A Importância da Água

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Química Ambiental
Profa. Dra. Lívia Flório Sgobbi
Água
❑Ao longo da história, a qualidade e a quantidade de água
disponível para o homem sempre foi um aspecto vital para seu
bem-estar.
Água
❑Doenças transmitidas pela água (cólera e febre tifoide) mataram
milhares de pessoas e ainda são um problema em países menos
desenvolvidos.
❑Civilizações desapareceram devido à escassez de água.
Água
❑Problema mundial: Quantidade e qualidade do abastecimento de
água
Maior utilização de água devido ao crescimento populacional.
Contaminação da água por resíduos tóxicos.
Destruição da vida aquática pela poluição.
Água
❑A química da água estuda a água de rios, lagos, oceanos, águas
subterrâneas.
❑Fenômenos que determinam a distribuição e circulação de
espécies químicas.
❑Estuda as características e composição da água.
Água
❑ As reações químicas que
ocorrem na água e as espécies
nela encontradas estão
relacionadas com o ambiente.
❑ A química da água exposta a
luz solar é diferente daquela do
fundo de um lago.
❑ Os microorganismos
desempenham papel essencial
na determinação da
composição da água.
Água
❑Estudo da água é chamado Hidrologia.
❑Subdivisões: Limnologia (Características da água doce),
Oceanografia (Características físico-químicas dos oceanos)
❑ A Química e a Biologia dos oceanos têm suas particularidades 
devido ao alto teor de sal, luminosidade, profundidade, etc.
Água
❑Processos envolvidos no transporte químico no ambiente.
❑Processos físicos: Volatilização, dissolução, precipitação,
absorção e liberação ocorridos em sedimentos.
Água
❑Processos químicos: Reações químicas que resultam em
dissolução ou precipitação, hidrólise, complexação, reações
de oxi-redução e fotoquímicas.
❑ Processos bioquímicos: bioacumulação, biodegradação,
etc.
Água
Distribuição dos 
recursos hídricos
Água – Recursos Hídricos
Água
❖ Existe forte conexão entre a
hidrosfera e a litosfera (camada
sólida mais externa da Terra).
❖ As atividades humanas afetam
ambas.
Floresta em plantação
Redução da cobertura 
vegetal
Redução da transpiração 
vegetal
Erosão, microclima 
afetado, enriquecimento 
da água com nutrientes
Alteração características 
físico-químicas da água
Água
❖ As águas utilizadas pelos seres humanos são as águas doces
superficiais e as subterrâneas. Algumas regiões áridas utilizam
água do oceano.
EUA
• 1,48x1013 L caem como chuva
• 76 cm/ano
• 53 cm/ano perdidos como evaporação
• Disponíveis 23 cm/ano
• Utilizados 8 cm/ano
Água
Aumento do consumo em 10X 
comparado ao ano 1900
Aumento per capita
40 L/dia para 600 L/dia atualmente
Agricultura e indústria (46% do uso 
total)
Água
▪ Anos 80: Auge do
consumo de água nos
EUA.
▪ Redução: conservação e
reciclagem na indústria
▪ Irrigação mais eficiente
(direto no solo)
Propriedades da Água
Propriedade Efeitos e implicações
Excelente solvente Transporte de nutrientes e produtos de 
resíduos
Transparente aos comprimentos de 
onda da luz visível e do UV
Permite fotossíntese em corpos hídricos 
com certa profundidade
Densidade máxima como líquido a 
4ºC
Flutuação do gelo
Maior capacidade calorífica que outro 
líquido
Estabilização das temperaturas em 
organismos e em regiões geográficas
As propriedades exclusivas da água a tornam essencial para 
vida.
Propriedades da água
Como os átomos não estão em linha
reta e o oxigênio é mais
eletronegativo que o hidrogênio, há
formação de um dipolo.
Propriedades da água
O dipolo água é atraído por espécies com cargas 
positivas e negativas 
A água dissolve várias espécies devido à atração 
por íons 
Propriedades da água
Formação de ligação de hidrogênio 
entre átomos de hidrogênio, oxigênio e 
nitrogênio entre moléculas de água e de 
outras espécies
As ligações de hidrogênio 
auxiliam a manter em 
suspensão partículas 
coloidais.
