Da Atmosfera ao Oceano. pois a chuva voltando pra terra traz coisas do ar Raul Seixas / Paulo Coelho

Texto

(1)Da Atmosfera ao Oceano “… pois a chuva voltando pra terra traz coisas do ar…” Raul Seixas / Paulo Coelho.

(2) Fluxos de Matéria e Energia. Os processos devem ser sempre interpretados considerando-se os importantes fluxos de matéria e energia, os quais ocorrem dinamicamente entre os três grandes compartimentos reguladores: litosfera, hidrosfera e atmosfera 16-03-2010. Dulce Godinho. 2.

(3) Fluxos de Matéria e Energia Diferentes partes do sistema biofísico do planeta Terra estão relacionadas intrinsecamente, e em equilíbrio dinâmico, com os três grandes reservatórios litosfera, hidrosfera e atmosfera. Implica que, se esse equilíbrio for deslocado por algum impacto, o ambiente sempre reagirá de forma a atingir outro estado de equilíbrio, trocando matéria e energia entre os reservatórios 16-03-2010. Dulce Godinho. 3.

(4) Fluxos de Matéria e Energia Há cerca de cinco bilhões de anos, nosso planeta era uma bola de minerais fundidos e incandescentes como a lava dos vulcões.. Iniciou-se um lento processo de arrefecimento dessa massa incandescente, com formação das primeiras rochas e da atmosfera, sendo esta devida à aglomeração de gases ao redor do Planeta.. Submetida a uma pressão atmosférica 300 vezes maior que a actual, a água conseguiu passar para o estado líquido, acumular-se em determinadas regiões e iniciar o processo cíclico de precipitação, evaporação, formação de nuvens e novas precipitações, as quais ocorrem até hoje. 16-03-2010. Dulce Godinho. 4.

(5) Processo Formação do Solo. 16-03-2010. Dulce Godinho. 5.

(6) Ciclos Globais. Com uma boa aproximação, pode-se assumir que o planeta é um sistema fechado em termos de fluxos de massa, sem entrada ou saída de material. A entrada de pequenos corpos celestes (e.g. meteoritos) e a saída de moléculas muito leves são fracções ínfimas nesse balanço. 16-03-2010. Dulce Godinho. 6.

(7) Ciclos Globais O Ciclo do Carbono A importância do carbono e dos seus compostos é indiscutível. Este é omnipresente na natureza as suas substâncias são constituintes essenciais de toda a matéria viva e fundamentais na respiração, fotossíntese e regulação do clima.. As trocas de CO2 entre a atmosfera e a biosfera terrestre ocorrem principalmente através da fotossíntese e respiração por plantas. A fixação do CO2 pelos oceanos se dá através da dissolução do gás na água e por fotossíntese.. O metano é o composto orgânico em nível traço de maior presença na atmosfera, sendo, depois do CO2 e vapor de água, o gás estufa mais abundante. 16-03-2010. Dulce Godinho. 7.

(8) Ciclos Globais O Ciclo do Enxofre O enxofre é um elemento essencial para a vida na Terra, sendo alguns dos seus compostos de grande importância biológica: organismos vivos, incluindo plantas, assimilam espécies de enxofre, enquanto que ao mesmo tempo, várias formas de enxofre são emitidas como produto final de seus metabolismos.. Grandes quantidades de enxofre são lançadas na atmosfera na forma de dióxido de enxofre, um dos mais comuns poluentes atmosféricos. As principais fontes de emissão deste gás são a queima de combustíveis fósseis e actividades industriais (refino de petróleo, metalurgia, cimento), enquanto que a actividade vulcânica é a principal fonte associada a emissões naturais de SO2. 16-03-2010. Dulce Godinho. 8.

(9) O Ciclo do Azoto. Ciclos Globais. O Azoto é o elemento químico mais Abundante na atmosfera terrestre, contribuindo com aproximadamente 78% de sua composição.. O ciclo do azoto é um dos mais importantes e complexos dos ciclos globais. Descreve um processo dinâmico de intercâmbio de azoto entre a atmosfera, a matéria orgânica e compostos inorgânicos.. Os óxidos de Azoto têm um papel relevante na formação de ozono na troposfera, que ocorre por uma sequência complexa de reacções fotoquímicas, envolvendo principalmente, dióxido de azoto (NO2), hidrocarbonetos, álcoois, aldeídos e luz solar. O azoto é essencial à vida, sendo necessário, por exemplo, na constituição das proteínas e do DNA que contém as informações genéticas. 16-03-2010. Dulce Godinho. 9.

