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Química Geral e Ambiental Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Profa. Ms. Luciana Borin de Oliveira Revisão Textual: Prof. Ms. Luciano Vieira Francisco As Substâncias Químicas e suas interações com o meio ambiente 5 • Introdução • Ciclo de Vida • Prevenção à Poluição • Principais Contaminantes · Nesta Unidade abordaremos as substâncias químicas e suas interações com o meio ambiente. O principal objetivo aqui é compreender como a matéria interage com o meio ambiente, abordando os temas ar, água e solo. Leia atentamente o conteúdo desta Unidade, que lhe possibilitará conhecer as dimensões das substâncias químicas e suas interações com o meio ambiente. Aqui você também encontrará uma atividade relacionada com o conteúdo estudado e composta por questões de múltipla escolha. Além disso, terá a oportunidade de trocar conhecimentos e debater questões no fórum de discussão. É extremamente importante que você consulte os materiais complementares, pois são ricos em informações, possibilitando-lhe o aprofundamento de seus estudos sobre os assuntos tratados nesta Unidade. As Substâncias Químicas e suas interações com o meio ambiente 6 Unidade: As Substâncias Químicas e suas interações com o meio ambiente Contextualização Para iniciar esta Unidade, a partir das seguintes ilustrações, reflita sobre a resposta do meio ambiente frente às interações com determinadas substâncias químicas: Fonte: iStock / Getty Images Oriente sua reflexão pelas seguintes questões: » Por que isso acontece? » Quais fenômenos estão envolvidos nessas imagens? » Como controlar tais situações? 7 Introdução As substâncias químicas têm se tornado indispensáveis em nossas vidas, mantendo muitas de nossas atividades, prevenindo e controlando numerosas doenças e aumentando a produtividade agrícola. Os benefícios são incalculáveis, mas, por outro lado, elas podem colocar em risco nossa saúde e contaminar nosso ambiente. A natureza, o número e a quantidade de substâncias químicas usadas nos países variam largamente, de acordo com características peculiares a cada um, sua economia, seu parque industrial e sua agricultura. Milhares de substâncias químicas são sintetizadas todos os anos para avaliar se oferecem vantagens sobre suas predecessoras e se são comercialmente viáveis. Estima- se que aproximadamente 100 mil substâncias químicas estejam disponíveis comercialmente e cerca de 2 mil novas substâncias entrem no mercado a cada ano. O cenário químico está em constante mudança com produtos e substâncias novas substituindo os antigos e as quantidades produzidas e usadas variam conforme sua eficácia e demanda. Muitas substâncias têm efeitos tóxicos potenciais tanto à saúde quanto ao ambiente. Há riscos associados à exposição durante os processos de produção, armazenamento, manuseio, transporte, uso e disposição, bem como de derramamento acidental ou descarte ilegal. Quando introduzidas de forma inadequada no ambiente as substâncias químicas podem ressurgir como poluentes no ar que respiramos, na água que bebemos e nos alimentos que ingerimos. Podem afetar nossos rios, lagos e florestas e causar danos à vida selvagem, mudando o clima e os ecossistemas. Todos nós estamos expostos a substâncias químicas tóxicas. Os danos que podem c-ausar dependem de quantidade, duração e frequência da exposição, bem como da toxicidade inerente à substância e da sensibilidade do indivíduo. A quantidade pode ser pequena, mas algumas substâncias acumulam-se no organismo por longos períodos. Os efeitos da exposição a algumas substâncias podem ser notados após vários anos da exposição, embora efeitos relativos à exposição curta também possam ocorrer frequentemente e em concentrações elevadas. Crianças, idosos, mulheres grávidas e pessoas enfraquecidas por enfermidades podem ser mais suscetíveis que adultos saudáveis. Prevê-se grande crescimento da indústria química nos próximos anos, tanto em países desenvolvidos como nos em desenvolvimento. A segurança química, que inclui a prevenção e o gerenciamento dos riscos químicos, é essencial para