Química Analítica Ambiental

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Indaial – 2021

Q ^uímica a ^nalítica a ^mbiental

Prof. Alexsandro Nunes Colim Prof^a. Grace Jenske

1^a Edição

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Elaboração:

Prof. Alexsandro Nunes Colim Prof^a. Grace Jenske

Revisão, Diagramação e Produção:

Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI

Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri UNIASSELVI – Indaial.

C696q

Colim, Alexsandro Nunes

Química analítica ambiental. / Alexsandro Nunes Colim; Grace Jenske. – Indaial: UNIASSELVI, 2021.

200 p.; il.

ISBN 978-65-5663-672-6

ISBN Digital 978-65-5663-673-3

1. Química analítica. - Brasil. I. Jenske, Grace. II. Centro Universitário Leonardo da Vinci.

CDD 540

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a presentação

Olá, acadêmico! Bem-vindo à disciplina de Química Analítica Ambiental. Neste Livro didático, aprenderemos conceitos, definições, propriedades e exemplos que serão essenciais para a sua formação profissional. Lembre-se, acadêmico: você é o protagonista da sua história, por isso, aproveite os conteúdos aqui apresentados da melhor forma possível.

A Química Analítica Ambiental é uma área de estudo que tem por finalidade aplicar metodologias analíticas em matrizes ambientais, para verificar a qualidade ambiental e para contribuir com o controle e gerenciamento das atividades industriais e das ações antrópicas poluidoras do meio ambiente.

Na Unidade 1, abordaremos as principais matrizes ambientais: ar, solo e água. Estudaremos as suas propriedades, composição, distribuição e formação no meio ambiente. Conheceremos os ciclos biogeoquímicos dos principais elementos e sua importância para o equilíbrio ambiental, para que, na sequência, vejamos o impacto que a poluição causa na alteração desses ciclos e no comprometimento à qualidade de vida da população.

Em seguida, na Unidade 2, aprenderemos a química das soluções aquosas. Aprenderemos conceitos acerca dos equilíbrio iônico ácido-base, da formação de complexos e precipitados, da aplicação de cálculos de equilíbrio para sistemas simples e complexos e dos sistemas redox.

Por fim, na Unidade 3, estudaremos as análises ambientais. Vamos conhecer as técnicas analíticas, as formas de desenvolvimento e validação de métodos analíticos, o controle de qualidade e interpretação de resultados e os erros experimentais. Por fim, aprenderemos a aplicar os resultados analíticos como indicadores de poluição nas matrizes ambientais.

Lembre-se, caro acadêmico, mais do que saber, é preciso saber fazer! Dessa forma, esta disciplina pretende oportunizar a compreensão dos conceitos provenientes da Química Analíticas na aplicação ambiental, trazendo uma luz sobre os impactos da poluição no meio ambiente.

Bons estudos!

Prof. Alexsandro Colin Prof^a. Grace Jenske

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Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novidades em nosso material.

Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura.

O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagra- mação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo.

Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilida- de de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador.

Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assun- to em questão.

Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa continuar seus estudos com um material de qualidade.

Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de Desempenho de Estudantes – ENADE.

Bons estudos!

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Olá, acadêmico! Iniciamos agora mais uma disciplina e com ela um novo conhecimento.

Com o objetivo de enriquecer seu conhecimento, construímos, além do livro que está em suas mãos, uma rica trilha de aprendizagem, por meio dela você

terá contato com o vídeo da disciplina, o objeto de aprendizagem, materiais complemen- tares, entre outros, todos pensados e construídos na intenção de auxiliar seu crescimento.

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Conte conosco, estaremos juntos nesta caminhada!

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s ^umário

UNIDADE 1 — QUÍMICA ANALÍTICA E MEIO AMBIENTE ... 1

TÓPICO 1 — MATRIZES AMBIENTAIS ... 3

1 INTRODUÇÃO ... 3

2 A MATRIZ ÁGUA ... 3

2.1 CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES ... 5

2.2 USOS DA ÁGUA ...6

2.3 TIPOS DE ÁGUA ... 8

2.4 ÁGUA SUBTERRÂNEA ...9

2.5 ÁGUA SUPERFICIAL ...9

2.6 PARÂMETROS ANALÍTICOS IMPORTANTES ... 10

3 A MATRIZ AR ... 11

3.2 ÍNDICE DE QUALIDADE DO AR ... 13

4 A MATRIZ SOLO ... 15

4.1 COMPOSIÇÃO E TIPOS DE SOLOS ... 15

RESUMO DO TÓPICO 1... 18

AUTOATIVIDADE ... 20

TÓPICO 2 — CICLOS BIOGEOQUÍMICOS DOS ELEMENTOS ... 23

2 CICLO BIOGEOQUÍMICO DA ÁGUA ... 23

3 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO OXIGÊNIO ... 25

4 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO CARBONO ... 27

4.1 CICLO BIOLÓGICO DO CARBONO ... 28

4.2 CICLO GEOLÓGICO DO CARBONO ... 28

4.3 INTERFERÂNCIA ANTRÓPICA NO CICLO DO CARBONO ...29

5 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO FÓSFORO ... 29

6 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO NITROGÊNIO ... 30

TÓPICO 3 — POLUIÇÃO AMBIENTAL ... 37

2 PRINCIPAIS ASPECTOS DA POLUIÇÃO AMBIENTAL ... 37

2.1 POLUENTES EMERGENTES ... 39

3 CONTAMINAÇÃO DE ÁGUAS ... 39

3.1 EUTROFIZAÇÃO DE CORPOS HÍDRICOS ... 42

4 CONTAMINAÇÃO DO AR ... 44

4.1 SMOG FOTOQUÍMICO ... 45

5 CONTAMINAÇÃO DE SOLOS ... 46

6 PAPEL DO ENGENHEIRO AMBIENTAL E SANITARISTA FRENTE A POLUIÇÃO ... 47

LEITURA COMPLEMENTAR ... 49

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REFERÊNCIAS ... 57

UNIDADE 2 — QUÍMICA DAS SOLUÇÕES AQUOSAS ... 59

TÓPICO 1 — EQUILÍBRIO QUÍMICO DE REAÇÕES ÁCIDO-BASE ... 61

2 TEORIAS ÁCIDO BASE ... 62

2.1 TEORIA ÁCIDO-BASE DE ARRHENIUS ...62

2.2 TEORIA ÁCIDO-BASE DE BRØNSTED-LOWRY OU TEORIA PROTÔNICA ... 65

2.3 TEORIA ÁCIDO-BASE DE LEWIS OU TEORIA ELETRÔNICA ... 67

3 EQUILIBRIO QUÍMICO E FORÇAS RELATIVAS DOS ÁCIDOS E BASES ... 69

4 POTENCIAL HIDROGENIÔNICO E INDICADORES ÁCIDO-BASE ... 74

5 SOLUÇÃO TAMPÃO ... 80

TÓPICO 2 — EQUILÍBRIO QUÍMICO DE REAÇÕES DE PRECIPITAÇÃO ... 91

2 SOLUBILIDADE E SATURAÇÃO DE SOLUÇÕES ... 91

3 EQUILÍBRIO DINÂMICO E O PRODUTO DE SOLUBILIDADE ... 95

4 CÁLCULOS ENVOLVENDO KPS ... 98

5 PRINCÍPIO DE LE CHATELIER APLICADO EM SOLUÇÕES SATURADAS ... 101

TÓPICO 3 — EQUILÍBRIO QUÍMICO DE REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO E COMPLEXAÇÃO ... 107

2 REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO (PARTE I) ... 107

2.1 CONCEITOS BÁSICOS ... 108

2.2 CÉLULAS GALVÂNICAS ... 116

3 REAÇÕES DE COMPLEXAÇÃO (PARTE II) ... 125

UNIDADE 3 — ANÁLISES AMBIENTAIS ... 141

TÓPICO 1 — TÉCNICAS ANALÍTICAS E SEUS MÉTODOS ... 143

2 TÉCNICAS ANALÍTICAS ... 143

2.1 ANÁLISES QUALITATIVAS E QUANTITATIVAS ... 146

3 CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS ANALÍTICOS ... 147

3.1 MÉTODOS ANALÍTICOS CLÁSSICOS ... 148

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TÓPICO 2 — DESENVOLVIMENTO E VALIDAÇÃO DE MÉTODOS ANALÍTICOS E CONTROLE DE QUALIDADE DOS RESULTADOS ... 159

