Química ambiental - poluição ambiental
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 Química ambiental - poluição ambiental Química ambiental - poluição ambiental Presentation Transcript

  • Poluição ambiental Professor Weber Camisassa Email: weber.dornas@estacio.br 1
  • Gestão Ambiental “Tenha em mente que tudo que você aprende na escola, é trabalho de muitasgerações. Receba essa herança, honre-a, acrescente a ela e, um dia, fielmente, deposite-a nas mãos de seus filhos”. Albert EinsteinQuímica Ambiental 2
  • Gestão Ambiental Os componentes principais e mais estáveis de uma versãonão poluída da atmosfera terrestre são nitrogênio diatômico,N2 (cerca de 78% das moléculas); oxigênio diatômico, O2 (cercade 21%); argônio, Ar (cerca de 1%); e Bióxido de carbono, CO2(atualmente cerca de 0,04%) e vapor d’água. A troposfera possui ainda uma grande quantidade de gasespresentes somente em concentrações traço, pois possuemsumidouros eficientes.Química Ambiental 3
  • Gestão Ambiental Embora a maioria destes gases seja naturalmenteoxidada, nenhum deles reage com o Oxigênio diatômico,eles reagem com o radical livre hidroxila (OH-). O radical hidroxila é produzido quando uma pequenafração de átomos de oxigênio, resultantes dadecomposição fotoquímica do ozônio, reagem com ovapor d’água: O3 UV-B O2 + O* O* + H2O → 2 OH O tempo de vida médio de qualquer molécula dehidroxila é de um segundo, pois ele reage rapidamentecom vários gases atmosféricos.Química Ambiental 4
  • Gestão AmbientalSmog fotoquímico – reações dos poluentes, induzidas pela luz,durante as quais ocorre a produção de elevados níveis deozônio a baixas altitudes. Principais poluentes:  Óxido Nítrico (NO);  Óxido Nitroso (NO2);  hidrocarbonetos (emitidos pelos motores de combustão interna) - em conjunto com seus derivados, que evaporam rapidamente para o ar, são chamados de COV, compostos orgânicos voláteis; A luz também é um componente importante, pois aumenta aconcentração de radicais livres. COVs + NO + O2 + luz solar → mistura de O3, HNO3 e compostos orgânicosQuímica Ambiental 5
  • Gestão AmbientalPoluentes primários: substâncias como NO, hidrocarbonetos eoutros COVs, emitidos diretamente no ar.Poluentes secundários: substâncias nas quais os poluentesprimários são transformados, como O3 e HNO3. Exceto aquelas substâncias que absorvem a luz solar e sofrem decomposição, a maioria das transformações que ocorrem na atmosfera têm início pela ação do radical livre hidroxila (OH-). Parte do Dióxido de Nitrogênio reage também com os radicais livres e forma o ácido Nítrico (HNO3), e parte forma outros nitratos orgânicos.Química Ambiental 6
  • Gestão AmbientalConversores catalíticos: usados nos automóveis paradiminuir as emissões de COV e NOx a partir dos veículosautomotores. Colocado nos veículos e caminhões movidos a gasolina,antes dos escapamentos dos sistemas de exaustão. Hoje, os conversores de três vias, que possuem umsuperfície interna impregnada com catalisadores de platinae ródio, alteram os óxidos de nitrogênio de volta anitrogênio e oxigênio elementares, e também reduz odióxido de enxofre, SO2, a sulfeto de hidrogênio, H2S,utilizando os hidrocarbonetos não queimados e acombustão dos compostos intermediários CO e H2 comoagente redutores: 2 NO → N2 + O2 via: 2NO + H2 → N2 + H2OQuímica Ambiental 7
  • Gestão Ambiental Conversor catalítico moderno (de três vias): • O processo catalítico é controlado por um microchip, que controla a razão ar/combustível na entrada do motor para que sejam mantidos os valores estequiométricos requeridos, para garantir um alto nível de conversão dos poluentes.Química Ambiental 8
