Aula6-Substancias Toxicas

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Aula 6 – Substancias Tóxicas
Prof. Julio C. J. Silva
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Instituto de Ciências Exatas
Depto. de Química 
Juiz de For a, 2010
QUI 116 – Química do Meio Ambiente 
Poluição Ambiental
Emissões para os compartimentos atmosfera, litosfera e hidrosfera 
estão sempre aumentando em decorrência das atividades humanas
e processos naturais

A contaminação ocorre quando alguma substancia estranha ao meio 
está presente

A poluição é a alteração de alguma qualidade ambiental para a qual a 
comunidade exposta é incapaz de neutralizar os efeitos negativos

Fontes pontuais
Redes de efluentes domésticos e industriais, derramamentos 
acidentais, atividades de mineração, etc.

Fontes não-pontuais
Práticas agrícolas, residências dispersas, deposições atmosféricas, 
etc.

Fontes lineares
Enxurradas em auto-estradas
Caracterização do Problema
Transporte e distribuição de contaminantes ambientais 
(orgânicos e inorgânicos) no ambiente
Caracterização do Problema
Esgoto Doméstico
Caracterização do Problema
Disposição Inadequada de Resíduos Industriais
Caracterização do Problema
Uso e Ocupação do Solo
• Estudo dos efeitos nocivos de substâncias estranhas
sobre os seres vivos
– Toxicidade aguda
– Toxicidade ambiental (exposições crônicas)
• Incluem:
– Produtos químicos sintéticos
– Produtos químicos naturalmente existentes
• “Todas as substancias são tóxicas em doses
suficientemente elevadas”
• LD50 (dose letal para 50% da população)
• LOD50 (dose oral letal para 50% da população)
Toxicologia
• A maioria dos produtos químicos são compostos
orgânicos
• Compostos:
– Organoclorados
– Organofosforados
– Carbamatos
– Triazinas
– Dioxinas
– PCBs (bifenilas policloradas)
– Furanos
– PAHs (hidrocarbonetos aromáticos polinucleares)
– Estrogênios
Produtos Orgânicos Tóxicos
• Pesticidas
– Inseticidas
– Herbicidas
– Fungicidas
• Usos:
– Eliminar ervas (mata-mato)
– Controlar algas em piscinas
– Talco antipulgas para animais domésticos
– Aerossóis para insetos
Pesticidas
• Enxofre  fumigação
• Gás HCN(g)  museus
• Fluoreto de sódio formigas
• Ácido bórico  baratas
• Óleos de peixes e baleias  ovos de
insetos
• Arsênio  Roma antiga até anos 50
Pesticidas
• Pesticidas inorgânicos e organometálicos
– Muito tóxicos para os seres humanos e outros
– mamíferos
• Pesticidas orgânicos
– Desenvolvidos após 2a. GM
– São efetivos e menos tóxicos
– Menor quantidade de químicos sintéticos no ambiente
– Estáveis no ambiente
– Toxicidade alta para insetos e baixa em seres humanos
Pesticidas Inorgânicos, 
Organometálicos e Orgânicos
• Compostos de carbono + cloro
• Toxicidade
• Persistência
• Não solúveis em água
• Bioacumulativos
• Solúveis em óleos ou tecidos adiposos