2 DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS ANALÍTICOS ... 159

3 VALIDAÇÃO DE MÉTODOS ANALÍTICOS ... 161

3.1 LINEARIDADE ... 163

3.2 EXATIDÃO E PRECISÃO ... 163

3.3 ESPECIFICIDADE E SELETIVIDADE ... 164

3.4 LIMITE DE DETECÇÃO E QUANTIFICAÇÃO ... 164

4 CONTROLE DE QUALIDADE DOS RESULTADOS ... 165

TÓPICO 3 — INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS E ERROS EM QUÍMICA ANALÍTICA ... 171

2 INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS ... 171

3 OS ERROS NA QUÍMICA ANALÍTICA ... 173

3.1 ERROS ALEATÓRIOS ... 174

3.2 ERROS SISTEMÁTICOS ... 175

3.3 ERROS GROSSEIROS ... 175

3.4 CAUSAS DOS ERROS ... 176

4 INCERTEZA DE RESULTADOS ... 176

TÓPICO 4 — APLICAÇÕES ANALÍTICAS EM POLUIÇÃO AMBIENTAL: ANÁLISE DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS E SUPERFICIAIS, DE AR, SOLO E DE RESÍDUOS SÓLIDOS ... 181

2 ANÁLISES DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS E SUPERFICIAIS... 182

2.1 DETERMINAÇÃO DE PARÂMETROS CLÁSSICOS DE QUALIDADE DE ÁGUAS ... 182

2.2 DETERMINAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS EM ÁGUAS SUBTERRÂNEAS E SUPERFICIAIS ... 183

2.3 DETERMINAÇÃO DE METAIS EM ÁGUAS SUBTERRÂNEAS E SUPERFICIAIS ... 185

3 ANÁLISES DE AR ... 186

3.1 DETERMINAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS ... 187

4 ANÁLISES DE SOLOS E RESÍDUOS SÓLIDOS ... 187

4.1 PREPARO DE SOLOS PARA ANÁLISE POR DIGESTÃO ÁCIDA ... 188

4.2 PROCEDIMENTO PARA OBTENÇÃO DE LIXIVIADO EM RESÍDUOS SÓLIDOS ... 188

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UNIDADE 1 — QUÍMICA ANALÍTICA E

MEIO AMBIENTE

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

PLANO DE ESTUDOS

A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:

• diferenciar as propriedades e características entre as matrizes ambientais;

• conhecer o ciclo biogeoquímico dos principais elementos químicos e como eles circulam entre os seres vivos e o meio ambiente;

• determinar os impactos da ação humana na alteração dos ciclos biogeo- químicos;

• compreender os principais aspectos relacionados a poluição ambiental.

Esta unidade está dividida em três tópicos. No decorrer da unidade você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado.

TÓPICO 1 – MATRIZES AMBIENTAIS

TÓPICO 2 – CICLOS BIOGEOQUÍMICOS DOS ELEMENTOS TÓPICO 3 – POLUIÇÃO AMBIENTAL

CHAMADA

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TÓPICO 1 —

UNIDADE 1

MATRIZES AMBIENTAIS

1 INTRODUÇÃO

Você já deve ter observado, ao longo dos seus estudos, que nas últimas décadas há uma crescente preocupação em relação aos impactos que a vida humana exerce sobre o planeta Terra. Cada vez mais nos deparamos com desastres ambientais, queimadas, alterações climáticas, novas doenças, problemas de destinação e tratamento de resíduos e contaminação das matrizes ambientais.

Todas estas questões estão interligadas e fazem parte do exercício profissional do Engenheiro Ambiental e Sanitarista. Para iniciarmos nossos estudos é necessário compreendermos as principais características das matrizes ambientais para posteriormente associarmos como as interações entre as substâncias químicas alteram os ciclos naturais e são afetados pelas atividades antrópicas.

Seres humanos, animais e plantas são diretamente dependentes da água, do ar e do solo. A água é o principal constituinte dos seres vivos e fornece nutrientes para a manutenção da vida. O ar contém o Oxigênio, que é indispensável para a vida, uma vez que as reações metabólicas dependem dele para ocorrerem. O solo é o substrato para o crescimento de plantas, do qual a cadeia alimentar é dependente. Outro aspecto é que o monitoramento ambiental é realizado conforme as matrizes ambientais. Existem legislações e métodos analíticos específicos para análises atmosféricas; para tipos de água (conforme a sua finalidade); para os solos, para os sedimentos; e para os resíduos. Conhecer as diferenças entre essas matrizes é essencial para interpretar resultados analíticos e diagnosticar a poluição ambiental.

Acadêmico, no Tópico 1, abordaremos, portanto, os principais aspectos referentes às matrizes ambientais: conceitos, propriedades, distribuição e classificação. Iniciaremos estudando a composição do ar, para então aprendermos sobre as propriedades da água, seus usos e classificações. Por fim, estudaremos a composição do solo, sua formação na natureza e classificação, abordando também os resíduos e sedimentos.

2 A MATRIZ ÁGUA

A água é uma substância essencial para a manutenção da vida. É um

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formas líquida e sólida, a água representa 70% do Planeta Terra. No entanto, apenas 2,5% dessa água é doce, que em sua maioria encontra-se em geleiras, neve e vapor atmosférico, restando somente 0,01% para o consumo humano. Conforme a Figura 1, a água durante muito tempo foi considerada um recurso inesgotável, porém, atualmente, dois terços da população mundial vivem sem água potável em suas casas, segundo dados da Organização das Nações Unidas – ONU.

FIGURA 1 – PLANETA ÁGUA

FONTE: <https://bit.ly/3ylUPyq>. Acesso em: 11 ago. 2021.

O Brasil possui 12% de todas as reservas de água doce do mundo em seu território, exercendo um papel importante na preservação desse recurso.

Apesar da abundância de água doce no território nacional, ela encontra-se mal distribuída, uma vez que 70% dessa água está localizada na região Norte do país, na Amazônia, e menos de 5% na região Nordeste, que é a região que mais sofre com escassez de água no país. Quando abordamos o conceito água como matriz ambiental, devemos compreender que estamos tratando de dois tipos distintos, mas relacionados, de água: a água superficial e a água subterrânea. A água superficial é aquela encontrada em rios, lagos, mares e oceanos; enquanto a água subterrânea é aquela encontrada no lençol freático, ou em aquíferos.

Deste modo, acadêmico, a água é um recurso natural de disponibilidade limitada e que para atender a todos os seus usos, necessita de políticas públicas e ações que visem a sua sustentabilidade. Estudaremos, agora, na sequência suas propriedades, usos e classificações, conforme as legislações vigentes.

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2.1 CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES

A água é uma substância química, cujas moléculas são formadas por dois átomos de hidrogênio covalentes ligados a um átomo de oxigênio, sendo sua fórmula química estrutural H2O. A representação das moléculas de água e as ligações de hidrogênio podem ser observadas na Figura 2.

FIGURA 2 – MOLÉCULA DE ÁGUA

FONTE: <https://bit.ly/3zouW2C>. Acesso em: 11 ago. 2021.

Em pequenas quantidades é uma substância inodora, insípida, transparente e incolor. Em grandes quantidades, como em oceanos mares e lagos, adquire uma coloração azulada. O vapor de água é um gás transparente.