(10) Ciclo Global do Azoto. 16-03-2010. Dulce Godinho. 10.

(11) Planeta é um sistema fechado. 16-03-2010. Dulce Godinho. 11.

(12) 16-03-2010. Dulce Godinho. 12.

(13) Distribuição de Água na Terra. 16-03-2010. Dulce Godinho. 13.

(14) Distribuição de Água na Terra. 16-03-2010. Dulce Godinho. 14.

(15) 16-03-2010. Dulce Godinho. 15.

(16) 16-03-2010. Dulce Godinho. 16.

(17) Distribuição de Água em Almada A água captada e distribuída no concelho de Almada é de origem subterrânea. O sistema de abastecimento de água é actualmente constituído por 32 furos de captação, 11 estações elevatórias, 25 reservatórios e 42 células, com capacidade total de 85.350 m3/dia de água. A rede de distribuição é constituída por 15 sistemas de condutas com cerca de 873 Km. Os SMAS distribuem água a uma população residente de mais 160 mil habitantes.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 17.

(18) Consumo de Água em Almada!! Estima-se que, em Almada, cada pessoa gasta cerca de 300 litros de água por dia. Actividade 1 Quantos litros são necessários para abastecer todas as pessoas do concelho de Almada?. Actividade 2 Quantos gasta a tua família por dia? Por mês? E por ano? 16-03-2010. Dulce Godinho. 18.

(19) A gestão e a qualidade dos recursos hídricos é um dos desafios cruciais do século XXI. Cientistas reunidos em Estocolmo defendem nova gestão de recursos hídricos (2006). Semana Mundial da Água. Cientistas de todo o mundo pediram mudanças radicais na gestão global dos recursos hídricos, para que a população crescente do planeta não seja confrontada com falta de água daqui a 50 anos. Num relatório apresentado na abertura da Semana Mundial da Água, em Estocolmo, os cientistas afirmam que um terço da população do planeta tem escassez de água e apelam para uma gestão mais eficiente dos recursos hídricos mundiais. 16-03-2010. Dulce Godinho. 19.

(20) Qualidade da Água. 16-03-2010. Dulce Godinho. 20.

(21) Ainda que não existisse qualquer tipo de poluição , água pura, com pH igual a 7, não existiria na Natureza.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 21.

(22) Água Pura. H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH- (aq). Uma em cada 550 milhões de moléculas de água ionizase dando origem a um ião H+ e um ião OH- . Na água neutra a concentração de iões H+ é igual à de OH-. 16-03-2010. Dulce Godinho. 22.

(23) O Poder do ião H+. • É único e quimicamente poderoso.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 23.

(24) A Importância do ião H+. Acids and bases are important to chemistry because almost every reaction that occurs in an aqueous solution is affected. This includes your body, the ocean, and much of the biosphere of Earth. The reason is partly because water partially ionized.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 24.

(25) Teoria de Arrhenius Aos 22 anos de idade, Arrhenius já tinha realizado muitas experiências relacionadas com a passagem de corrente eléctrica através de soluções aquosas.. Svante August Arrhenius (1859-1927). Durante dois anos, no laboratório da Universidade de Upsala, coleccionou vários dados sobre centenas de soluções. Formulou, então a hipótese, de que as soluções aquosas contêm partículas carregadas, isto é, iões.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 25.

(26) Teoria de Arrhenius DISSOCIAÇÃO IÓNICA VS IONIZAÇÃO Para entendermos a Teoria de Arrhenius, vamos testar a condutividade eléctrica de várias soluções. 16-03-2010. Dulce Godinho. 26.

(27) Teoria de Arrhenius Materiais Solução de sal de cozinha (NaCl) Solução de ácido clorídrico (HCl) Solução de açúcar (sacarose) Água destilada (pura) Água potável (torneira). Condutibilidade eléctrica Conduz Conduz Não conduz Não conduz Conduz. Algumas questões: 1. Porque é que algumas soluções aquosas conduzem a corrente eléctrica e outras não? 2. Porque é que a água destilada (pura) não conduz a corrente e a água potável conduz? 16-03-2010. Dulce Godinho. 27.

(28) Teoria de Arrhenius. Para lhe responder Arrhenius estabeleceu a Teoria da Dissociação Iónica, onde a condutividade eléctrica das soluções era devida à existência de iões livres. Mas porquê umas conduzem e outras não? 16-03-2010. Dulce Godinho. 28.

(29) Teoria de Arrhenius 1. Vamos testar condutibilidade eléctrica de uma solução aquosa de cloreto de sódio.. Observação macroscópica: a lâmpada acendeu, indicando que esta solução conduziu corrente eléctrica. 16-03-2010. Dulce Godinho. 29.