• POPs – Poluentes Orgânicos Persistentes
Pesticidas Organoclorado
Pesticidas Organoclorado
• Bioconcentração  tecidos
• Fator de bioconcentração 
(FBC)
• Cadeia alimentar
– biomagnificação
Pesticidas Organoclorado
• HCB – hexaclorobenzo
• Pode causar câncer
• Peixes – quantidade milhares/milhões
• DDT – para-diclorodifeniltricoloroetano
• Contra: mosquitos da malária, febre amarela, piolhos e pulgas
• 1945 – milagroso – Sir. Winston Churchil
• 1962 – elixir da morte (Rachel Carson – Silent Spring)
• 1973 – proibido pela EPA
• Ainda usado em paises em desenvolvimento
• Análogos do DDT
– DDD ou TDE – produto da degradação ambiental do DDT
Pesticidas Organoclorado
• Metoxicloro – análogo ao DDT
– Controle de moscas e mosquitos
• não bioacumulativo
• biodegradável
• Toxafeno – Tóxico para peixes
– banido dos EUA em 1982 / Ainda usado no México
– nocivo para os seres vivos
• BHC (dentro dos cicloexanos)
• Ciclopentadienos clorados
– Ciclopentadieno – sub-produto do refino de petróleo
– Contra insetos terrestres: formigas, cupins, gafanhotos, besouros, etc.
– POPs – Poluentes Orgânicos Persistentes
• Aldrin, dieldrin, mirex (declorano) – aditivo retardante de chama
• Opção: endossulfano – bioconcentração e persistência ambiental 
menores
Inseticidas Organofosforados e
Carbamatos
• Não persistentes  se decompõem em dias/semanas
• Concentram-se nos tecidos gordurosos
• Efeito tóxico mais agudo para humanos e mamíferos
• Inalação, ingestão oral e absorção pela pele
• Ex.:
– Paration (LD50=25mg/Kg)  morte de trabalhadores agrícolas
– Diclorvos (LD50=3mg/Kg)  papel mata-moscas, coleiras 
antipulgas
– Diazinon (LD50=300mg/Kg)  relativamente inócuo para o ser 
humano, mas tóxico para pássaros.
– Malation (LD50=885mg/Kg)  spray domestico anti moscas. 
Quase não tóxico para mamíferos, mas sim para pássaros.
Pesticidas Naturais
• Plantas  auto-defesa
• Piretrinas
– Flores de crisântemos
– Napoleão (sec. XVIII)  piolhos.
– Dias atuais  Antipulgas
• Rotenona
– Raízes de feijão
– Tem sido usado a mais de 150 anos
Manejo Integrado
1. Controle químico 
2. Controle biológico
3. Controle cultural
4. Plantas resistentes aos hospedeiros
5. Controle físico
6. Controle regulador
Herbicidas
Histórico:
• Tempos bíblicos: sal ou salmoura + cinzas – para
esterilizar territórios
• Sec. 20 – compostos inorgânicos contra ervas
daninhas (arsenito de sódio, clorado de sódio, sulfato
de cobre)
• Substituídos por derivados orgânicos do Arsênio
• Os herbicidas inorgânicos e organometalicos–
eliminados devido à sua persistência
• Hoje – herbicidas orgânicos
Herbicidas
• Triazinas
– Atrazinas
• Culturas de milho e soja
• Usada para criar estacionamentos de veículos
• Não é removida da água potável em tratamentos
convencionais, apenas com carvão ativado
• Atrazina em humanos – câncer, defeitos congênitos