que esse crescimento seja benéfico e não catastrófico para o homem e para o ambiente. Fonte: Relatório do Programa Internacional de Segurança Química da Organização Mundial da Saúde, 2008 8 Unidade: As Substâncias Químicas e suas interações com o meio ambiente Ciclo de Vida O percurso, ou caminho que um elemento químico essencial à vida realiza no meio ambiente é conhecido como ciclo biogeoquímico. Podemos citar como exemplos o ciclo da água, do nitrogênio, do oxigênio, do fósforo, do cálcio, do carbono e do enxofre. O termo vem do fato de que existe um movimento cíclico dos elementos químicos essenciais que formam os organismos vivos no ambiente geológico onde acontecem as mudanças químicas. Os elementos são absorvidos ao longo do ciclo e reciclados a partir de bióticos que são componentes que vêm dos seres vivos, contando ainda com componentes abióticos da biosfera, como ar, água e solo. Os elementos químicos e os compostos químicos através dos ciclos biogeoquímicos transitam entre os organismos e ambientes nas mais diversas partes do Planeta. Fonte: iStock / Getty Images O estudo e a avaliação dos ciclos biogeoquímicos ajudam a identificar possíveis impactos ambientais causados pela introdução de substâncias potencialmente perigosas nos diferentes ecossistemas. As interações entre os organismos vivos e o ambiente caracterizam-se por uma constante mudança dos elementos em uma atividade cíclica. Esse fenômeno é considerado cíclico em relação ao processo químico, dado que os mesmos compostos químicos alterados se reconstituem ao final do ciclo. Há uma espécie de troca contínua entre os meios abiótico e biótico, sendo esse intercâmbio de tal forma equilibrado, em relação à troca de elementos nos dois sentidos, que os dois meios se mantêm praticamente constantes (ROSA; MESSIAS; AMBROZINI, 2003). A partir daí temos a teoria da magnificação biológica, ou popularmente conhecida como bioacumulação, que é o processo pelo qual as substâncias tóxicas e não biodegradáveis podem permanecer se acumulando ao longo da cadeia alimentar, pois os seres que participam desse processo não têm capacidade para metabolizá-las 9 Fonte: iStock / Getty Images Saiba Mais Fatores de toxicidade: Dose: a dose letal causa a morte de um organismo. Nos humanos, a dose letal de uma dada substância tóxica depende dos fatores como a idade, o sexo, o estado de saúde, a eficiência de desintoxicação e a sensibilidade de cada indivíduo; Solubilidade: » Substâncias tóxicas solúveis na água são facilmente absorvidas pelos organismos a partir do meio, mas também são relativamente fáceis de eliminar; » Já substâncias tóxicas solúveis em lipídeos acumulam-se nas células e tecidos e são mais difíceis de eliminar. Bioacumulação: é a soma sucessiva da ação de um poluente por via direta ou por via alimentar, sendo muito frequente nos organismos aquáticos. Bioampliação: » Causada pela acumulação de compostos tóxicos nos tecidos, muito grave para os consumidores de topo das cadeias alimentares, onde são registrados os mais graves problemas de toxicidade – a concentração de certas substâncias aumenta de nível trófico para nível trófico, ao longo das cadeias alimentares, afetando organismos que não foram diretamente expostos ao composto; » O aspecto mais grave da bioacumulação e da bioampliação é o de que sintomas não se manifestam até que as concentrações no organismo sejam suficientemente elevadas para causar problemas graves de saúde. Interação com outras substâncias: Sinergismo – quando o efeito combinado das duas substâncias é muito superior à soma dos efeitos de cada uma das substâncias, especificamente quando essas atuam isoladamente. A presença de um nutriente aumenta ou facilita a absorção de outro. Definitivamente a interação das substâncias multiplica o efeito da substância tóxica; Antagonismo – quando a interação entre assubstâncias reduz o efeito da substância tóxica. A presença do nutriente causa a indisponibilidade de outro nutriente, mesmo que esse esteja presente em quantidade suficiente no ambiente (fonte: http://biohelp.blogs.sapo.pt/861.html). http://biohelp.blogs.sapo.pt/861.html 