Propriedades da água
Uma quantidade alta de calor é necessária para 
alterar a temperatura de um volume de água
O corpo hídrico atua como 
um agente de estabilização 
da temperatura
Propriedades da água
A água atinge sua densidade máxima a 4ºC.
Quando congela, fica menos densa.
Os corpos hídricos não congelam por completo.
Características de um corpo 
hídrico
❖ A relação temperatura-densidade da água resulta na
formação de camadas distintas em corpos hídricos estáticos
ou lênticos (escoamento lento).
Características de um corpo 
hídrico
❖ Verão: Camada superficial (Epilímnio) é aquecida pela
radiação solar e por sua densidade menor permanece sobre
o hipolímnio.
Características de um corpo 
hídrico
❖ Fenômeno chamado estratificação térmica.
❖ Quando existe diferença de temperatura entre as camadas,
elas não se misturam, comportando-se de maneira
independente e com propriedades distintas.
Características de um corpo 
hídrico
❑ Epilímnio: está exposto
à luz solar e pode
apresentar proliferação
de algas.
❑ Devido à fotossíntese
possui níveis altos de
oxigênio dissolvido.
Características de um corpo 
hídrico
❑ Hipolímnio: a ação
bacteriana pode tornar a
água anaeróbia (com
carência de oxigênio
dissolvido)
Características de um corpo 
hídrico
❑ A zona intermediária é o metalímnio ou termoclima.
❑ Outono: O epilímnio esfria, é atingido um ponto em que
as temperaturas do epilímnio e do hipolímnio se igualam.
Características de um corpo 
hídrico
❑O desaparecimento da estratificação térmica faz com
que o corpo hídrico se comporte como uma unidade
individual.
❑Ocorre a desestratificação (que também ocorre na
primavera)
❑ As características ficam mais uniformes.
❑ A atividade biológica pode aumentar com a mistura
de nutrientes.
A vida aquática
❑ Os organismos vivos de um ecossistema aquático são
classificados como autotróficos ou heterotróficos.
❑ Autotróficos: utilizam a luz solar para fixar elementos de
materiais inorgânicos e produzir nutrientes.
❑ As algas são organismos autotróficos mais importante, pois
produzem biomassa a partir de CO2 e outras espécies.
A vida aquática
❑ Heterotróficos: utilizam as substâncias orgânicas produzidas
pelos organismos autotróficos como fonte de energia e matéria-
prima para síntese de seus próprios nutrientes.
❑ Decompositores (redutores):
subclasse de seres heterotróficos,
composta por bactérias e fungos
responsáveis pela decomposição
da matéria em compostos simples.
A vida aquática
❑ A capacidade de um corpo hídrico de produzir matéria viva:
produtividade.
❑ Produtividade alta requer o fornecimento adequado de carbono (CO2),
nitrogênio (nitrato), fósforo (ortofosfato) e elementos-traço, como ferro.
❑ A água de baixa produtividade é preferida para fins de abastecimento.
A vida aquática
❑ Níveis de produtividade mais altos são necessários para servir
como base na cadeia alimentar em sistemas aquáticos.
❑ A produtividade excessiva resulta na proliferação de algas,
decomposição da biomassa produzida, no consumo de oxigênio
dissolvido, produção de odores, processo de eutrofização.
A vida aquática
❑ A temperatura, transparência e turbulência são as três
propriedades físicas que afetam a vida aquática.
❑ Em águas com temperaturas muito baixas, os processos biológicos
são muito lentos e temperaturas muito altas são letais.
❑ A transparência da água tem importância na proliferação de algas.
Por quê?
Vida aquática
❑A turbulência é importante no processo de
mistura e transporte de nutrientes e resíduos na
água.
❑A mobilidade de alguns organismos (plânctons)
depende das correntezas.A vida aquática
❑ O oxigênio dissolvido é parâmetro chave na determinação da
extensão e das formas de vida em um corpo hídrico.
❑ A deficiência de oxigênio é fatal para muitos organismos.
❑ A presença de oxigênio também pode levar à morte
organismos, como bactérias anaeróbias.