  • Gestão Ambiental Algumas usinas geradoras de energia emitem tanto NOxquanto os carros automotores. Para reduzir suas produções de NOx, algumas usinasutilizam queimadores especiais, fabricados para diminuir atemperatura da chama; Pode ser diminuída pela realização da combustão emestágios, onde a controle da quantidade de oxigêniopresente, evitando ou diminuindo desta forma a produção deNOx; Algumas usam conversores catalíticos para transformar oNOx em N2; Lavagem dos gases de exaustão por solução aquosa, podeser outra solução para as usinas.Química Ambiental 9
  • Gestão Ambiental Principal fonte de SO2 – vulcões e gases sulfuradosdecorrentes da decomposição de plantas. Principal fonte antropogênica de SO2 – combustão do carvão,usado na geração de energia elétrica (principalmente). O enxofre está presente em pequenas porcentagens no óleocru e um pouco mais na gasolina. O dióxido de enxofre é emitido diretamente para a atmosferacomo SO2 ou indiretamente como H2S pela indústria petrolífera. Quantidades substanciais de H2S obtidos pela sua remoção doóleo e do gás natural são frequentemente convertidos emenxofre elementar sólido, uma substância benigna ao meioambiente, pela reação de Claus: 2 H2S + SO2 → 3 S + H2OQuímica Ambiental 10
  • Gestão Ambiental O SO2 pode também ser removido por uma reaçãoácido-base com o calcário (CaCO3) ou óxido de cálcio(CaO). Neste processo, os gases são bombardeados porum jato de finos grãos dos sólidos. Até 90% do gás SO2pode ser removido por este processo chamadodessulfurização em gasoduto. Neste processo o sulfito de cálcio pode ser oxidadopelo ar formando o Sulfato de cálcio, que édesidratado e vendido como gesso. CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 2 CaSO3 + O2 → 2 CaSO4Química Ambiental 11
  • Gestão Ambiental A fumaça liberadopelos veículos a dieselé composta em suamaioria por materialparticulado, que sãosólidos pequenos oupartículas líquidas (nãoágua pura), que sãoinvisíveis a olho nu. Restringe avisibilidade. Nocivo à saúde. Podem ter de 2 nm a0,1 mm. Química Ambiental 12
  • Gestão AmbientalFonte de partículas grossas: Também chamados de poluentes atmosféricosprimários; Formadas pela quebra de partículas maiores; Minerais: Al, Ca, Si e O na forma de silicatos dealumínio; Areia, pólen, NaCl.Química Ambiental 13
  • Gestão AmbientalFonte de partículas finas: Também chamadas de poluentes secundários; Formadas pelas reações químicas entre gases(COV) e pela coagulação de espécies aindamenores Partículas de pneus, freios de veículos e poeirade fundição de metais; Fuligem (cristais de carbono em miniatura); Presentes em maior quantidade que aspartículas grossas; Compostos inorgânicos de enxofre e nitrogênioQuímica Ambiental 14
  • Gestão AmbientalÍndice MP: mede a quantidade de material particuladoem determinado volume. Unidade: microgramas de material por metro cúbicode ar, μg.m-3. MP10 – partículas com diâmetros menores que 10μm, partículas inaláveis – de 20 a 30 μg m-3. Nos EUA:  MP10 em 24 horas < 150 μg m-3;  MP2,5 em 24 horas < 35 μg m-3. Na Grã-Bretanha:  MP10 em 24 horas ≥ 50 μg m-3.  MP2,5 em24 horas ≥ 25 μg m-3.Química Ambiental 15
  • Gestão Ambiental1) Em termos gerais, o que significa smog fotoquímico? Quais são os reagentes iniciais desse processo? Por que a luz solar é necessária?2) O que significa um poluente primário e um poluente secundário? Dê exemplos.3) Descreva as estratégias usadas na tentativa de redução dos níveis de ozônio urbano.4) Descreva a operação pela qual o catalisador de três vias transforma as emissões liberadas por um motor de automóvel.5) Quais são as principais fontes antropogênicas Bióxido de enxofre? Descreva as estratégias -Ias quais as emissões podem ser reduzidas.Química Ambiental 16