10 Unidade: As Substâncias Químicas e suas interações com o meio ambiente A cadeia alimentar é constituída de três principais níveis tróficos: » Produtores, » Consumidores – de diversas ordens; e » Decompositores. Fonte: portalescolar.net Os produtores são caracterizados pelos organismos vivos capazes de produzir o próprio alimento, ou seja, os autótrofos, que são, como exemplo dos vegetais, as algas e as cianobactérias; Os próximos da cadeia alimentar são os consumidores primários, que se alimentam de produtores. Nesse momento aparecerem as ordens, os consumidores secundários, que se alimentam de consumidores primários e consumidores terciários, que se alimentam de consumidores de segunda ordem e assim sucessivamente; Por fim, tem-se os organismos decompositores, que consomem resíduos de vegetais e animais mortos, encerrando o ciclo alimentar e devolvendo nutrientes ao meio ambiente. No ciclo alimentar os produtores podem assimilar quantidades de substâncias tóxicas que estão dispersas no ambiente, que podem – ou não – ser tóxicas para esse nível. No decorrer da cadeia alimentar, os produtores serão consumidos e a quantidade de substância tóxica que foi assimilada no início do processo permanecerá fixada em seus organismos, pois, como vimos, essa substância não é metabolizada, dado que o organismo não tem capacidade para isso. O ciclo segue com um organismo vivo consumindo outro e os poluentes vão se acumulando no decorrer da cadeia alimentar. Os seres que mais se prejudicam nesse processo, ou seja, que mais sentem os efeitos desse acúmulo são os consumidores finais, pois ingerem mais poluentes do que todos os outros participantes dessa cadeia alimentar. Entre os poluentes não biodegradáveis que se acumulam ao longo da cadeia, merecem destaque: Mercúrio, chumbo e cádmio, conhecidos também como metais pesados. São os elementos que estão frequentemente presentes em processos industriais e nos seus resíduos sólidos depositados de forma irregular no meio ambiente; 11 » Compostos organoclorados presentes nos inseticidas e insumos agrícolas; » Cloreto de vinila, substância muito usada na produção de plásticos; e » Compostos organofosforados, utilizados na produção de pesticidas. Os seres humanos têm sua saúde exposta a sérios riscos, pois muitas vezes aparecem como consumidores terciários na cadeia alimentar, levando em consideração os processos de bioacumulação. As substâncias tóxicas provocam doenças nos tecidos humanos, como cânceres, lesões no sistema pulmonar, esterilidade, danos aos sistemas nervoso e muscular, doenças de pele, distúrbios no sistema renal, danos à medula óssea e outras séries de complicações. Para conhecer mais sobre esse assunto é muito interessante assistir ao filme norte- americano chamado Erin Brockovich, de 2000 e dirigido por Steven Soderbergh. Ração bovina com antibióticos Contaminação do solo Subistâncias passam para o gado Subistâncias passam para o ser humano Contaminação no ambiente aquático 12 Unidade: As Substâncias Químicas e suas interações com o meio ambiente Prevenção à Poluição A prevenção à poluição e geração de resíduos são ações que promovem a redução da geração de poluentes na fonte produtora, ajudando na diminuição da utilização de recursos naturais, no esgotamento de matéria-prima, promoção de impactos ambientais significativos e diminuição da probabilidade de acidentes ambientais e doenças causadas por substâncias tóxicas despejadas no meio ambiente. A adoção desse princípio de prevenção à poluição ajuda a caracterizar de maneira eficiente a geração de seus resíduos e o caminho para a sua disposição final, reduzindo problemas como passivos ambientais, melhorando as condições de trabalho de seus colaboradores e dando nova vida à imagem corporativa junto ao público consumidor. A prevenção à poluição é uma ferramenta que combina duas preocupações ambientais: o uso sustentável dos recursos ambientais e o controle da poluição. O princípio dos 3R – Reduzir, Reutilizar e Reciclar – é uma ferramenta de qualidade que proporciona meios para evitar a poluição, reduzir de maneira significativa a geração dos resíduos e destiná-los de forma correta e sem prejuízo ao meio ambiente. 