Em condições normais de pressão, a água é encontrada no meio ambiente no seu estado líquido sob temperaturas de 0 °C a 100 °C. Por este motivo, neste tópico, focaremos nas propriedades da água no seu estado líquido. Nestas condições, as principais propriedades da água são:

• A densidade da água é de 1000 kg/m3, tornando-se menos densa à medida

Acadêmico, a água quimicamente pura não é encontrada na natureza.

IMPORTANTE

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• A molécula é polarizada. Observa-se que ao interagirem, o átomo de oxigênio atrai de maneira mais intensa os elétrons do que o hidrogênio, garantindo a polaridade da molécula.

• Apresenta baixa viscosidade. Desta forma, a água apresenta grande fluidez, possibilitando a facilidade ao escoamento.

• A coesão é maior que a adesão. A atração entre as moléculas é maior que entre as moléculas e o sólido que as contêm.

• Sujeita à tensão superficial. Ocasionado pela coesão entre as moléculas, forma- se uma película elástica na superfície da água, possibilitando, por exemplo, que um inseto caminhe sobre a água parada.

• Sujeita à capilaridade. Esta propriedade origina a ascensão da água em meios porosos como no solo.

• Apresenta alta condutividade elétrica.

• Capacidade de transportar sedimentos em suspensão tais como areia, silte, argila e coloides de pequeno diâmetro.

• Capacidade de dissolução de substâncias.

• Capacidade de dissolver gases (exemplo: oxigênio).

• Apresenta condições propícias para o desenvolvimento de microrganismos (vírus, bactérias, fungos).

2.2 USOS DA ÁGUA

A água pode ser usada para diversas finalidades como industrial, agrícola, humana, animal, transporte e geração de energia. Cada uso da água possui suas peculiaridades, seja por aspectos ligados à quantidade ou à qualidade, e altera as condições naturais das águas superficiais e subterrâneas. As legislações brasileiras estabelecem padrões de qualidade da água de acordo com a finalidade de seu uso.

Segundo a Agência Nacional de Águas (ANA, 2018), os principais aspectos referentes ao uso da água são:

• Geração de energia: utilização de hidrelétricas e termelétricas.

• Navegação: utilização como meio de transporte para passageiros e mercadorias.

Acadêmico, note que a água possui a capacidade de dissolver uma grande variedade de substâncias químicas que constituem as células vivas, como sais minerais, proteínas, carboidratos, gases, ácidos nucléicos e aminoácidos. Devido a essa propriedade, ela é denominada solvente universal.

ATENCAO

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• Turismo e lazer: utilização em atividades recreativas.

• Abastecimento humano rural: utilização de poços artesianos.

• Irrigação: utilização sazonal, em meses de poucas chuvas.

• Abastecimento animal: está relacionado às necessidades dos animais.

• Pesca e aquicultura: utilização para a pesca e para a criação de organismos aquáticos.

• Abastecimento humano urbano: captação para tratamento de água.

• Mineração: na retirada de matéria-prima da natureza para ser utilizada na indústria.

• Indústria: a água pode ser utilizada como matéria-prima, reagentes, solventes, lavagem, entre outros.

• Lançamento de efluentes: devem prever o tratamento adequado à qualidade requerida no corpo hídrico de forma a não comprometer o ecossistema.

Pela água ser essencial para a vida em sociedade em uma ampla variedade de usos e setores econômicos, o seu consumo mundial é uma questão de preocupação. É possível afirmarmos que o histórico da evolução dos usos da água está diretamente relacionado ao desenvolvimento econômico e ao processo de urbanização de um país.

Os países desenvolvidos, por razões econômicas, estruturais e sociais, consomem uma quantidade muito maior de água do que os países subdesenvolvidos ou em desenvolvimento. Algumas regiões, como Oriente Médio e Índia, já sofrem com um fenômeno chamado de estresse hídrico, onde o consumo de água é maior que a capacidade de renovação natural. Quando analisamos aspectos de consumo de água no Brasil, observamos uma demanda crescente, com aumento estimado de aproximadamente 80% no total retirado de água nas últimas duas décadas. Segundo informações da Conjuntura de Recursos Hídricos do Brasil de 2020, a previsão é de que, até 2030, a retirada aumente 23%.

Na Figura 3, apresentamos os principais consumos de água no Brasil em 2019.

FIGURA 3 – CONSUMO DE ÁGUA POR USO NO BRASIL EM 2019

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A oferta de água é determinada pela dinâmica hídrica e socioeconômica, levando em consideração aspectos da qualidade da água. O gerenciamento do uso da água é de fundamental importância para a garantia da segurança hídrica a todos os setores econômicos que dependem deste recurso.

2.3 TIPOS DE ÁGUA

Existem diferentes tipos de água que são classificadas conforme suas características, padrões da qualidade para uso ou formas em que são encontradas.

A classificação das águas é imprescindível para a gestão adequada e para o monitoramento da qualidade e quantidade dos recursos hídricos, conforme afirma Mestrinho (2012, p. 2):

A prevenção e o controle da poluição dos corpos hídricos estão relacionados aos usos e às classes de qualidade exigidas para ele, como disposto na Lei nº 9.433/1997, Lei das Águas. O estabelecimento da classe a ser alcançada ou mantida num segmento de corpo d’água ao longo do tempo é o enquadramento, definido como um dos instrumentos do Plano Nacional de Recursos Hídricos (PNRH) e referência do Programa Nacional de Meio Ambiente (PNMA).

É uma nova visão de gestão da qualidade da água que integra o enquadramento, como instrumento de planejamento, e o controle da poluição por licenciamento e fiscalização.

Com relação ao local onde podem ser encontradas, as águas podem ser classificadas em superficiais ou subterrâneas. As águas superficiais seguem a Resolução CONAMA 357 de março de 2005 que dispõe sobre a classificação e diretrizes ambientais para o enquadramento dos corpos de água superficiais, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes. O objetivo das legislações ambientais é estabelecer os padrões de qualidade que devem ser alcançados ou mantidos em um determinado corpo hídrico, levando em consideração suas características naturais.

Caro acadêmico, explore o site http://www.snirh.gov.br/usos-da-agua.

O SNIRH (Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos) é a base para disponibilização das informações sobre águas no Brasil e contribui para a difusão do conhecimento sobre recursos hídricos. No site, é possível ter acesso a informativos completos e atualizados, explorar indicadores e acessar dados sobre os recursos hídricos brasileiros.

DICAS

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Deste modo, acadêmico, na sequência estudaremos ambas as classificações das águas para melhor compreensão dos seus padrões de qualidade e dos impactos das atividades poluidoras nos recursos hídricos.

2.4 ÁGUA SUBTERRÂNEA

Águas subterrâneas são aquelas que ocorrem naturalmente ou artificialmente abaixo da superfície da Terra, preenchendo espaços vazios entre as rochas. Desempenham um papel essencial na manutenção da umidade do solo, do fluxo dos rios, lagos e brejos, além de representarem uma porcentagem significativa da água doce do planeta, estando presentes principalmente nos aquíferos. Devido à escassez de água doce em muitos locais, as águas subterrâneas tornam-se uma opção de uso para diversas atividades. Um uso muito comum das águas subterrâneas é a extração do subsolo, por meio de poços artesianos, para consumo doméstico. Contudo, seu uso pode ser dificultado devido ao aprofundamento dos lençóis freáticos e presença de rochas, que encarecem sua extração.

A Resolução CONAMA 396/2008 dispõe sobre a classificação e as diretrizes ambientais gerais para o enquadramento das águas subterrâneas, prevenção e controle de poluição. Conforme observado por Snoeyink e Jenkins (1996), a água subterrânea, que possui uma maior concentração do gás carbônico (CO2), está em maior contato com rochas e solo, o que propicia um maior tempo de dissolução.

O ácido carbônico (H2CO3) produzido pela solubilização do CO2 quando em contato com esses materiais leva à solubilização dos minerais, liberando seus íons constituintes.