  • Gestão Ambiental7) O que é a reação de Claus?8) Defina o termo aerossol e diferencie entre particulados grossos e finos. Quais são as origens usuais desses dois tipos de partículas atmosféricas?9) Quais são as unidades de concentração usuais para os particulados em suspensão? O que significa a designação MP10? O que significam os termos respirável e ultrafino?10) Qual é o mecanismo de duas etapas pelo qual o radical livre hidroxila é produzido no ar puro?Química Ambiental 17
  • Gestão AmbientalNeblina A manifestação mais óbvia de smog fotoquímico é aneblina amarelo-marrom-acinzentada que ocorre emdecorrência da presença no ar de pequenas gotículas deágua contendo produtos de reações químicas envolvendopoluentes atmosféricos. Uma alta concentração de partículas de diâmetros entre0,1 e 1µm no ar produz uma neblina. A neblina comum na atmosfera no inverno deve-se aoaerossol de sulfato procedente das áreas industrializadas.Também estão presentes nesses aerossóis produtoscontendo carbono que são intermediários nas reações dosmog fotoquímico.Química Ambiental 18
  • Gestão Ambiental A composição típica de componentes finos de um aerossol suspenso sobre áreas continentais é ilustrada na figura abaixo. Química Ambiental 19
  • Gestão Ambiental Uma vez que a maioria das partículas no ar urbano é secundária, seu número pode ser controlado somente por meio da redução da emissão de gases poluentes primários de onde são criados. Assim, os governantes têm sucessivamente solicitado mais e mais restrições no controle de emissões nos veículos, nas usinas de força, etc.Química Ambiental 20
  • Gestão AmbientalChuva ácida Este termo genérico abrange uma variedadede fenômenos, incluindo neblina ácida e neveácida, todos eles correspondentes à precipita-ção atmosférica de quantidades substanciaisde ácidos. O fenômeno da chuva ácida foi descobertopor Angus Smith na Grã-Bretanha em meadosde 1880, mas permaneceu esquecido até osanos 1950.Química Ambiental 21
  • Gestão Ambiental Ele refere-se à precipitação que sejasignificativamente mais ácida que a da chuva"natural" (não poluída), que é ligeiramente ácidapela presença de dióxido do carbonoatmosférico dissolvido, que forma o ácidocarbônico, H2CO3. CO2(g) + H2O(aq) → H2CO3(aq) O ácido fraco H2CO3 ioniza-se parcialmentepara liberar um íon hidrogênio, H+, com umaconsequente redução no pH do sistema: H2CO3(aq) → H+ + HCO3-Química Ambiental 22
  • Gestão Ambiental Por causa desta fonte de acidez, o pH dachuva natural, não poluída, é de cerca de 5,6. Somente a chuva que é significativamentemais ácida que isso (pH menor que 5), é quepode ser considerada chuva "ácida". Os ácidos fortes como o ácido clorídrico, HCl,produzido pela emissão de gás cloreto dehidrogênio pelas erupções vulcânicas, podemproduzir temporariamente chuva ácida “natural".Química Ambiental 23
  • Gestão Ambiental Por outro lado, o pH da chuva não poluída podeser maior que 5,6 por causa da presença de basesfracas originárias de partículas de solo no ar, queestão parcialmente dissolvidas nas gotículas. Os dois ácidos predominantes na chuva ácida sãoo ácido sulfúrico, H2SO4 e o ácido nítrico, HNO3. Em termos gerais, a chuva ácida precipita-sesegundo a direção do vento longe da fonte dospoluentes primários, isto é, a chuva ácida é umproblema de poluição que não respeita fronteirasadministrativas em razão do deslocamento.Química Ambiental 24