3Rs Reduzir Reutilizar Reciclar Atualmente já se estendeu tal princípio a 7R – Redução, Reutilização, Retrabalho, Recondicionamento, Reciclagem, Remanufatura e Logística Reversa. 7Rs Redução Reutilização Retrabalho Reciclagem Remanufatura Logística Reversa Recondicionamento Essas ferramentas auxiliam de forma eficaz e eficiente no processo de classificação e controle da poluição, caracterizando o resíduo gerado e realizando de forma consistente um inventário de emissões para o controle desses processos. As práticas mais rápidas e utilizadas no trabalho das organizações para prevenção à poluição são: modificação de equipamentos; substituição de materiais de uso e matérias-primas; conservação de energia não reutilizável e busca por substituição para alternativas de energia limpa; reuso e reciclagem de resíduos; estabelecimento de planos de manutenção preventiva e preditiva nos equipamentos. Cabe também à organização sempre cobrar que seus clientes e fornecedores adotem medidas como essas para que tais cuidados se tornem globalizados. 13 Saiba Mais O Governo do Estado de São Paulo, junto da Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Cetesb) elaboraram e disponibilizaram um manual de implementação de um programa de prevenção à poluição? Esse manual apresenta uma metodologia de apoio para o planejamento e desenvolvimento de um programa de Prevenção à Poluição (P2), que pode ser adaptada às condições específicas de qualquer empresa interessada. A P2 refere-se a qualquer prática, processo, técnica e tecnologia que visem a redução, ou eliminação em volume, concentração e toxicidade dos poluentes na fonte geradora. Inclui também modificações nos equipamentos, processos ou procedimentos, reformulação ou replanejamento de produtos, substituição de matérias-primas, eliminação de substâncias tóxicas, melhorias nos gerenciamentos administrativos e técnicos da empresa e otimização do uso das matérias-primas, energia, água e outros recursos naturais. A implementação em ações de P2 pela empresa implica no desenvolvimento de um programa que inclui desde o comprometimento da direção da empresa com os princípios da P2, até a avaliação do desempenho desse programa. Além disso, P2 representa um processo de melhoria contínua, ou seja, ao final do programa, novas metas são estabelecidas, reiniciando-se novamente o ciclo de implementação. » O que você tem feito no seu dia a dia para não gerar resíduos sólidos? » E no caso de gerar esses resíduos, o que você tem feito para tratá-los?Principais Contaminantes Os agentes poluentes podem ser de natureza química, biológica, ou sob a forma de energia, como nos casos de luz, calor, ou radiação. Fonte: Thinkstock /Getty Images A ação indevida desses contaminantes na água, ar e solo provoca um efeito negativo no seu equilíbrio, causando danos à saúde humana, aos seres vivos e ao ecossistema. A seguir serão listados alguns importantes contaminantes da água, do ar e do solo. 14 Unidade: As Substâncias Químicas e suas interações com o meio ambiente Água: Fonte: Thinkstock /Getty Images Muitas são as substâncias que podem ser encontradas na água. As periculosidades para os organismos e as doenças que podem causar estão diretamente ligadas à quantidade do componente que foi depositada e assimilada pelo organismo, além da sensibilidade do organismo ao elemento em questão. Podemos encontrar, principalmente: Alumínio Elemento que pode causarproblemas ósseos, anemia e lesão hepática, nos casos mais severos, doenças do sistema neurológico e renal; Arsênico Apresenta-se associado a problemas digestivos, neurológicos e dermatológicos; Bismuto Quando presente em teores elevados, pode causar danos neurológicos; Cálcio Quando presente em concentrações acima de 80mg/L, apresenta sintomas como cefaleia, náuseas, vômitos, olhos vermelhos, hipertensão e convulsões; Cloro e seus derivados: Eliminam microrganismos, protozoários, bactérias e minerais indesejáveis, como ferro e manganês. Todavia, um ponto negativo na utilização do