(30) Teoria de Arrhenius Explicação microscópica: cloreto de sódio – NaCl – que é um composto iónico constituído pelos iões Na+ e Cl- organizados numa rede cristalina.. Quando a rede cristalina de cloreto de sódio entra em contacto com a água, ocorre a separação dos iões, fenómeno denominado de dissociação iónica. Os iões livres obtidos após a dissociação, são os responsáveis pela condutividade eléctrica. NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq). 16-03-2010. Dulce Godinho. 30.

(31) Teoria de Arrhenius 2. Vamos testar condutibilidade eléctrica de uma solução de água com açúcar.. Observação macroscópica: a lâmpada não acendeu, indicando que esta solução não conduziu corrente eléctrica. 16-03-2010. Dulce Godinho. 31.

(32) Teoria de Arrhenius Explicação microscópica: O açúcar é representado pela substância sacarose – C12H22O11 – de natureza molecular. A molécula de sacarose não possui iões e também não originou iões em presença de água, o que explica o facto da não condutibilidade eléctrica.. Quando as moléculas de sacarose foram colocadas em presença de água, ocorreu apenas uma separação das moléculas, fenómeno denominado de dissociação molecular.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 32.

(33) Teoria de Arrhenius dissociação molecular.. C12H22O11(s)  C12H22O11(aq) 16-03-2010. Dulce Godinho. 33.

(34) Teoria de Arrhenius 3. Vamos testar condutibilidade eléctrica de uma solução aquosa de Cloreto de Hidrogénio.. Observação macroscópica: a lâmpada acendeu, indicando que esta solução conduziu corrente eléctrica. 16-03-2010. Dulce Godinho. 34.

(35) Teoria de Arrhenius Explicação microscópica:. O cloreto de hidrogénio (HCl) é um composto molecular, ou seja, não é constituído por iões. No entanto, quando adicionado em água, originou uma solução condutora de electricidade o que indica que a solução resultante possui iões.. Como é que isto acontece? O cloreto de hidrogénio (HCl) é uma molécula onde o átomo de hidrogénio (Z = 1) compartilha 1 par de electrões com o átomo de cloro (Z = 17):. 16-03-2010. Dulce Godinho. 35.

(36) Teoria de Arrhenius Explicação microscópica:. Admite-se que, quando o cloreto de hidrogénio é borbulhado em água, ocorra a quebra de uma ligação covalente entre o átomo de hidrogénio e o átomo de cloro, pela molécula de água, originando os iões H+ e Cl-, responsáveis pela condutibilidade eléctrica da solução. Este processo, no qual os iões foram produzidos a partir de um composto molecular é denominado de ionização e pode ser representado esquematicamente por:. HCl(g)  H+(aq) + Cl-(aq). 16-03-2010. Dulce Godinho. 36.

(37) Teoria de Arrhenius. ionização. 16-03-2010. Dulce Godinho. 37.

(38) Teoria de Arrhenius 4. Vamos testar condutibilidade eléctrica da água pura.. Observação macroscópica: a lâmpada manteve apagada, indicando que a água pura não conduziu corrente eléctrica.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 38.

(39) Teoria de Arrhenius Explicação microscópica:. Admite-se que, pelos conceitos que aprendemos até agora, podermos deduzir que não existem iões na água pura, certo?. ERRADO!. H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH- (aq). A ÁGUA SOFRE UM PROCESSO DE AUTOIONIZAÇÃO Mas, se existem iões porque é que a água não conduz a corrente eléctrica? Apenas duas moléculas em cada um bilião sofrem ionização. A quantidade de iões produzidos não é suficiente para que ocorra condutividade eléctrica 16-03-2010. Dulce Godinho. 39.

(40) Teoria de Arrhenius É um facto que a água pura não conduz a corrente eléctrica, então como explicar o facto de a água potável conduzir a corrente eléctrica? A água destinada ao abastecimento das cidades, ou seja, a água potável, é proveniente dos rios, lagos ou represas e contém dois tipos de impurezas: 1. materiais sólidos em suspensão, como areia, restos de animais e vegetais mortos, etc., que geralmente se separam quando a água permanece em repouso e 2. materiais que não se separam nestas condições, como bactérias, substâncias solubilizadas, sais solúveis, etc.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 40.

