Química das Águas – parte 1
Prof. Rafael Arromba de Sousa Departamento de Química – UFJF
QUÍMICA AMBIENTAL – 1º S 2016
Aula 2:
- Importância da Água
- Substâncias tóxicas na Água
- Processos químicos aquáticos
INTRODUÇÃO
Água – Importância Histórica ...
Antigo Egito
- Cidades desenvolvidas – próximas a rios
Demandas domésticas e agrícolas
“PASSADO”
Demandas energéticas (movimentação de máquinas) - Cortar madeira
- Moer grãos, etc HOJE
Processos industriais em geral
“Solvente universal”
limpeza e transporte de “todos” os resíduos gerados pelo homem
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Leitura complementar
“Contaminação dos Recursos Hídricos – Histórico”
http://www.ufjf.br/baccan/disciplinas/disciplinas/laboratorio-de-quimica- ambiental-2o-semestre-2012/material-de-apoio/
INTRODUÇÃO
Água – Importância Histórica ...
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INTRODUÇÃO – A água na biosfera
ÁGUA DOCE - Neve
- Geleiras
- vapor atmosférico
- profundidades de acesso difícil
Formas pouco disponíveis - Minas naturais, poços, lagos e
rios
Formas mais acessíveis e utilizadas
Água é um recurso natural de valor agregado
Conhecer suas fontes
Identificar propriedades físico-químicas relevantes Fontes (distribuição):
Figura: http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/a-distribuicao-agua-no-planeta.htm, acessado 09-04-13
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INTRODUÇÃO – A água na biosfera
Água é um bem de valor agregado
Conhecer suas fontes
Identificar propriedades físico-químicas relevantes
A água NÃO É ESTÁTICA (Ciclo da água – CICLO HIDROLÓGICO):
- A água circula entre os meios físico e os seres vivos, continuamente
A água evaporada (dos mares, lagos, rios, pântanos, vegetais e animais), alcançam regiões mais frias, condensam-se, formam as nuvens e dependendo das condições climáticas, caem na forma de chuvas, neve ou granizo (precipitação)
- Corresponde ao constituinte inorgânico mais abundante na matéria viva (comprovando a importância vital desta substância)
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INTRODUÇÃO – A água na biosfera
Reconhecer propriedades físico-químicas relevantes A água NÃO É ESTÁTICA (Ciclo da água – CICLO HIDROLÓGICO):
IMPORTÂNCIA DO CICLO DA ÁGUA:
- Distribuição da água (inclui penetração no solo)
- Transporte de poluentes ... 6
INTRODUÇÃO – A água na biosfera - contexto atual
Reconhecer propriedades físico-químicas relevantes A água NÃO É ESTÁTICA (Ciclo da água – CICLO HIDROLÓGICO):
Considerar também que:
O homem INTERFERE no ciclo da água, através:
- Mudanças no seu escoamento natural (barramentos, impermeabilização dos solo) - Desmatamentos
(alterações nas margens de rios e lagos...) - etc...
ENCHENTES ...
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INTRODUÇÃO - A água na biosfera
- algumas características
As propriedades físico-químicas mais importantes - CICLO HIDROLÓGICO
- FORMA LÍQUIDA é o estado físico predominante (PF = 0
oC; PE = 100
oC)
- DENSIDADE líquida > DENSIDADE sólida
(recirculação de nutrientes nos reservatórios naturais)
reservatório
outono/inverno
gradiente de densidade
“mistura” vertical
reservatório
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- CICLO HIDROLÓGICO
- FORMA LÍQUIDA é o estado físico predominante - DENSIDADE líquida > DENSIDADE sólida
** Variada - QUÍMICA COMPOSIÇÃO
** Relacionada à fonte
Exemplos:
1- ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Formações rochosas porosas elementos minerais dessas rochas (aquíferos) (forma de SAIS - variados)
2- ÁGUAS SUPERFICIAIS
SAIS dissolvidos sódio (NaCl)
INTRODUÇÃO - A água na biosfera e algumas características
diferenças
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COMPOSIÇÃO DAS ÁGUAS –
Classificação geral da Água
A “QUÍMICA” DAS ÁGUAS NATURAIS é complexa e pode ser estudada sobre diferentes aspectos
- DOCES pelo teor de sólidos CLASSIFICAÇÃO - SALOBRAS
pela salinidade
- SALGADAS (CONAMA)
(mundial)
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Legislação do CONAMA
Conselho Nacional do Meio Ambiente
Criou resolução sobre a qualidade dos recursos hídricos
- Data de 1986 (Conama 20)
- Alterado pela Resolução 357* de 2005 (vigente)
- Classificação para águas superficiais (critérios de qualidade)