cloro é que, em presença de substâncias orgânicas, pode formar compostos carcinogênicos, como o clorofórmio. Outro composto formado pelo cloro, a cloramina, se em concentrações elevadas, pode indicar um distúrbio na hemoglobina e anemia em seres humanos; Cobre Aparece dos canos de cobre corroídos, da poluição industrial e agrícola, além de compostos utilizados no tratamento de algas. Pode causar destruição das hemácias e lesões no fígado; Chumbo Quando depositado em excesso no meio ambiente, pode persistir mesmo com o tratamento da água, ocasionando doenças como anemia, anorexia, cólica, fraqueza, dores musculares e articulares, além de convulsões; Magnésio Em excesso pode estar associado ao bloqueio da transmissão no sistema neuromuscular; Mercúrio Acumula-se no sistema nervoso central, causando tremores e paralisias; Microrganismos O cloro é adicionado na água, ainda que não seja um meio ambiente ideal para multiplicação biológica, pode transportar protozoários, bactérias e outros microrganismos; Zinco Elemento que, em excesso, pode causar anemia pela destruição de células vermelhas, além de náuseas e vômitos. O acúmulo crônico pode trazer problemas no sistema neurológico. 15 Ar: Fonte: Thinkstock /Getty Images Da mesma forma, muitas são as substâncias provenientes de fontes poluidoras que podem ser encontradas no ar, lançando produtos e partículas na atmosfera. Podemos encontrar, principalmente: Amoníaco Substância que se apresenta como um gás incolor, não inflamável, possui cheiro característico e sufocante, é um elemento altamente tóxico, muito corrosivo e com boa solubilidade em água. Pode ser facilmente condensado em um líquido na ação de pressão em temperatura baixa, sendo largamente utilizado como gás de arrefecimento; Biológico Compostos encontrados em várias concentrações e em diversos tipos de ambiente, desde domésticos, industriais, escolas até escritórios. Os seres vivos têm flora microbiológica própria e podem liberar fungos, vírus e bactérias no ar. Os locais úmidos permitem o crescimento de patógenos e o ar pode ser uma fonte de disseminação; Campos Eletromagnéticos As ondas eletromagnéticas se disseminam no ar e podem provocar efeitos que variam desde a estimulação dos nervos e músculos, até o aquecimento dos tecidos; Dióxido de Carbono Um gás incolor, de característica inodora e não inflamável; substância resultante do processo de combustão completa de combustíveis fósseis e de processos metabólicos; Dióxido de Enxofre Um gás incolor e inodoro, mas que apresenta um cheiro característico quando em altas concentrações. É produzido pela combustão de combustíveis fósseis, como carvão e óleo, que ainda são recursos muito utilizados em processos industriais. Esse elemento também é produzido quando um composto com enxofre é queimado; Formaldeído Pertence ao grupo orgânico dos aldeídos, onde tem-se uma grande família de compostos chamada substâncias orgânicas voláteis. É caracterizado à temperatura ambiente como um gás incolor e que apresenta odor pungente. É solúvel em água e muito reativo. Pode ser encontrado como gás, vapor e como polímero sólido. Por ser muito solúvel em água, pode irritar partes do corpo que contenham boa concentração de umidade, como os olhos. É produzido por combustão incompleta de hidrocarbonetos, como o gás natural, que é uma das fontes desse poluente; Monóxido de carbono: Apresenta-se como um gás incolor, inodoro e insípido. Gases emitidos pelo escapamento de veículos e processos industriais que utilizam combustíveis orgânicos são as principais fontes desse poluente; Óxido e dióxido de nitrogénio: O óxido de nitrogénio é um gás venenoso, inodoro e incolor, produzido em combustão e que se combina com o oxigénio, produzindo o dióxido de nitrogénio, outro um gás muito poluente e de cheiro forte. Esse composto absorve a luz do Sol e forma a névoa observada no horizonte de grandes cidades; Partículas suspensas: São as que se encontram suspensas no ar, resultantes de uma mistura de substâncias sólidas ou substâncias sob forma líquida, as quais presentes em suspensão no ar. Podem ser inaláveis se pequenas