  • Gestão AmbientalNeutralização da chuva ácida pelo solo: A extensão pela qual a precipitação ácida afeta abiota em uma dada área depende muito dacomposição do solo e das rochas nesta área. Se a rocha é calcária, o ácido pode sereficientemente neutralizado, uma vez que essasrochas são compostas de carbonato de cálcio, CaCO3,que atua como uma base e reage com o ácido: CaCO3(S) + H+(aq) → Ca2+(aq) + HCO3-(aq) HCO3-(aq) + H+(aq) → H2CO3(aq) → CO2(g) + H2O(aq)Química Ambiental 25
  • Gestão Ambiental Em contraste, áreas fortemente afetadas pelachuva ácida são aquelas que possuem rochas degranito ou quartzo, porque o solo dessas regiõespossui pouca capacidade de neutralizar o ácido. A acidez das precipitações leva à deterioraçãodo solo. Quando o pH do solo é diminuído,nutrientes de plantas como os cátions potássio,cálcio e magnésio, são trocados pelo H+ sendoconsequentemente lixiviados.Química Ambiental 26
  • Gestão Ambiental Embora os níveis de emissão do dióxido deenxofre tenham diminuído significativamente nasúltimas décadas, tanto na Europa quanto naAmérica do Norte, não houve uma mudança tãogrande correspondente ao pH das precipitações. A falta de uma redução correspondente na acidezé atribuída a um declínio das emissões de partículasde fuligem de chaminés e de outras partículas só-lidas; todas elas eram alcalinas e neutralizavam umacerta quantidade de dióxido de enxofre e de ácidosulfúrico, do mesmo modo que o carbonato decálcio se comporta no solo.Química Ambiental 27
  • Gestão Ambiental Dezenas de milhares de lagos nas regiões doEscudo, tanto do Canadá como Suécia, têm setornado fortemente acidificados, devido àchuva ácida que cai e escoa até eles. Em alguns casos, tem havido tentativas deneutralizar a acidez com a adição calcário ouhidróxido de cálcio, CA(OH)2, nos lagos; noentanto, esse processo ser repetido todo anopara manter o pH em um nível aceitável.Química Ambiental 28
  • Gestão Ambiental A adição de fosfato nos lagos também podecontrolar a acidez, por estimular o crescimentodas plantas, que convertem o íon nitrato, NO3-, emformas reduzidas de nitrogênio com consumo degrandes quantidades de íons hidrogênio. últimos anos, uma nova fonte de ácido sulfúricoapareceu nos lagos – a oxidação do enxofre emmanguezais rasos que se tornaram secos e, assim,expostos ao ar aquecimento global.Química Ambiental 29
  • Gestão AmbientalEfeitos da poluição do ar nas árvores e na colheita: O fenômeno da deterioração das florestas foiprimeiro observado em grande escala no oeste daAlemanha e ocorre principalmente em grandesaltitudes. A acidificação do solo pode lixiviar os seusnutrientes e, como ocorre nos lagos, solubilizar oalumínio. Esse elemento pode interferir naabsorção de nutrientes pelas árvores e outrasplantas.Química Ambiental 30
  • Gestão Ambiental Aparentemente, tanto a acidez da chuva quecai sobre as florestas quanto o ozôniotroposférico e outros oxidantes no ar aos quaiselas estão expostas apresentam um estressesignificativo para as árvores. Os dois fenômenos em separado nãomatariam as árvores, mas quando eles sãocombinados com a estiagem, temperaturasextremas, doenças, ou ataque de insetos, asárvores rumam-se muito vulneráveis.Química Ambiental 31
  • Gestão AmbientalOs efeitos de poluentes atmosféricos externossobre a saúde humana: O efeito que os poluentes têm sobre a saúdehumana não pode ser deduzido a partir de leisgerais da biologia ou fisiologia; eles devem serestabelecidos experimentalmente. Para alguns poluentes, pode existir umaconcentração basal do poluente, ou umaexposição abaixo da qual um particular efeito àsaúde não ocorra.Química Ambiental 32
