industriais e a gasolina. Outros gases de origem inorgânica são o NOx , óxidos de nitrogênio, que podem ser gerados microbiologicamente (N2O – óxido nitroso), o monóxido de nitrogênio (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO2), que são poluentes provenientes do escape de veículos motorizados, de aviões, de centrais termoelétricas, de fábricas de fertilizantes, de explosivos ou de ácido nítrico, incineradores e queimadas. Dentre os principais gases poluentes, temos o CO2 e o CO, sendo que este último é mais tóxico, pois é gerado da combustão incompleta de combustíveis e queimadas de florestas, e pode reagir com a hemoglobina do sangue, causando a morte por asfixia em altas concentrações. O CO2 , apesar de ser usado para a fotossíntese, em excesso na atmosfera é responsável pelo aquecimento global. Finalmente, como poluentes atmosféricos de origem orgânica, temos os compostos orgânicos voláteis (COVs), como os hidrocarbonetos aromáticos ou não, de baixo peso molecular, os alcoóis, haletos orgânicos, perfluorocarbonos, ácidos orgânicos, aldeídos, ésteres e as cetonas, que são voláteis à temperatura ambiente. Esses compostos, junta- mente com o NO e condições favoráveis de radiação solar e temperatura, fazem com que haja a formação de ozônio troposférico e outros intermediários orgânicos, que, por serem formados na atmosfera, são chamados poluentes secundários. O ozônio troposférico, ao contrário do estratosférico, não é bom, pois como esse composto é muito oxidante, sua presença na baixa atmosfera causa muitos danos à saúde humana, às plantas e aos animais. Enfim, a atmosfera se encontra poluída quando as concentrações de muitos gases e partículas ultrapassam os limites saudáveis de exposição para os seres vivos. Normalmente, esses limites são ultrapassados pela ação do homem, que emite mais poluentes do que as condições naturais ou meteorológicas podem absorver ou dispersar. 2 6 C E D E R J C E D E R J 2 72 6 C E D E R J C E D E R J 2 7 INFORmaÇÃO sOBRE a pRóXIma aUla Na próxima aula, antes de continuarmos com alguns fenômenos dos poluentes na atmosfera, nós vamos discutir um pouco sobre combustíveis e compostos orgânicos, para então falarmos sobre o aquecimento global. A U LA 4
Compartilhar