A vida aquática
❑ A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) diz respeito à
quantidade de oxigênio utilizada quando a matéria orgânica em
um dado volume de água é degradada por via biológica.
𝐶𝐻2𝑂 + 𝑂2 → 𝐶𝑂2+𝐻2𝑂
Microorganismos
Bioxidação de material contendo nitrogênio
𝑁𝐻4
+ + 𝑂2 → 2𝐻
+ + 𝑁𝑂3
− + 𝐻2𝑂
Microorganismos
A vida aquática
❑ Oxidação química ou bioquímica de agentes químicos
redutores:
4𝐹𝑒2+ + 𝑂2 + 10𝐻2𝑂 → 8𝐻
+ + 4𝐹𝑒(𝑂𝐻)3
2𝑆𝑂3
2− + 𝑂2 → 2𝑆𝑂4
2−
Vida aquática
A vida aquática
❑ O CO2 é produzido pelos processos respiratórios na água
e nos sedimentos, mas pode entrar na água também pela
atmosfera.
❑ É necessário na fotossíntese das algas.
❑ Níveis altos de CO2 produzidos pela degradação da
matéria orgânica podem levar à proliferação de algas.
Introdução à química da 
água
➢ Fenômenos ácido-base e de complexação, reações de oxi-
redução, equilíbrios, solubilidade.
Modelos simplificados
Gases na água
➢ Os gases dissolvidos (O2 para peixes, CO2 para algas) são
cruciais para os organismos vivos na água.
➢ Alguns gases podem causar problemas, como mortandade de
peixes (água rica em N2)
• Lago Nyos - Camarões: rico
em CO2 (Origem vulcânica)
• Asfixia de 1700 pessoas em
1986
Gases na água
▪ As solubilidades dos gases em água são
calculadas pela Lei de Henry, que afirma que a
solubilidade de um gás em um líquido é
proporcional à pressão parcial desse gás em
contato com o líquido.
[𝑋]𝑎𝑞= 𝐾𝑃𝑋
Gases na água
▪ Quanto O2 existe dissolvido em água a 25ºC?
[O2]𝑎𝑞= 𝐾𝑃O2
Oxigênio na água
Sem um nível apreciável de
OD, muitos organismos não
conseguem existir na água.
OD é consumido pela
degradação da matéria
orgânica.
A maior parte do O2 é oriunda
da atmosfera, que tem
20,95% deste em sua
composição
A capacidade de um corpo
hídrico se reoxigenar pelo
contato com a atmosfera é
muito importante.
Apesar de produzido pela
fotossíntese, esse processo
não é eficiente para oxigenar
a água.
Parte do O2 produzido pela
fotossíntese é consumido à
noite por processos
metabólicos pelas algas.
Oxigênio na água
➢ Quando as algas morrem, a degradação da biomassa
também consome oxigênio.
➢ A solubilidade do oxigênio depende da temperatura,
pressão parcial do oxigênio na atmosfera e do conteúdo
de sal na água.
➢ O nível de O2 pode chegar a zero com rapidez, a menos
que possa haver algum processo de aeração eficiente
(correnteza ou bombeamento de ar).
Oxigênio na água
➢ Se a matéria orgânica de origem biológica é representada pela
fórmula {CH2O}, o consumo de oxigênio na água é expresso
pela reação:
𝐶𝐻2𝑂 + 𝑂2 → 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂
➢ A concentração de oxigênio na água em equilíbrio com o ar na
pressão atmosférica é 8,32 mg/L.
➢ A massa de matéria orgânica necessária para consumir 8,32
mg/L é de 7,8 mg/L 𝐶𝐻2𝑂 .
➢ Não existe reações químicas para reabastecer o OD, exceto
pela fotossíntese, o restante vem da atmosfera.
CARBOIDRATO
Oxigênio na água
➢ O efeito da temperatura é importante no caso do oxigênio.
➢ A solubilidade do oxigênio na água em equilíbrio com o ar
diminui de 14,74 mg/L a 0ºC para 7,03 mg/L a 35ºC.