2.5 ÁGUA SUPERFICIAL

As águas superficiais são aquelas que se encontram na superfície terrestre. Por não se penetrarem no solo, são a principal fonte de abastecimento de água, sendo encontradas principalmente em rios, córregos, riachos, lagoas, lagos, pântanos e mares. Os níveis de água superficial variam conforme ocorre a evaporação e a movimentação da água para o lençol freático. Além de ser utilizada para o consumo humano, a água superficial também é usada para a irrigação, tratamento de águas residuais, pecuária, indústria, geração de energia e recreação.

Com relação à legislação, é a Resolução do CONAMA 357/2008 que dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de

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Art. 2° Para efeito desta Resolução são adotadas as seguintes definições:

I – águas doces: águas com salinidade igual ou inferior a 0,5 %;

II – águas salobras: águas com salinidade superior a 0,5 % e inferior a 30 %;

III – águas salinas: águas com salinidade igual ou superior a 30 % (CONAMA, RESOLUÇÃO N° 357, 2005).

Uma das principais características físicas das águas superficiais é que pode ser encontrada uma grande quantidade de materiais em suspensão nas águas superficiais, como argila, areia e matéria orgânica. Existe também uma grande quantidade de microrganismos presentes nessas águas, como coliformes e cianobactérias, os quais muitas vezes comprometem a qualidade das águas, principalmente as superficiais.

2.6 PARÂMETROS ANALÍTICOS IMPORTANTES

Alguns parâmetros analíticos são importantes para o monitoramento da qualidade das águas. Segundo o autor Sílvio Vaz Júnior (2013), em seu livro Química Analítica Ambiental, em relação a água é necessário monitorar os seguintes parâmetros:

• Condutividade elétrica: fornece informações sobre a distribuição de espécies iônicas no meio, com a condutividade sendo diretamente proporcional à concentração destas.

• Oxigênio dissolvido (OD): o gás O2 possui uma baixa solubilidade em água, com redução de sua concentração indicando seu consumo pela demanda química de oxigênio (DQO) para a formação de espécies oxidadas, além de um consumo por parte da demanda bioquímica (DBO) devido à atividade do metabolismo de microrganismos presentes – águas subterrâneas apresentam valores de OD bem menores do que as águas superficiais.

• pH: seus valores indicam a acidez ou a basicidade do meio – um valor de pH em torno de seis é o mais comum encontrado em águas brasileiras;

porém, existem variações em virtude da presença de espécies orgânicas ou inorgânicas.

• Potencial redox: indica a característica oxidante ou redutora do meio, havendo uma correlação direta com os valores de pH.

• Presença de compostos orgânicos: determinação de derivados de petróleo, agrotóxicos e compostos organoclorados produzidos por processos de tratamento, que são os principais xenobióticos observados em águas, entre outros.

• Presença de metais tóxicos: cádmio, mercúrio, cromo, entre outros.

A maioria das legislações ambientais baseiam-se nesses parâmetros e estabelecem valores máximos de concentração permitidos para cada um deles em relação a cada tipo de água e sua finalidade.

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3 A MATRIZ AR

O ar é constituído por uma mistura de diversos gases que compõem a atmosfera da Terra, principalmente por Nitrogênio (N2), Oxigênio (O2) e Argônio (Ar). Em menores quantidades, encontram-se gases de efeito estufa como gás carbônico (CO2), vapor de água, metano, óxido nitroso e ozônio. Também é possível encontrar micróbios e impurezas. Na Tabela 1 podemos observar a composição da atmosfera da Terra.

A análise dos parâmetros de DQO, DBO e toxicidade em efluentes e em águas superficiais é uma das formas mais expressivas para determinar o grau de poluição da água. Acadêmico, na sequência, anote os principais aspectos da análise química desses parâmetros:

A Demanda Bioquímica de Oxigênio corresponde à fração biodegradável dos compostos presentes na amostra, que é mantida cinco dias (DBO5) a uma temperatura constante de 20 °C. A medida da concentração de matéria orgânica biodegradável neste ensaio resulta indiretamente, através de dados de consumo de oxigênio ocorrido na amostra ou em suas diluições, durante o período de incubação (medição inicial e após cinco dias da concentração de oxigênio na amostra). Quanto maior consumo de O2, maior a concentração de DBO.

Já a Demanda Química de Oxigênio mede a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica (biodegradável ou não) e inorgânica. Emprega-se na análise de DQO um oxidante químico forte, o dicromato de potássio, que em uma reação catalisada oxida um número maior de compostos do que o que ocorre na reação bioquímica.

O ensaio de toxicidade avalia e quantifica o impacto que determinado efluente causa a determinados microrganismos correlacionado ao impacto geral no meio ambiente.

Os principais organismos utilizados são microcrustáceos (Daphnia magna, Daphnia similis ou Artemia salina) e bactérias bioluminescentes (Vibrio fischeri e Photobacterium phosphoreum). As análises podem indicar os níveis de toxicidade aguda (morte após 0 a 96 horas) ou toxicidade crônica (mensura o efeito em dias, meses ou anos). Ao final do teste é indicado um Fator de Diluição à amostra testada (que não cause mais efeitos deletérios).

IMPORTANTE

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COMPONENTE FÓRMULA VOLUME

Nitrogênio N₂ 780.840 ppmv (78,084%)

Oxigênio O₂ 209.460 ppmv (20,946%)

Argônio Ar 9.340 ppmv (0,9340%)

Dióxido de Carbono CO₂ 380 ppmv (0,0380%)

Neônio Ne 18,18 ppmv (0,001818%)

Hélio He 5,24 ppmv (0,000524%)

Metano CH₄ 1,79 ppmv (0,000179%)

Hidrogênio H₂ 0,55 ppmv (0,000055%)

Ozônio O₃ 0,07 ppmv (7×10−6%)

Monóxido de Carbono CO 0,1 ppmv (0.00001%)

TABELA 1 – COMPOSIÇÃO ATMOSFÉRICA

FONTE: Adaptado de <https://go.nasa.gov/3Biy5Bg>. Acesso em: 11 ago. 2021.

O ar, como matriz analítica, representa um rápido meio de propagação e dispersão de poluentes devido à alta fugacidade de seus gases constituintes.

A Atmosfera possui funções protetoras da superfície da Terra como as de evitar os impactos de corpos celestes, manter parte do calor solar, impedir variações bruscas de temperatura e atuar como condensador no transporte de água dos oceanos aos continentes.

O oxigênio presente no ar atmosférico é vital para a manutenção da vida no planeta, pois é o gás utilizado na respiração de todos os seres vivos e é também necessário para que ocorra a combustão. O teor de oxigênio é resultante da fotossíntese realizada por plantas e algas.

A poluição atmosférica pode causar efeitos locais e globais. Quando locais, os problemas de poluição limitam-se a uma região muito pequena, nas proximidades da fonte ou na cidade. Quando globais, podem envolver regiões bastante extensas, como várias cidades, estados e até países. Em um sentido mais amplo, os problemas globais de poluição afetam toda a esfera terrestre.

Acadêmico, os poluentes emitidos pelas ações antrópicas impactam a qualidade do ar atmosférico independentemente de se diluírem ao serem dispersos no meio.

IMPORTANTE

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Tanto o ser humano quanto o meio ambiente são afetados pela poluição atmosférica. Seus principais efeitos estão na saúde humana onde há a intensificação de doenças respiratórias; na flora onde a absorção de poluentes pode resultar em desfolhamento e morte; na causa de problemas estruturais ou estéticos em edificações, monumentos culturais e automóveis; e, na atmosfera, onde o principal impacto resultante é a diminuição da visibilidade.