(suspeitas)
– Cloroacetamidas (substituto da atrazina)
– Metaclor – degrada com luz solar e agua
– Glifosfato – não é tóxico e mata quase todas as plantas
Dioxinas
• Derivadas de herbicidas, preservantes de madeira,
fungicidas
• Clorofenol
– 50% das emissões de dioxinas  anos 70
– Guerra do Vietnã (desfolhante)  Agente Laranja
• TCDD – tetraclorodibenzo-p-dioxina
• Fontes para o homem:
– Ingestao de alimentos – carne, peixe e laticínios
Dioxinas
PCBs – Bifenilas policloradas
• Produtos químicos industriais organoclorados
• Um dos principais contaminantes ambientais –disposição final
inadequada
• São resistentes à decomposição por agentes químicos ou
biológicos
• Usos:
– Fluido refrigerante em transformadores e condensadores
elétricos
– Plastificantes em PVC
– Papel “sem carbono”
– Solvente para reciclagem de papel
– Agente de impermeabilização
• Na presença de oxigênio podem gerar dibenzofuranos
Outras fontes de dioxinas e furanos
• Subprodutos de:
– Incineração do lixo
– Branqueamento de polpa celulósica
– Reciclagem de metais
– Produção de solventes
• Queima de material combustível
• Principal fonte antropogênica – incinerador
• Transporte por via atmosférica
• Entra na cadeia alimentar via plantas e animais
• TEQ – Fator equivalente de toxicidade
• Riscos à saúde - probabilidade
Hidrocarbonetos Aromáticos 
Polinucleares (PAHs)
• Hidrocarbonetos de tipo benzênico
– Naftaleno  sólido volátil, tóxico para alguns insetos, usado
nas bolinhas de “naftalina”
– Grafite
• Fontes para o ambiente:
– Aérea
– Cigarro – fumaça
– Queima de madeira e carvão
– Produção de cresoto – preservante de madeira
– Meio aquático – derramamento de oleos
• Fontes para o homem:
– Cigarro
– Dieta – carnes e peixes grelhados no carvão ou defumados;
vegetais folhosos; cereais não refinados
Estrogênios Ambientais
• Produtos químicos sintéticos que interferem no sistema endócrino de
produção e transmissão de hormônios
• Livro  Futuro Roubado (1996)
• Estrogênios Ambientais
– Inseticidas organoclorados, DDT, DDE, metoxiclor, toxafeno,
dieldrin, PCBs e dioxinas, compostos orgânicos industriais que
contem oxigênio
– Não organoclorados
• bisfenol A  Usado em plásticos, como policarbonato e resinas
epóxi, latas de alumínio, selantes dentários
• Nonilfenol  resulta da ruptura de moléculasde detergentes,
espermicidas e alguns plásticos
• Fitoestrogênios
– Exemplos  soja, brócolis, trigo, maça e cereja
– Efeito protetor contra certos Cânceres
• Sem evidencias concretas de problemas
Espécies Metálicas Tóxicas
(Metais Pesados)
• Trace element
• Any element having an average concentration 
of less than about 100 parts per million atoms 
(ppma) or less than 100 g per g.
• 1979, 51, 2246
• IUPAC Compendium of Chemical Terminology 
2nd Edition (1997)
Definição
Metais pesados