- Caráter prescritivo (uso) e remediativo (estabelece a qualidade)
- Tinha os limites máximos para lançamentos de efluentes em mananciais Resolução CONAMA n
o430 de 2011
COMPOSIÇÃO DAS ÁGUAS –
Classificação geral da Água
(*) http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res05/res35705 , acessado 12-04-16
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12
13
Classificação da água em função dos seus usos – CONAMA 357
Classes estabelecidas de acordo com os níveis de CONSTITUINTES E CONTAMINANTES nos corpos de água
COMPOSIÇÃO DAS ÁGUAS –
Classificação geral da Água
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15 Conama
357
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UM TEMA IMPORTANTE (INDÚSTRIA E ACADEMIA)
“QUALIDADE x POLUIÇÃO DA ÁGUA”
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA
ORIGEM:
“... A poluição das águas é fruto de determinadas atividades humanas, poluentes alcançam águas superficiais e subterrâneas de formas bastante diversas.”
O aporte pode ser classificado como pontual ou difuso
Fontes pontuais: descarga de efluentes a partir de indústrias e estações de tratamento de esgoto, derramamentos acidentais, atividades de
mineração, etc.
Monitoramento ambiental é importante
Verificar os impactos ambientais
Conferir responsabilidade ao agente poluidor 17
Fontes difusas: Escoamento superficial urbano, escoamento superficial das áreas agrícolas, trabalhos de construção civil
- São difíceis de serem determinadas (temporárias) - Podem ser intermitentes
Independente do aporte, existem estratégias viáveis para o controle e remediação da poluição:
(1) Redução na fonte
(2) Tratamento dos resíduos de forma a remover os contaminantes ou ainda convertê-los a uma forma menos nociva
p. ex: Tratamento de água e esgoto SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA
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Sabe-se que a água é um dos principais vetores de
transmissão de doenças
Cólera e tifo mataram milhões de pessoas no passado e ainda o fazem ao redor do globo, especialmente nos países subdesenvolvidos
Os poluentes aquáticos mais sérios são os microorganismos patogênicos
(bactérias, vírus e parasitas)
- Causam doenças e morte
- Presentes nos excrementos dos seres humanos e de animais
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA
CLASSES:
(*) http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3lera, acessado em 15-05-13
Vibrio cholerae (bactéria causadora da cólera) *
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1)
Processo de eutrofização artificial
Descarga de esgoto não tratado e de resíduos agrícolas e industriais
(Biologia)
O aporte excessivo de nutrientes provoca o crescimento descontrolado de algas - Geração de biomassa maior do que aquela que o sistema poderia
naturalmente controlar
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA
Outra forma de poluição de águas superficiais, especialmente lagos e reservatórios, é o enriquecimento de nutrientes como
fósforo e nitrogênio
Lago eutrofizado *
* FONTE: http://www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/eut.htm , acessado em 15-03-13
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2)
1) Crescimento excessivo na população de algas - Aumento na demanda por oxigênio
2) Diminuição nos teores de oxigênio dissolvido - Morte de animais aquáticos (peixes)
- Proliferação de organismos anaeróbios (degradação das algas)
No estágio final do processo, são produzidos compostos mal- cheirosos e altamente tóxicos para a biota
DEGRADAÇÃO DO CORPO DE ÁGUA
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA Etapas da eutrofização
FIGURA: http://eutrofizacaodasaguas.blogspot.com.br/2008/01/nossa-primeira-experincia.html, acessada 15-05-13
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Compostos orgânicos sintéticos são produzidos globalmente ao nível de milhões de toneladas !
Empregados na produção de plásticos, fibras sintéticas, borrachas sintéticas, solventes, pesticidas e agentes preservantes de madeira
Características químicas: são resistentes à biodegradação
- Estes tipos de compostos são considerados poluentes aquáticos “importantes”
- Preocupação: constituem substâncias às quais a biota aquática não é naturalmente exposta ...