➢ Em temperaturas altas, a menor solubilidade do oxigênio,
junto com a maior taxa de respiração dos organismos,
leva à uma condição em que há um diminuição grave nos
níveis de O2.
Oxigênio na água
➢ Uma determinação mais rápida da demanda de oxigênio é pela
avaliação da demanda química de oxigênio (DQO) pode ser
feita utilizando o íons dicromato (Cr2O7
2-) dissolvido em ácido
sulfúrico.
➢ A semi-reação de redução do dicromato durante a oxidação da
matéria orgânica é:
𝐶𝑟2𝑂7
2− + 14𝐻+ + 6𝑒− → 2𝐶𝑟3+ + 7𝐻2𝑂
➢ O número de mols de oxigênio que a amostra teria consumido é 1,5X
o número de mols do dicromato, que este aceita 6 elétrons e o
oxigênio 4 elétrons.
𝑂2 + 4𝐻
+ + 4𝑒− → 2𝐻2𝑂
Oxigênio na água
➢ Exercício: Uma amostra de 25 mL de água foi titulada com
0,0010 mol/L de K2Cr2O7, necessitando de 8,3 mL para atingir o
ponto final. Qual é a DBO em mg/L de O2 na amostra?
Oxigênio na água
➢ Exercício: A DQO de uma amostra de água é 30 mg/L de O2.
Que volume de Na2Cr2O7 0,0020 mol/L é requerido para titular
uma amostra de 50 mL de água?
Oxigênio na água
▪ A dificuldade com o índice DQO é que a solução
ácida de dicromato é um oxidante tão forte que
oxida substâncias que consumiriam o O2
lentamente.
▪ Tais espécies não seriam um ameaça para os
níveis de oxigênio.
Oxigênio na água
▪ Espécies estáveis como a celulose e o Cl-, se
oxidam para CO2 e Cl2.
▪ O valor da DQO de uma amostra de água é
maior que o valor da DBO.
Oxigênio na água
▪ Outras medidas para determinar a quantidade
de substâncias orgânicas na água:
▪ Carbono orgânico total (COT): caracterizar a
matéria orgânica dissolvida e em suspensão em
água natural.
▪ Seu valor habitual para águas subterrâneas é 1
ppm (1 mg/mL).
Oxigênio na água
▪ Carbono orgânico dissolvido (COD):
caracterizar o material orgânico que está
realmente dissolvido.
▪ Em águas superficiais COD é 5 ppm; em
pântanos 10X mais e em esgoto não-tratado
~100 ppm.
Decomposição anaeróbica 
de matéria orgânica
▪ Quando certas bactérias estão presentes, a
matéria orgânica dissolvida na água decompõe-
se sob condições anaeróbias.
▪ Condições anaeróbias ocorrem em águas
estagnadas (pântanos), parte inferior de lagos
profundos.
Decomposição anaeróbica 
de matéria orgânica
▪ As bactérias atuam sobre o carbono e o
modificam.
▪ Uma parte é oxidada para CO2 e outra reduzida
a CH4.
▪ 2𝐶𝐻2𝑂 → C𝐻4 + 𝐶𝑂2
Decomposição anaeróbica 
de matéria orgânica
▪ Tal processo é a fermentação.
▪ Ambos os agente redutor e oxidante são
materiais orgânicos.
Decomposição anaeróbica 
de matéria orgânica
▪ As condições anaeróbias são condições
redutoras.
▪ Compostos insolúveis de Fe3+ nos sedimentos
do fundo de lagos, são convertidos em
compostos solúveis de Fe2+.
▪ 𝐹𝑒3+ + 𝑒− → 𝐹𝑒2+
Decomposição anaeróbica 
de matéria orgânica
Em um mesmo ambiente pode-se encontrar condições aeróbias e anaeróbias.
Água morna
Água fria
O2 da atmosfera e 
fotossíntese da algas
Espécies existem em suas 
formas oxidadas
Não há contato com o 
ar e o O2 é consumido 
na decomposição de 
material biológico
Questões
▪ Como a temperatura afeta a solubilidade de O2?
▪ Escreva a semi-reação balanceada para O2
quando a matéria orgânica é oxidada?
▪ O que é estratificação da água? Como ocorre?