(41) Teoria de Arrhenius Esta água sofre um processo de tratamento físico e químico, que envolve etapas tais como: • floculação, • decantação, • filtração e • desinfecção, onde são adicionadas várias substâncias químicas com a finalidade de deixar a água em condições de ser consumida pela população. Estas substâncias químicas dissolvidas na água originam iões, que são responsáveis pela condutibilidade eléctrica desta solução. 16-03-2010. Dulce Godinho. 41.

(42) Teoria de Arrhenius GRAU DE IONIZAÇÃO OU DISSOCIAÇÃO (α). (α) indica a percentagem de moléculas que sofrem ionização ou dissociação que por sua vez mede a força do electrólito, ou seja, quanto maior o grau de ionização / dissociação do electrólito, maior é a sua força.. α=. ni. 0≤α≤1. ndissolvidas. •electrólitos fortes possuem α ≥ 50%, (0,5) •electrólitos moderados possuem 5% < α < 50% •electrólitos fracos possuem α ≤ 5%. (0,05) 16-03-2010. Dulce Godinho. 42.

(43) Teoria de Arrhenius TERMOS TÉCNICOS UTILIZADOS POR ARRHENIUS. Em função dos estudos realizados sobre a condutividade eléctrica de substâncias em presença de água, Arrhenius estabeleceu alguns termos técnicos utilizados de acordo com os resultados obtidos: • Solução electrolítica ou iónica a soluções que conduzem electricidade.. Ex.: água + sal de cozinha (NaCl) e água + cloreto de hidrogénio (HCl).. • ·Solução não-eletrolítica ou molecular a soluções que não conduzem electricidade. Ex.: água + açúcar (sacarose).. • Electrólitos a substâncias que dissolvidas em água, conduzem electricidade.. Ex.: NaCl e HCl 16-03-2010. Dulce Godinho. 43.

(44) Teoria de Arrhenius TERMOS TÉCNICOS UTILIZADOS POR ARRHENIUS. • Não-eletrólitos a substâncias dissolvidas em água, que não conduzem electricidade.. Ex.: açúcar (sacarose).. • Dissociação molecular ao processo de separação dos. constituintes de substâncias moleculares, sem formação de iões, originando uma solução não-eletrolítica, ou seja, que não conduz a corrente eléctrica. Ex.: C12H22O11(s)  C12H22O11(aq). • Dissociação iónica ao processo de separação dos iões que. constituem as substâncias iónicas, originando uma solução electrolítica, ou seja, que conduz electricidade. Ex.: NaCl(s)  Na+(aq) + Cl-(aq). • Ionização ao processo de transformação de uma substância molecular em iões, originando uma solução electrolítica, ou seja, que conduz electricidade. Ex.: HCl(g)  H+(aq) + Cl-(aq) 16-03-2010. Dulce Godinho. 44.

(45) Teoria de Arrhenius ÁCIDO E BASE SEGUNDO ARRHENIUS. De acordo com Teoria da Dissociação Iónica, onde a condutividade eléctrica das soluções era devido à existência de iões livres,Arrhenius propôs uma definição para ácidos e para bases.. Ácido é um composto que contém. hidrogénio e, origina iões H+ em solução aquosa. HCl, HNO3, CH X 4, CH3COOH. 16-03-2010. Dulce Godinho. 45.

(46) Teoria de Arrhenius ÁCIDO E BASE SEGUNDO ARRHENIUS. Base é um composto que em solução aquosa origina iões hidróxido. ?. NaOH, NH3, NH4OH. 16-03-2010. Dulce Godinho. 46.

(47) Teoria de Arrhenius Força de Ácidos e Bases Ácidos Fortes – estão praticamente todos ionizados em água; Ácidos Fracos – estão parcialmente ionizados em água. Bases Fortes (óxidos e hidróxidos de metais alcalinos e. alcalino-terrosos) são completamente ionizados em solução; os iões óxido são convertidos em iões hidróxido.. Bases Fracas (amoníaco e seus derivados orgânicos, aminas) são. apenas parcialmente ionizadas em solução.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 47.

(48) Teoria de Arrhenius Ácidos Fortes. Bases Fortes. HBr HCl HI. Hidróxidos grupo I. HNO3 HClO4 H2SO4. Hidróxidos grupo II (Ca, Sr e Ba). HClO3. 16-03-2010. Dulce Godinho. 48.

(49) Teoria de Arrhenius CLASSIFICAÇÃO DOS ELECTRÓLITOS ELECTRÓLITOS FORTES compostos iónicos solúveis ácidos fortes bases fortes ELECTRÓLITOS FRACOS ácidos fracos bases fracas NÃO ELECTRÓLITOS compostos moleculares entre outros. 16-03-2010. Dulce Godinho. 49.