• Elementos que têm peso específico maior que 5 g.cm-3 ou que 
possuem um número atômico maior que 20. 
• Comumente utilizado para designar metais classificados como 
poluentes.
• Engloba metais, semi-metais e mesmo não- metais como o selênio. 
• Sinônimos: “elementos-traço” ou “metais-traço”.
• Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Co, Ni, V, Al, Ag, Cd, Cr, Hg e Pb.
Caracterização do Problema
Metais pesados

Perigosos em suas formas M+ e associados 
curtas de carbono

O mecanismo de sua ação tóxica deriva da forte 
afinidade dos M+ pelo S de grupos SH-
(enzimas)

Acarreta mal funcionamento metabólico

Caracterização do Problema

• Alta densidade
– Mercúrio – Hg
– Chumbo – Pb
– Cádmio – Cd
– Arsênio – As (semimetal)
• Transportados por via aérea
• Tratamento medico – uso de composto que atraia o
metal pesado de modo mais forte que a enzima, sua
solubilização e excreção pelo organismo
Metal Pesado
• Biomagnificação
• Lâmpadas fluorescentes
• Lâmpadas de mercúrio – iluminação publica
• Lâmpadas de vapor de sódio – menos tóxicas
• Afeta o sistema nervoso central
• Fontes:
– Combustão descontrolada de carvão e óleo combustível
– Incineração de lixo contendo mercúrio (baterias)
• Amalgama de mercúrio (+ prata e estanho)
– Obturação – vaporiza o mercúrio na mastigação
– Cremação de cadáveres
– Extração de ouro/prata
• Metilmercúrio  fungicida
Mercúrio
“Moacyr Scliar” 
“A cidade onde os gatos dançavam 
(e as pessoas morriam)”
Crônica inédita, da verve do médico sanitarista, um dos 
autores brasileiros mais respeitados no país e 
exterior, apaixonado por ficção, especial para a Clínica 
Literária.
Mercúrio - Minamata
Mercúrio - Minamata
Mercúrio
• Usos:
– Industria da construção civil
– Munição
– Pigmento em tintas  cores estáveis e brilhantes
– Baterias de veículos (reciclagem – possível fonte de emissão
de chumbo)
– No passado  como corante de alimentos
– Gasolina com chumbo
– Arsenato de chumbo  pesticida (1a. fonte de chumbo)
• O chumbo presente na água é mais absorvido que o
presente nos alimentos
• O tratamento de água remove o chumbo
Chumbo
• Uso:
– Pigmento (tintas, plástico colorido, dispositivos, fotovoltaicos,
monitores de TV)
– Baterias recarregáveis (niquel-cadmio)
• Fontes para o ambiente:
– Subproduto da fusão do zinco
– Combustão de carvão
– Incineração de resíduos contendo cádmio
– Reciclagem de aço laminado com cádmio
• Fontes para o homem:
– Fumantes tabaco
– Dieta alimentar  frutos do mar e órgãos comestíveis (rins),
batata, trigo, arroz.
Cádmio
• Usos:
– Veneno  suicidas e assassinos
– Pesticidas  antes dos compostos orgânicos
– Preservante de madeira
• Fontes para o ambiente:
– Mineração e fundição de ouro, chumbo, cobre e níquel
– Produção de ferro e aço
– Combustão de carvão
• Fontes para o homem:
– Água
– Alimentos: frutos do mar e carne
• Carcinogeno para os seres humanos
Arsênio
Metais pesados

Naturais
Os processos naturais de decomposição das rochas e a 
lixiviação no perfil do solo

Fontes antropogênicas
estão associadas, principalmente, a atividades de 
mineração (carvão e jazidas minerais) e industriais, 
além da geração de efluentes urbanos e uso e 
ocupação do solo (agricultura e pecuária)
Caracterização do Problema
Caracterização do Problema
RELATÓRIO CETESB 2001 - DECISÃO DE DIRETORIA Nº 195-2005- E, de 23 de 
novembro de 2005
VRQ: que define um solo como limpo; VP: é a concentração acima da qual podem ocorrer alterações prejudiciais à qualidade do solo; VI:
é a concentração no solo acima da qual existem riscos potenciais, diretos ou indiretos, à saúde humana considerada um cenário de
exposição genérico
Caracterização do Problema
Série Histórica com as Principais Violações em Termos de Metais em Águas 
Superficiais Classes 1 e 2 (IGAM)
Série Histórica 1997 a 2003
Parâmetros Violações Total de Análises Análises Violadas
Cobre 9.7% 4384 391
Cádmio 4.4% 4074 157
Níquel 3.3% 3796 120
Chumbo 2.7% 4025 101
Mercúrio 2.8% 3305 90
Zinco 2.9% 3868 79
Arsênio 2.2% 3017 65
Manganês 32.0% 4442 1421
Ferro Sol 18.6% 4286 797
Alumínio 97.5% 1027 1001
Bário 0.0% 2919 -
Boro 0.0% 2839 -
Selênio 0.0% 2894 -
Bacia do Rio São Francisco
 