  • Gestão Ambiental Para alguns poluentes, pode existir umaconcentração basal do poluente, ou umaexposição abaixo da qual um particular efeito àsaúde não ocorra. Podem existir efeitos danosos à saúde quenão se manifestam quando a exposição,mesmo intensa, aos poluentes ocorre duranteum breve período de tempo. O nível de exposição a um dado poluentevariar consideravelmente de lugar para lugar.Química Ambiental 33
  • Gestão Ambiental Como pode ser esperado, o maior efeito da poluição doar na saúde humana ocorre nos pulmões. Por exemplo, as pessoas asmáticas sofrem mais com adoença quando o dióxido de enxofre, o ozônio ou aconcentração de material particulado aumenta no ar queeles respiram. Estudo realizado nos Estados Unidosdemonstrou que os ataques de asma aumentam em 3%para cada aumento de 10 µg/m3 no índice MP10. Um estudo recente na Califórnia constatou que a asmapode ser causada pela poluição do ar, especificamentepelo ozônio, e especialmente entre as crianças altamenteativas, que naturalmente inalam mais ar para os pulmões.Química Ambiental 34
  • Gestão Ambiental Outro gás poluente preocupante é o 1,3-butadieno. Esse hidrocarboneto é conhecido como agentetóxico no ar uma vez que existem evidências deque causa câncer – especialmente leucemia elinfoma do tipo não Hodgkin – e também podeafetar negativamente a reprodução humana. Ele é gerado como um subproduto da queimaincompleta de combustíveis, é produzido emincêndios florestais e também é um componenteda fumaça do cigarro.Química Ambiental 35
  • Gestão AmbientalOs efeitos do smog sobre a saúde humana: a poluição composta de fuligem e enxofre,aumentou a taxa de mortalidade de forma expressiva,principalmente crianças pequenas e idosos que jásofriam de problemas brônquicos. A neblina produzida pela poluição do ar, reduz tantoa intensidade da luz solar que pode diminuir aprodução de alimentos em até 30%. o ozônio produz irritações passageiras no sistemarespiratório, aumentando tosse, irritação nasal e dagarganta, falta de ar e dores no peito com arespiração profunda.Química Ambiental 36
  • Gestão Ambiental Uma análise de 95 centros urbanos nos EstadosUnidos descobriu que o período de altas concentraçõesde ozônio aumentou a mortalidade diária cardiovasculare respiratória em cerca de 0,5% para cada incrementoem 10 ppbv, após alguns dias de exposição contínua. A exposição ao ozônio também produz inúmerosefeitos indiretos à saúde – incluindo uma diminuição nacontagem de espermatozoides. Um efeito antecipado do ozônio é o decréscimo naresistência a doenças infecciosas por causa dadestruição dos tecidos do pulmão além de levar a umenvelhecimento precoce dos tecidos pulmonares.Química Ambiental 37
  • Gestão Ambiental Tem-se especulado que a poluição atribuída aoSO2 e a sulfatos causa a diminuição na resistênciaao câncer de colo de útero e mama nas pessoasvivendo nas latitudes situadas mais ao norte. Finalmente, nota-se que existem alguns efeitospositivos da poluição do ar para a saúde humana!Por exemplo, a taxa de câncer de pele nas áreasfortemente poluídas por ozônio é provavelmentereduzida por causa da habilidade do gás parafiltrar o UV-B da luz solar.Química Ambiental 38
  • Gestão Ambiental1) Discuta a relação entre particulados da atmosfera e neblina.2) O que é chuva ácida? Quais são os dois ácidos que predominam nela?3) Usando equações químicas, explique como a chuva ácida é neutralizada pelo calcário que está no solo.4) Descreva os efeitos da precipitação ácida solo sobre: (a) os níveis de alumínio dissolvido, (b) na população de peixes, e (c) nas árvores.5) Descreva os efeitos mais importantes dos poluentes do ar exterior sobre a saúde.Química Ambiental 39
  • Gestão Ambiental “A educação sozinha não transforma a sociedade, sem ela tampouco a sociedade muda”. Paulo FreireQuímica Ambiental 40