(50) Teoria de Arrhenius REACÇÃO ÁCIDO-BASE Reacção de Neutralização. Significa um composto iónico que foi formado pela neutralização de um ácido com uma base. ácido + base  sal + água HCl (aq) + NaOH (aq)  NaCl (aq) + H2O (l). 2 HNO3 (aq) + Mg(OH)2 (aq)  Mg(NO3)2 (aq) + 2 H2O (l). 16-03-2010. Dulce Godinho. 50.

(51) “Ver por dentro”!! H+ (aq) + Cl- (aq) + Na+ (aq) + OH- (aq)  Na+(aq)+Cl- (aq) + H2O (l). H+ (aq) + OH- (aq)  H2O (l). 2 H+ (aq) + 2NO3- (aq) + Mg2+ (aq)+ 2OH- (aq)  Mg2+ (aq) + 2NO3- (aq) + 2 H2O (l). 2H+ (aq) + 2OH- (aq)  2H2O (l) H+ (aq) + OH- (aq)  H2O (l). 16-03-2010. Dulce Godinho. 51.

(52) Desafio SABEMOS. 16-03-2010. Dulce Godinho. 52.

(53) Desafio SABEMOS. H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH- (aq) 16-03-2010. Dulce Godinho. 53.

(54) Desafio É um sólido. NH3 (g) + HCl (g) → ? 16-03-2010. Dulce Godinho. 54.

(55) Desafio ENTÃO. H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH- (aq). x. 2H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + OH- (aq) 16-03-2010. Dulce Godinho. 55.

(56) Teoria de Bronsted- Lowry Em l923, o Químico Johannes Bronsted propôs a seguinte definição: Um ácido é um doador de protões Uma base é um aceitador de protões A mesma definição foi proposta, de independente, pelo Químico Thomas Lowry, e a teoria passou a chamar-se de Bronsted- Lowry.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 56.

(57) Teoria de Bronsted- Lowry. Ácidos de Bronsted incluem todos os de Arrhenius. HCl(g) + H2O (l)  H3O+(aq) + Cl-(aq) A perda do protão pode chamar-se deprotonação Mas incluem também ácidos que não são ácidos segundo Arrhenius: HCO3- (aq) + H2O (l) ↔ H3O+(aq) + CO32- (aq) A força do ácido depende da capacidade que este tem em doar o protão. 16-03-2010. Dulce Godinho. 57.

(58) Teoria de Bronsted- Lowry Quando o solvente é a água a definição de ácido forte para Bronsted é a mesma que para Arrhenius: Ácidos Fortes – estão praticamente todos ionizados em água; Ácidos Fracos – estão parcialmente ionizados em água. “ionização” significa a doação de um protão a uma molécula de água; “parcialmente ionizados” significa que apenas uma pequena fracção de moléculas de ácido perdeu um protão.. 16-03-2010. Dulce Godinho. 58.

(59) Teoria de Bronsted- Lowry Uma Base de Bronsted é o ião óxido: O2CaO (s) + H2O (l)  Ca2+ (aq) + O2- (aq) + H2O (l) O2- (aq) + H2O (l)  2 OH- (aq). 16-03-2010. Dulce Godinho. 59.

(60) Teoria de Bronsted- Lowry Muitos compostos moleculares que contêm azoto também são bases. NH3 (g) + H2O (l) ↔ NH4+ (aq) + OH- (aq). 16-03-2010. Dulce Godinho. 60.

(61) Teoria de Bronsted- Lowry Ácidos e Bases Conjugados NH3 (g) + H2O (l) ↔ NH4+ (aq) + OH- (aq) base 1. ácido2. ácido 1. base 2. H2O / OHNH4+ / NH3. 16-03-2010. Dulce Godinho. 61.

(62) Auto-Protólise da Água Troca de Protões entre Moléculas de Água. 2H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + OH- (aq) É uma reacção ácido - base?. Água é uma substância ANFIPRÓTICA Comporta-se simultaneamente como ácido e como base. 16-03-2010. Dulce Godinho. 62.

(63) Constante de Autoprotólise -Kw Troca de Protões entre Moléculas de Água. 2H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + OH- (aq). 16-03-2010. Dulce Godinho. 63.

(64) Constante de Autoprotólise -Kw Sabe-se que a T=25ºC, na água pura, [H3O+ ]= [OH- ] =1 x 10-7 mol.dm-3. Kw = 1,0 x10-14 , T=25ºC. Analogia. 16-03-2010. Dulce Godinho. 64.

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