Bacia Rio São Francisco – Sul e das estações monitoradas (SF 011, SF 013, SF 015 e SF 017). UPGRHs 
(Unidades de Planejamento e Gestão dos Recursos Hídricos em Minas Gerais (UPGRH))
Rio Abaeté
Reserva de Três Marias
Rio Borrachudo
Rio São Francisco
CONTAMINAÇÃO POR TÓXICO 
• Baixa
• Média
• Alta
Bacia do Rio São Francisco
Determinação de elementos-traço em amostras de sedimentos da Bacia Rio São Francisco – Sul (estações 
monitoradas:SF 011, SF 013, SF 015 e SF 017) por ICP-MS e digestão por microondas
Elementos SF 011 SF 013 SF 015 SF 017 TEL
(a) 
PEL
(b) 
75
As nd nd nd nd 5,9 17 
137
Ba 212,5 ± 24,0 239,3 ± 5,8 115,2 ± 19,7 263,8 ± 5,4 sr sr 
114
Cd nd nd 2,9 ± 0,1 nd 0,6 3,5 
59
Co 14,9 ± 0,2 11,4 ± 0,8 5,4 ± 0,0 16,3 ± 1,8 sr sr 
52
Cr 90,4 ± 6,3 196,1 ± 19,1 39,4 ± 6,1 72,8 ± 6,6 37,3 90 
133
Cs 3,3 ± 0,3 0,5 ± 0,1 1,5 ± 0,0 3,2 ± 0,3 sr sr 
63
Cu 26,5 ± 0,2 nd 15,1 ± 0,4 nd 35,7 197 
60
Ni 27,2 ± 2,1 nd 10,1 ± 0,1 nd 18
(c) 
35,9
(c) 
208
Pb 20,8 ± 0,5 10,5 ± 1,5 33,4 ± 2,4 nd 35 91,3 
107
Ag nd 0,8 ± 0,1 nd nd sr sr 
82
Se nd nd nd nd sr sr 
51
V 123,1 ± 22,1 59,3 ± 0,3 47,9 ± 7,2 nd sr sr 
64
Zn 108,9 ± 4,0 93,1 ± 9,4 872,2 ± 17,3 nd 123 
 
315 
 
 
(a) Threshold Effect Level, TEL: concentrações abaixo desse valor são raramente associados a efeitos biológicos;
(b) Probable Effect Level, PEL: concentrações acima desse valor são frequentemente associados a efeitos biológicos;
(c) Critério do Environment Canadá.
SF 11 – Rio Indáia, SF 13 – Rio Borrachudo montande Reservatório Tres Marias, SF 15 – São francisco – Jusante Tres marias
Coleta e Preservação
Coleta e preservação
Contaminação
• Espectrometria de absorção atômica
– FAAS
– GFAAS
• Espectrometria de emissão ótica (atômica)
– ICPOES
• Espectrometria de massas
– ICP-MS
Quantificação
Técnicas Espectroanalíticas
FAAS
(Espectrometria de absorção atômica com chama)
ICPOES
(Espectrometria de emissão ótica com plasma)Instrumentação
 plasma de argônio confinado
acoplamento 
indutivo
bobina de 
Rádio-freqüência
bobina de 
Rádio-freqüência
ICPOES
(Espectrometria de emissão ótica com plasma)Instrumentação
tocha de quartzo
sistema óptico
sistema de introdução
da amostra
dreno
sistema 
de gases
dispositivo
de controle
ICP-MS
Espectrometria de massas com plasma
Qual a melhor estratégia para a Análise de 
Elementos-traço em amostras ambientais ????
Minimização de problemas ambientais

Pelo seu correto e abrangente diagnóstico e pela identificação 
das fontes de emissão;

Proposição de ações nos processos geradores;

Posteriormente, pelo tratamento ou reciclagem dos efluentes e 
resíduos. 

Empresas são muitas vezes são incapazes operacionalmente ou 
tecnicamente de lidar com suas emissões; que algumas vezes 
são constituídas de elementos contaminantes fora do seu 
interesse comercial

Parceria entre Estado, Centros de pesquisa e Empresas
Poluição Ambiental – O que fazer ???
Referências
• 1-Baird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz 
Carlos M. Carrera, 2 ed, Porto Alegre, Bookman, 2002.
• 2-Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introdução à Química Ambiental, 
Porto Alegre Bookman, 2004.
• Silva, J.C.J. Fundamentos de análise de alementos-traço em Amostras de 
interesse ambiental.IV Semana de Ciência e Tecnologia, CEFET, 2008.