Efeitos destes compostos sobre os mais variados tipos de organismos aquáticos ainda são pouco conhecidos
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA
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3)
Muitos deles podem ser mutagênicos, cancerígenos ou ainda teratogênicos
Podem ainda causar disfunções nos rins e fígado, esterilidade e inúmeros problemas de natureza fisiológica ou ainda neurológica
Exemplos:
1 – Substâncias plásticas em geral
2– Tensoativos que apresentam ligações sulfônicas extremamente resistentes às ações química ou biológica
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA –
Aspectos toxicológicos
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Exemplos:
1 – Substâncias plásticas de grande utilização doméstico-industrial
2– Tensoativos que apresentam ligações sulfônicas extremamente resistentes às ações químicas ou biológicas
3- Hidrocarbonetos halogenados, como:
- Cloreto de polivinila – PVC (material plástico) - DDT (Pesticida)
- Tetracloroetileno (solvente)
- Bifenilas policloradas (em isolantes elétrico)
Compostos de grande utilização e que são persistentes Podem ser encontrados na água do abastecimento público !
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA –
Toxicologia e exemplos
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Metais “pesados” - outra classe de substâncias que não se degradam !
ALTA TOXICIDADE !!
Segundo o CONAMA,
O “As” e os metais “pesados” Cd, Pb, Cu, Cr, Hg, Ni e Zn devem ser monitorados nas amostras ambientais
Teores máximos “permitidos” para águas são baixos
Utilizados em diferentes setores da indústria e são encontrados em pesticidas, medicamentos, pigmentos (tintas, esmaltes para unha) e dispositivos elétricos
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA
http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/terra-em-transe/sobre-mineracao-e-sustentabilidade , acessado 17-03-13
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4)
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Cr III x Cr VI
TOXICOLOGIA:
Os elementos são intrinsecamente tóxicos na forma iônica, exceto o Hg (tóxico na forma de vapor), ou quando ligados a cadeias carbônicas curtas
O nível da toxidez depende da espécie e da sua forma química (especiação)
Metais “pesados” - outra classe de substâncias que não se degradam
TOXICOLOGIA:
O nível da toxidez depende da espécie e da sua forma química (especiação)
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA
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“ Pesquisa constata excesso de mineral em suplemento alimentar ”
http://www.ufjf.br/noticias/2016/02/18/pesquisa-constata-excesso-de- mineral-em-suplementos-alimentares/
Para ler “em casa”:
aspectos cotidianos relacionados ao contato com metais pesados !
MAS se ânions como o sulfeto também estiverem presentes, o íon Hg(II) irá se depositar nos sedimentos de corpos aquáticos na forma de HgS:
FORMA INSOLÚVEL, NÃO DISPONÍVEL (não apresenta toxicidade) Os compostos contendo mercúrio (ligações covalentes C-Hg) são muito mais tóxicos para os mamíferos do que os sais simples de Hg(II)
SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NA ÁGUA –
Toxicidade dos metais pesados e As
Sais como Hg(NO
3)
2são bastante solúveis e se estiverem presentes em água o íon Hg(II) permanecerá em solução:
FORMA SOLÚVEL, DISPONÍVEL (apresenta toxicidade)
Exemplo de Toxicidez versus Especiação
O contrário ocorre para o As...
Ex: a questão do As em peixes 28
29 http://www.cdcc.usp.br/quimica/fundamentos/equacoes.html; acessado em 17/03/2015.
A ÁGUA É UM “GRANDE” REATOR QUÍMICO ...
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS !
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS
Os componentes das águas afetam seu uso assim como os poluentes agregados afetam suas características originais
Dois tipos de reações ocorrem usualmente em águas naturais:
1) Reações ácido-base
As concentrações dos íons inorgânicos dissolvidos na
água são devidas aos fenômenos ácido-base e de solubilidade
2) Reações redox
Controlam o teor de matéria orgânica dissolvida na água
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O Sistema CO
2/Carbonato
- Explica porque o pH da água não é 7,00 (faixa entre 6,0 – 8,0) - Envolve diversas reações de equilíbrio
- Relacionado com o parâmetro de qualidade “alcalinidade”
PROCESSOS QUÍMICOS AQUÁTICOS -
A Química Ácido-Base em Águas Naturais
FIGURA
http://portuguese.alibaba.com/product-free/calcium-carbonate-107218325.html, acessado 20-05-13