3.1 PARÂMETROS ANALÍTICOS IMPORTANTES

A Resolução nº 491, de 19 de novembro de 2018 é a principal legislação brasileira que dispõe sobre os padrões de qualidade do ar. Em seu Art. 2º estabelece que “padrão de qualidade do ar é um dos instrumentos de gestão da qualidade do ar, determinado como valor de concentração de um poluente específico na atmosfera, associado a um intervalo de tempo de exposição, para que o meio ambiente e a saúde da população sejam preservados em relação aos riscos de danos causados pela poluição atmosférica” (CONAMA, 2018, s.p.). Os principais parâmetros analíticos referentes à qualidade do ar atmosférico são:

• Compostos orgânicos voláteis (VOCs): oriundos da distribuição de combustíveis, indústrias, veículos, entre outros.

• Material particulado: partículas de material sólido ou líquido suspensas no ar, na forma de poeira, neblina, aerossol, fuligem, entre outros.

• Monóxido de carbono (CO): oriundo de veículos e incineradores.

• Óxidos de enxofre (SOX): oriundos de combustão e incineração de carvão e óleo diesel.

• Óxidos de nitrogênio (NOX): oriundos de processos de combustão industriais e de veículos.

• Ozônio (O3): formado quando os NOx e VOCs sofrem reações fotoquímicas na atmosfera em presença da radiação solar.

• Análise de chumbo.

3.2 ÍNDICE DE QUALIDADE DO AR

O Índice de Qualidade do Ar (IQA) é uma representação dos níveis de concentração de poluição do ar. Ele atribui números adimensionais em uma escala entre 0 e 400 e é usado para ajudar a determinar quando se espera que a qualidade do ar seja prejudicial. O índice de qualidade do ar é uma ferramenta matemática desenvolvida para simplificar o processo de divulgação da qualidade do ar. Conforme a concentração dos poluentes encontrados no ar atmosférico, a classificação da qualidade do ar pode ser de boa a péssima. A Figura 4 apresenta a relação entre a classificação do ar e a concentração dos principais poluentes.

(23)

FIGURA 4 – ÍNDICE DE QUALIDADE DO AR (IQA)

FONTE: <https://bit.ly/38dJV3g>. Acesso em: 11 ago. 2021.

A concentração dos poluentes é estabelecida em valores em µg/m³. A classificação qualitativa da qualidade do ar é definida de acordo com as faixas numéricas adimensionais definidas para o IQAr, de tal forma:

• IQAr de 0 a 40 – boa.

• IQAr > 40 a 80 – moderada.

• IQAr > 80 a 120 – ruim.

• IQAr >120 a 200 – muito ruim.

• IQAr >200 – péssima.

A fórmula para o cálculo do IQAr é apresentada a seguir:

IQAr = Índice (inicial) + Índice (final) – Índice (inicial) x (Conc. (medida) – Conc.

(inicial))

Conc. (final) – Conc. (inicial) Onde:

• Índice (inicial) = valor do índice que corresponde à concentração inicial da faixa;

• Índice (final) = valor do índice que corresponde à concentração final da faixa;

• Conc. (medida) = concentração medida;

• Conc. (inicial) = concentração inicial da faixa onde se localiza a concentração medida;

• Conc. (final) = concentração final da faixa onde se localiza a concentração medida;

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4 A MATRIZ SOLO

O solo é uma camada superficial dos continentes, que contém matéria orgânica e é capaz de sustentar plantas e vegetais sobre si em um ambiente aberto. Todo solo é resultado de complexas interações entre clima, plantas, animais, rochas, relevo e cronologia. Segundo o pesquisador Rickleffs (2001) o solo é um material alterado químico e biologicamente, constituído de uma mistura de minerais derivados da rocha matriz, minerais modificados no próprio solo, matéria orgânica produzida pelas plantas, raízes vivas de plantas, ar e água dentro dos poros, microrganismos, vermes e artrópodes que vivem no solo. Na Figura 4 podemos observar as camadas de um solo.

Como matriz ambiental, o solo é uma das mais complexas devido a constituição química de seus componentes orgânicos e inorgânicos. Além deste fator, o solo compreende três fases distintas: sólida, líquida e gasosa. Os autores Moreira e Siqueira explicam as características de cada fase:

A fase líquida se refere à água presente nos poros, contendo minerais nela dissolvidos, que serão aproveitados pelas plantas. A fase gasosa compreende porções de gases, os mesmos da atmosfera, mas em diferentes proporções, disponibilizando oxigênio para os micro- organismos aeróbios do solo. A fase sólida é composta de partículas minerais, raízes de plantas, populações de macro e micro-organismos e matéria orgânica em diferentes estágios de decomposição. A estrutura do solo é determinada pela presença, proporção e arranjo de partículas de diferentes tamanhos: areia, argila, cascalhos e silte (MOREIRA;

SIQUEIRA, 2006, p. 87).

O solo é um componente essencial do ecossistema terrestre por ser a base do fornecimento de alimentos, energia e abrigo ao ser humano. É um recurso indispensável principalmente por fornecer água, ar e nutrientes para que as plantas realizem seus processos metabólicos.

4.1 COMPOSIÇÃO E TIPOS DE SOLOS

Os solos possuem uma variabilidade muito grande em termos de textura e particularidades que possuem. A composição varia de acordo com aspectos como diversidade geológica, relevo, temperatura, vegetação e regimes pluviométricos.

Em sua grande maioria, os solos possuem cerca de 46% de matéria mineral em sua composição, 4% de matéria orgânica, 25% de ar e 25% de água. Os minerais são provenientes da rocha mãe do solo, a matéria orgânica representa os restos de vegetais e animais que dão vida ao solo, a água é essencial para o transporte de nutrientes e o ar fica localizado nos poros que as partículas de solo deixam.

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desenvolvimento do solo presentes nessas camadas serão responsáveis pelas suas características. Na Figura 5 podemos observar as camadas dos solos e os aspectos que influenciam nas características de formação de cada camada.

FIGURA 5 – CARACTERÍSTICAS DAS CAMADAS DE COMPOSIÇÃO DE UM SOLO

FONTE: <https://bit.ly/3kuVF75>. Acesso em: 11 ago. 2021.

Os tipos de solos são classificados de acordo com as variáveis de cor, textura, estrutura e consistência. Os principais tipos de solos são:

• Solo arenoso: tem consistência granulosa como a areia, é permeável à água.

Comum na região nordeste do Brasil.

• Solo argiloso: tem consistência fina e é impermeável à água. Comum em alguns estados da região sul e região sudeste do Brasil.

• Solo árido: não possui água em sua composição. Comum em regiões de baixa ocorrência de chuva em comparação com a temperatura.

• Solo calcário: formado por partículas de rochas, é seco e esquenta muito quando recebe a luz do sol. Comum em regiões de deserto.

• Solo humoso ou orgânico: tem grande concentração de material orgânico em decomposição. É muito fértil, ideal para a agricultura.

• Solo latossolo: é composto por argila e catins, além de conter alumínio e ferro.

(26)

• Solo lixiviado: possui pouca ou nenhuma quantidade de nutrientes e sais minerais. Desprovido de nitrogênio e potássio.

• Solo Siltoso: é composto por partículas de silte e isso facilita a erosão.

As principais classes de solos brasileiros são os Latossolos (Roxo, Vermelho-Escuro, Vermelho-Amarelo, Amarelo), areia quartzosa e podzólicos (Vermelho-Escuro e Vermelho-Amarelo).

4.2 PARÂMETROS ANALÍTICOS IMPORTANTES

A Resolução CONAMA nº 420 de 2009 é a principal legislação ambiental brasileira que dispõe sobre os critérios e valores orientadores de qualidade do solo quanto à presença de substâncias químicas e estabelece diretrizes para o gerenciamento ambiental de áreas contaminadas por essas substâncias em decorrência de atividades antrópicas. As características dos solos promovem uma tendência natural a uma interação dessa matriz com diversas espécies químicas poluentes. Um aspecto interessante é que a matéria orgânica presente nos solos aumenta a capacidade de retenção de cátions metálicos em solos de menor profundidade, levando à redução do transporte dos poluentes metálicos.

São estipulados valores de referência, prevenção, intervenção agrícola, intervenção residencial e intervenção industrial, para os seguintes grupos de substâncias:

• Inorgânicos: elementos metálicos, semimetálicos e não metálicos.