o bastante para passar pelas vias superiores e alcançarem os pulmões, causando males respiratórios 16 Unidade: As Substâncias Químicas e suas interações com o meio ambiente Solo Fonte: Thinkstock /Getty Images Podemos encontrar, principalmente: Resíduos industriais: São produtos químicos, combustíveis, metais pesados e outros elementos descartados no solo de forma incorreta e desordenada. O tratamento do solo é possível com a demanda da utilização de muitos recursos e tempo. Essa contaminação acarreta outro problema grave, a contaminação da água. Tais resíduos podem atingir fácil e silenciosamente os lençóis freáticos, contaminando a água; Fonte: Thinkstock /Getty Images 17 Lixão: Os terrenos que foram utilizados como áreas de lixões apresentam vários problemas, como a contaminação por diversos tipos de poluentes e o risco de explosão, pois o processo de decomposição de lixo orgânico gera a produção de gases inflamáveis. Esse processo pode ser evitado quando a deposição de resíduos é realizada de forma controlada, como o processo dos aterros sanitários; Fonte: Thinkstock /Getty Images Resíduo Eletrônico: Quando no solo, esse material proveniente de produtos eletroeletrônicos libera seus componentes químicos, que são resíduos altamente prejudiciais à saúde; Fonte: Thinkstock /Getty Images 18 Unidade: As Substâncias Químicas e suas interações com o meio ambiente Pesticidas e agrotóxicos: A manutenção de um solo livre de poluentes e agentes tóxicos garante a sanidade da população. Exemplos dessas substâncias são os inseticidas, utilizados no combate aos insetos transmissores de doenças contagiosas; os herbicidas, empregados na destruição de ervas não desejáveis; fungicidas, combatendo os fungos que ameaçam o desenvolvimento das culturas; Fonte: Thinkstock /Getty Images Elementos Radioativos Acidentes em usinas nucleares, ou descartes de equipamentos que possuem elementos radioativos podem deixar o solo contaminado por séculos. Por esse motivo, embora existam poucos casos, quando ocorrem geram problemas gravíssimos. Quando uma pessoa entra em contato com o solo com esse tipo de contaminação, pode morrer ou desenvolver diversos tipos de câncer. Saiba Mais Que pessoas ou organizações que geram poluição de forma desordenada podem ser alvos de multas pesadas, ou até mesmo prisão? Afinal, contaminar o meio ambiente se caracteriza como um crime ambiental. A poluição ocasionada pela geração de resíduos pode provocar, por exemplo, a extinção de espécies animais e vegetais. Assim, Brasil, Índia e China, que são países em grande desenvolvimento e acelerado processo industrial, apresentam muitos casos de poluição ambiental pela geração desenfreada de resíduos. 19 Material Complementar Para complementar os conhecimentos adquiridos nesta Unidade, leia o seguinte artigo: Leituras: AMORIM, L. C. A. O uso dos biomarcadores na avaliação da exposição ocupacional a substâncias químicas. Rev. Bras. Med. Trab., Belo Horizonte, MG, v. 1, n. 2, p. 124- 132. out./dez. 2003. - http://www.nesc.ufrj.br/cursos/saudetrab/rbmt04.biomarcadores.pdf Livros: FERREIRA, H. S.; LEITE, J. R. M. Biocombustíveis – fonte de energia sustentável. São Paulo: Saraiva, 2010. LENZI, E.; FAVERO, L. O. B.;LUCHESE, E. B. Introdução à química da água – Ciência, vida e sobrevivência. [S.l.]: LTC, 2009. http://www.nesc.ufrj.br/cursos/saudetrab/rbmt04.biomarcadores.pdf 20 Unidade: As Substâncias Químicas e suas interações com o meio ambiente Referências BRANCO, S. M. Água: origem, uso e preservação. São Paulo: Moderna, 2003. CANTO, E. L. Plástico: bem supérfluo ou mal necessário? São Paulo: Moderna, 2003. MOZETO. Química atmosférica: a química sobre nossas cabeças. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, maio 2001. ROSA, R. da S.; MESSIAS, R. A.; AMBROZINI, B. Importância da compreensão dos ciclos biogeoquímicos para o desenvolvimento sustentável. 2003. Monografia-Universidade de São Paulo, São Carlos, SP, 2003. VANIN, J. A. Alquimistas e químicos: o passado, o presente e o futuro. São Paulo: Moderna, 2004. 21 Anotações
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