• Orgânicos: benzeno e seus homólogos, hidrocarbonetos poliaromáticos, benzenos clorados, etanos clorados, metanos clorados, etenos clorados, fenóis e fenóis clorados, ésteres ftálicos, pesticidas policlorados e bifenilas policloradas.

As matrizes ambientais água, ar e solo são os principais compartimentos da biosfera e indispensáveis para a vida na terra. Entender os principais aspectos de cada um deles nos permite compreender de que forma as ações humanas impactam na degradação do meio ambiente. Os parâmetros analíticos apresentados ao longo deste tópico são importantes para definir as características naturais de cada matriz e nortear a interpretação dos laudos de análise ambiental, atribuição típica do profissional formado em Engenharia Sanitária e Ambiental.

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Neste tópico, você aprendeu que:

• A água é essencial a vida e representa 70% do Planeta Terra. No entanto, apenas 2,5% dessa água é doce e somente 0,01% é própria para o consumo humano.

• A água em pequenas quantidades é uma substância inodora, insípida, transparente e incolor, não sendo encontrada em sua forma quimicamente pura na natureza.

• A água possui a capacidade de dissolver uma grande variedade de substâncias químicas que constituem as células vivas, como sais minerais, proteínas, carboidratos, gases, ácidos nucléicos e aminoácidos.

• A água pode ser usada para diversas finalidades como industrial, agrícola, humana, animal, transporte e geração de energia.

• Existem dois tipos de água como matriz ambiental: a água superficial e a água subterrânea. A água superficial é aquela encontrada em rios, lagos, mares e oceanos; enquanto a água subterrânea é aquela encontrada no lençol freático ou em aquíferos.

• Alguns parâmetros analíticos importantes para o monitoramento da qualidade das águas são condutividade elétrica, oxigênio dissolvido (OD), pH, potencial redox, presença de compostos orgânicos, presença de metais tóxicos e toxicidade.

• O ar é constituído por uma mistura de diversos gases que compõem a atmosfera da Terra, principalmente por Nitrogênio (N₂), Oxigênio (O₂) e Argônio (Ar).

• O ar, como matriz analítica, representa um rápido meio de propagação e dispersão de poluentes devido à alta fugacidade de seus gases constituintes.

• Os principais parâmetros analíticos referentes à qualidade do ar atmosférico são: compostos orgânicos voláteis (VOCs), material particulado, monóxido de carbono (CO), óxidos de enxofre (SOX), óxidos de nitrogênio (NOX), ozônio (O3) e chumbo.

• O solo é uma camada superficial dos continentes, que contém matéria orgânica e é capaz de sustentar plantas e vegetais sobre si em um ambiente aberto.

RESUMO DO TÓPICO 1

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ser baseada em interações entre clima, plantas, animais, rochas, relevo e cronologia.

• Os solos possuem cerca de 46% de matéria mineral em sua composição, 4% de matéria orgânica, 25% de ar e 25% de água.

• São estipulados valores de referência, prevenção, intervenção agrícola, intervenção residencial e intervenção industrial, para os seguintes grupos de substâncias inorgânicas (metais tóxicos) e orgânicas (compostos voláteis, pesticidas, fenóis e derivados de petróleo).

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1 O solo é uma camada superficial dos continentes, que contém matéria orgânica e é capaz de sustentar plantas e vegetais sobre si em um ambiente aberto. O solo é um componente essencial do ecossistema terrestre por ser a base do fornecimento de alimentos, energia e abrigo ao ser humano. Sobre a matriz ambiental solo, assinale a alternativa CORRETA:

a) ( ) O solo é um material alterado química e biologicamente, sendo o resultado de complexas interações entre clima, plantas, animais, rochas, relevo e cronologia. Os tipos de solos são classificados de acordo com as variáveis de cor, textura, estrutura e consistência.

b) ( ) O solo é um material sintético, sendo o resultado de complexas interações químicas entre clima, plantas, animais, rochas, relevo e cronologia. Os tipos de solos são classificados de acordo com as variáveis de cor, textura, estrutura e consistência.

c) ( ) O solo é um material alterado química e biologicamente, sendo o resultado de complexas interações entre clima, plantas, animais, rochas, relevo e cronologia. Os tipos de solos são classificados de acordo com o ecossistema no qual são encontrados.

d) ( ) O solo é um material sintético alterado química e biologicamente, sendo o resultado de complexas interações físicas e biológicas entre clima, plantas, animais, rochas, relevo e cronologia. Os tipos de solos são classificados de acordo com as variáveis de cor, textura, estrutura e consistência.

2 A Resolução CONAMA nº 357/2008 dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Com base nas definições dessa legislação ambiental, analise as sentenças a seguir:

I- Águas doces são águas superficiais com salinidade igual ou inferior a 0,5 II- Águas salinas são águas superficiais com salinidade igual ou superior a %;

30 %;

III- Águas salobras são águas subterrâneas com salinidade superior a 0,5 % e inferior a 30 %;

Assinale a alternativa CORRETA:

a) ( ) As sentenças I e II estão corretas.

b) ( ) Somente a sentença II está correta.

c) ( ) As sentenças I e III estão corretas.

d) ( ) Somente a sentença III está correta.

AUTOATIVIDADE

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contribuem com a garantia de vida na terra. Entre suas funções estão a de impedir variações bruscas de temperatura e atuar como condensador no transporte de água dos oceanos aos continentes. De acordo com os conteúdos estudados sobre a matriz ambiental ar, classifique V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas:

( ) O ar é constituído por uma mistura de diversos gases que compõem a atmosfera da Terra, principalmente por Nitrogênio (N₂), Oxigênio (O₂) e Argônio (Ar).

( ) Os poluentes emitidos pelas ações antrópicas não impactam na qualidade do ar pois se diluem ao serem dispersos no meio atmosférico.

( ) O ar, como matriz analítica, representa um rápido meio de propagação e dispersão de poluentes devido à alta fugacidade de seus gases constituintes.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA:

a) ( ) V – F – F.

b) ( ) V – F – V.

c) ( ) F – V – F.

d) ( ) F – F – V.

4 A água ocupa aproximadamente 70% da superfície do nosso planeta, porém apenas 2% dessa água está disponível para ser utilizada pelo ser humano.

O Brasil é um país privilegiado quanto ao volume de água pois abriga 12%

da água doce de todo o mundo. Tendo em vista as diversas finalidades da utilização da água, cite as principais utilidades estudadas.

5 Como matriz ambiental, o solo é uma das mais complexas devido a constituição química de seus componentes orgânicos e inorgânicos e por compreender fases diferentes nos três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso. Neste contexto, explique cada uma das fases presentes nos solos e suas características.

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TÓPICO 2 —

UNIDADE 1

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS DOS ELEMENTOS

1 INTRODUÇÃO

Caro acadêmico, você já deve conhecer a seguinte expressão: “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma” do célebre químico francês do século XVIII Antoine de Lavoisier. Essa expressão, também conhecida como Lei da Conservação das Massas, quer dizer que as substâncias químicas quando reagem, não são perdidas. Da mesma forma, essas reações ocorrem constantemente no meio ambiente e fazem parte muitas vezes do ciclo biogeoquímico de determinados elementos químicos.

Os ciclos biogeoquímicos são processos que ocorrem na natureza para garantir a reciclagem dos elementos químicos no meio ambiente. Sua importância está em possibilitar que os elementos químicos sejam absorvidos pelos seres vivos e utilizados em diversas reações químicas fundamentais para a sua manutenção e sobrevivência.

Esse processo de contínua passagem dos elementos através dos seres vivos e dos elementos não vivos da Terra garante a sua disponibilidade constante na natureza e o equilíbrio dos sistemas naturais. A influência da ação antrópica nos ciclos biogeoquímicos vem alterando de forma significativa esse equilíbrio natural, e causando impactos ambientais severos em todo o ecossistema.

Acadêmico, no Tópico 2 abordaremos os ciclos biogeoquímicos da água, do oxigênio, do carbono, do fósforo e do nitrogênio. A importância desses elementos está no grande volume de matéria e energia que seus processos envolvem na manutenção da biosfera. O estudo e a compreensão dos ciclos biogeoquímicos lhe permitirão identificar potenciais impactos ambientais causados pela introdução de substâncias potencialmente perigosas no meio ambiente. Bons estudos!

2 CICLO BIOGEOQUÍMICO DA ÁGUA

Acadêmico, no primeiro tópico da Unidade 1 nós estudamos sobre as principais características da água. Agora aprenderemos sobre seu ciclo biogeoquímico e sua importância para a manutenção do equilíbrio entre os

(33)

O ciclo biogeoquímico da água, também chamado de ciclo hidrológico, é responsável pela maior movimentação de uma substância química na superfície terrestre, uma vez que 70% da superfície do planeta Terra é água. Esse ciclo proporciona a troca contínua de água entre a atmosfera, solo, águas superficiais, águas subterrâneas e seres vivos, influenciando diretamente nas condições climáticas do planeta. A água está em constante mudança entre os estados físicos.

Seu ciclo depende diretamente da energia solar, dos movimentos de rotação da Terra e até mesmo da gravidade. A energia solar provoca a evaporação dos oceanos ou das zonas terrestres e produz a energia necessária para deslocar o vapor de água dos oceanos para a superfície terrestre. Na Figura 6, podemos observar as principais etapas do ciclo hidrológico.

FIGURA 6 – CICLO DA ÁGUA

FONTE: <https://bit.ly/2Wklr6h>. Acesso em: 11 ago. 2021.

O ciclo da água tem início na evaporação da água em sua forma líquida para a atmosfera e na evapotranspiração através da transpiração dos seres vivos.

A água, então em seu estado gasoso, sobe para as camadas mais altas da atmosfera, onde ocorre a condensação das suas partículas de vapor, formando nuvens que posteriormente voltam a superfície terrestre na forma de chuva, num processo chamado precipitação. Em regiões de baixas temperaturas, o resfriamento do vapor de água pode ocorrer de forma excessiva, levando a condensação seguida da solidificação, formando blocos de neve ou gelo. A água então retorna ao ambiente terrestre, atingindo rios, lagos, mares e oceanos e infiltrando-se nos solos e nos lençóis freáticos.

Os seres vivos ingerem ou absorvem a água do ambiente e a utilizam para diversas reações que ocorrem em seus organismos, e a devolvem ao meio ambiente através dos processos de transpiração, respiração e excreção.

(34)

O ciclo da água varia de acordo com a região em que ocorre e fatores como vegetação, altitude, temperatura e tipo de solo afetam a velocidade do ciclo. O tempo de residência da água pode variar de alguns dias na atmosfera a centenas de anos nos oceanos. Um aspecto importante do ciclo hidrológico é que nos continentes e ilhas, a evapotranspiração é menor que a precipitação, o que possibilita a formação de rios, lagos e lençóis freáticos. O processo inverso ocorre nos oceanos e mares, onde a precipitação é menor que a evapotranspiração. O equilíbrio do volume de água ocorre pela ação dos rios, que levam o excesso de água dos continentes aos mares e oceanos.

A vegetação desempenha um papel importante na manutenção do equilíbrio desse ciclo por atuar como um regulador das perdas de água do continente para a atmosfera por transpiração e por redistribuir a precipitação na superfície terrestre. Ao modificar a cobertura vegetal terrestre, o ser humano compromete o equilíbrio desse ciclo e altera as condições do clima global. Os ecossistemas brasileiros desempenham um papel fundamental nesse contexto.

Por exemplo, a Floresta Amazônica possui espécies arbóreas que extraem água do solo a uma profundidade de oito metros, mantendo a evapotranspiração em períodos de seca prolongada. A substituição das florestas por pastagens, comprometem esse processo e levam a um aumento de queimadas nessa área.

3 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO OXIGÊNIO

O oxigênio é um elemento químico essencial à vida. É o elemento mais abundante na superfície terrestre e é de vital importância para que ocorre a respiração celular. O ciclo biogeoquímico do oxigênio permite que o oxigênio circule pelo meio físico, seja utilizado pelos seres vivos e retorne ao meio ambiente.

Neste ciclo, ocorre o movimento do oxigênio pelos seus três reservatórios principais: a atmosfera, a biosfera e a litosfera. De forma simples, podemos explicar a atmosfera como sendo os gases que rodeiam a superfície da Terra, a biosfera sendo os organismos vivos e seu ambiente e a litosfera como sendo a parte sólida exterior da Terra.

Acadêmico, note que o movimento que a água realiza é cíclico, ou seja, ela sai do meio ambiente, cumpre suas funções e retorna para recomeçar seu ciclo na natureza.

IMPORTANTE

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O ciclo do oxigênio é complexo por este elemento existir nas mais diferentes combinações de compostos químicos. Ele ocorre através de processos geológicos, físicos, hidrológicos e biológicos, que movem diferentes elementos de um compartimento a outro. Um esquema representando esses processos pode ser visualizado na Figura 7.

FIGURA 7 – CICLO DO OXIGÊNIO

FONTE: <https://bit.ly/3BkwOKh>. Acesso em: 11 ago. 2021.

A primeira etapa do ciclo do oxigênio tem início na atmosfera onde este elemento é encontrado na forma de gás oxigênio (O₂) ou de gás carbônico (CO₂).

O O₂é utilizado por animais e plantas em suas respirações aeróbicas, onde ocorre a combinação dos átomos de hidrogênio e oxigênio para a formação de moléculas de água e a liberação de CO₂ e energia. Desta forma, as moléculas de água formadas voltam para o meio ambiente através dos processos de respiração, decomposição, transpiração e excreção. No final do processo de respiração, também se elimina CO₂. As moléculas de água quando combinadas com o CO₂ajudam a promover a fotossíntese realizada pelos seres autótrofos.

gás carbônico oxigênio

oxigênio

Dióxido de carbono

Plantas criam oxigênio

com fotossíntese Animais e plantas respiram oxigênio

O ciclo do oxigênio está diretamente relacionado ao ciclo do carbono que estudaremos na sequência, por ocorrerem nos mesmos processos: fotossíntese, respiração e decomposição.

ESTUDOS FUTUROS

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No processo de fotossíntese o dióxido de carbono (CO2) é consumido, liberando oxigênio para a atmosfera. A respiração, por sua vez, consome o oxigênio e produz dióxido de carbono, pela respiração de animais e plantas.

O oxigênio é importante para a respiração dos seres vivos, o gás comburente que permite as combustões e a formação da camada de ozônio na atmosfera. A camada de ozônio (O3) é uma camada gasosa que protege a Terra contra radiações solares intensas. Sua formação ocorre na estratosfera, onde parte do gás oxigênio é transformada em ozônio pela ação de alguns comprimentos de onda de raios ultravioleta. Uma reação contrária transforma o ozônio em oxigênio, também por meio da ação de raios ultravioleta, de comprimentos diferentes, o que mantém um equilíbrio na camada.

Nas últimas décadas, alguns gases lançados na atmosfera pela ação humana, como os clorofluorcarbonos (CFCs), reagem com essa camada, acarretando a transformação do ozônio em oxigênio, destruindo a camada.

A destruição da camada de ozônio pode trazer graves consequências ao meio ambiente, afetando o equilíbrio dos ecossistemas.

4 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO CARBONO

O carbono é um elemento químico minoritário na composição terrestre, mas sua reciclagem é fundamental na natureza. O carbono participa da composição química de todos os compostos orgânicos e de uma grande parcela dos compostos inorgânicos. É também responsável pela fotossíntese e auxilia na manutenção da temperatura do planeta Terra. Seu ciclo biogeoquímico permite a movimentação do carbono pelos três principais compartimentos ambientais:

atmosfera, superfície terrestre e oceanos. A Figura 8 ilustra o ciclo do carbono:

FIGURA 8 – CICLO DO CARBONO

(37)

O ciclo do carbono pode ser dividido em dois ciclos que ocorrem em velocidades temporais diferentes: o ciclo geológico do carbono e o ciclo biológico do carbono. O ciclo biológico envolve as atividades de organismos e relaciona-se com o ciclo do oxigênio, já o ciclo geológico é um processo demorado que envolve a decomposição de matéria orgânica e formação de rochas calcárias.

4.1 CICLO BIOLÓGICO DO CARBONO

O ciclo biológico do carbono envolve os seres vivos e pode ocorrer no meio terrestre e no meio aquático. Este processo pode ser explicado iniciando-se pelos organismos fotossintetizantes, que retiram o gás carbônico da atmosfera.

No processo de fotossíntese, as plantas absorvem a energia solar e consomem o CO2 para liberar o oxigênio (O2). Esse processo gera oxigênio e açúcares, como a glicose, e é o alicerce para o crescimento das plantas.

Os animais e plantas necessitam da matéria orgânica para sobreviver.

Enquanto os seres vivos autotróficos são capazes de produzir moléculas orgânicas, os heterotróficos precisam absorver essas moléculas de outros seres vivos, como é o caso dos seres humanos. Desta forma, através da matéria orgânica, o carbono vai migrando pelas cadeias alimentares. Por sua vez, os seres vivos são também responsáveis pela liberação de gás carbônico no ambiente. A liberação ocorre por dois processos: respiração e decomposição. Na respiração, os animais consomem oxigênio e liberam gás carbônico no processo; já na decomposição, ocorre a liberação de gás carbônico e água.

4.2 CICLO GEOLÓGICO DO CARBONO

O ciclo geológico do carbono é responsável por regular a movimentação deste elemento pela atmosfera, hidrosfera e litosfera. Acadêmico, como já vimos, o carbono pode ser encontrado nos solos, nas rochas, nos ambientes aquáticos, nos oceanos e na atmosfera. Este processo inicia-se com o gás carbônico (CO2), presente na atmosfera, solubilizando na água de forma contínua. Quando a temperatura é baixa, o gás carbônico é capturado pelos oceanos, e quando a temperatura é alta, é liberado pelos oceanos para a atmosfera.

Uma outra movimentação ocorre quando o CO2 se dissolve na água da chuva, produzindo H2CO3, que é uma solução ácida, facilitando a erosão das rochas silicatadas. No ciclo geológico ocorre também o processo de intemperismo, que é um conjunto de processos que levam à desintegração das rochas, provocando a liberação dos íons Ca2+ e HCO3. O carbono quando depositado no solo pode sofrer alterações transformando-se em combustíveis fósseis como o petróleo e o gás natural, além de formar diamantes, grafites e minas de carvão, entre outros.

(38)

No mar, o carbono serve de alimento para os fitoplânctons, podendo ser ingerido por peixes através da alimentação, ou indo para o fundo dos oceanos para sofrerem o processo de decomposição. Esse sedimento, posteriormente, forma rochas calcárias. O CO2 pode ainda ser liberado pelos vulcões para atmosfera.

4.3 INTERFERÂNCIA ANTRÓPICA NO CICLO DO CARBONO

Após a revolução industrial, o ser humano passou a alterar o equilíbrio desse ciclo de forma significativa aumentando no meio ambiente a quantidade emitida de gás carbónico (CO2) através do uso de combustíveis fósseis. O CO2 é o principal gás responsável pelo efeito-estufa na atmosfera.

5 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO FÓSFORO

O fósforo é um elemento químico importante para o organismo humano e para o meio ambiente. Nos seres vivos, é um componente da molécula de DNA, das moléculas energéticas de ATP (adenina trifosfatada) e de todos os fosfolipídios de membrana. Para as plantas, é um nutriente que auxilia no crescimento e é utilizado como fertilizante em muitos casos. A disponibilidade do fósforo (P) controla muitos aspectos do funcionamento dos ecossistemas. Seu ciclo difere dos outros grandes ciclos biogeoquímicos por não produzir qualquer substância volátil em quantidades relevantes, não havendo assim a passagem pela atmosfera.

O íon de real interesse para os seres vivos é o fosfato. Na Figura 9 podemos ver as principais etapas do ciclo do fósforo no meio ambiente.

FIGURA 9 – CICLO DO FÓSFORO

(39)

As plantas obtêm fósforo do ambiente absorvendo os fosfatos dissolvidos na água e no solo. Os animais obtêm fosfatos na água e no alimento. Após estar presente nos organismos vivos, o fósforo retorna ao meio ambiente a partir da ação de bactérias fosfolizantes que atuam na decomposição da matéria orgânica.

Essas bactérias tornam o fósforo disponível na forma de um composto solúvel, que é facilmente dissolvido e transportado pela água. A partir dessa etapa, parte do fósforo é levada pelas chuvas para os lagos, rios e mares. No ambiente aquático, o fósforo passa por um processo de sedimentação e é incorporado às rochas.

Nesse caso, o fósforo só retornará ao ecossistema terrestre por meio de processos geológicos, como a elevação do leito no mar ou o rebaixamento do nível das águas, ou seja, em uma curta escala de tempo o fluxo do ciclo só ocorre em um sentido, do ecossistema terrestre para o aquático. O ciclo só se completa após centenas de milhões de anos. A ação humana impacta no ciclo deste elemento por meio de atividades como mineração ou pelo amplo uso de fertilizantes, tornando o fósforo mais disponível no meio ambiente e acelerando o ciclo global desse elemento. O excesso de fósforo quando lixiviado para cursos da água aumenta a biodisponibilidade deste nutriente no ambiente aquático e, como consequência, pode intensificar o desenvolvimento de algas.

Um número cada vez maior de algas em um lago, por exemplo, fará reduzir a quantidade de luz que penetra neste ambiente prejudicando outros organismos locais. Este processo é denominado eutrofização e pode levar a liberação de gás sulfídrico, causando problemas de toxicidade e maus odores.

6 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO NITROGÊNIO

O ciclo biogeoquímico do nitrogênio compreende as diversas transformações que esse elemento sofre no ambiente físico e nos seres vivos. O nitrogênio é encontrado na atmosfera, nas rochas, nos sedimentos e no fundo dos oceanos. É uma parte indispensável de todas as enzimas, proteínas e das moléculas de DNA. Apesar de ser um elemento abundante na atmosfera, é considerado um recurso limitante da produtividade da maioria dos ecossistemas terrestres e marinhos. O reservatório da atmosfera, possui o nitrogênio no seu estado mais inerte, o N2. Nessa configuração, a molécula de N2 possui uma forte força de ligação covalente tripla, impossibilitando que o nitrogênio possa ser fixado e utilizado pela maioria dos seres vivos.

(40)

Para que ocorra a absorção do nitrogênio pela maioria dos seres vivos, é necessário que ocorra a quebra dessa ligação covalente, transformando o nitrogênio em moléculas mais reativas como a amônia (NH3), amônio (NH4) ou nitrato (NHO3). Entre os organismos capazes de utilizar esse nitrogênio, estão alguns tipos de bactérias. Podemos dividir o ciclo do nitrogênio em determinadas etapas: fixação, amonização, nitrificação e desnitrificação. Na Figura 10 temos a exemplificação da ocorrência dessas etapas presentes no ciclo do nitrogênio.

FIGURA 10 – CICLO DO NITROGÊNIO

FONTE: <https://bit.ly/3znJS0G>. Acesso em: 11 ago. 2021.

A fixação é a primeira etapa do Ciclo do Nitrogênio, ocorre a fixação

O Nitrogênio na forma N₂ é um elemento estável, que não reage com a maioria dos outros elementos e não é metabolizado naturalmente.

ATENCAO

Química Analítica Ambiental