PARTE 1 – Aulas 1 a 5
FUNDAMENTOS DE POLUIÇÃO DO
SOLO
AULA 1
POLUIÇÃO DO SOLO - DEFINIÇÕES E CONCEITOS
1. BREVE HISTÓRICO DA POLÍTICA DE TRATAMENTO DE
SOLOS CONTAMINADOS
Os países industrializados relegaram a proteção do solo ao último posto na abordagem das políticas ambientais, sucedendo a preocupação com a água e o ar. Isto porque, por um grande equívoco, ele era considerado um receptor ilimitado de substâncias nocivas descartadas. Os gestores ambientais confiavam demasiadamente num suposto poder tampão e na sua capacidade de autodepuração. Somente a partir da década de 70 os países desenvolvidos dedicaram mais atenção ao tema. As principais políticas ambientais surgidas no mundo para proteção do solo começaram no início da década de 80, em função de alguns desastres espetaculares ocorridos nos EUA (Love Canal), Holanda (Lekkerkerk) e Canadá (Ville la Salle).
Os países industrializados também perceberam que o passivo ambiental era muito maior do que o esperado. Alguns números: a) na Alemanha, estima-se que a remediação do passivo ambiental no solo custe cerca de US$ 50 bilhões; b) na Comunidade Européia, como um todo, a estimativa sobe para US$ 300 bilhões.
A evolução das políticas voltadas para a proteção do solo pode ser assim resumida: Primeira Geração: década de 70 e início da década de 80
o Eram políticas reativas, isto é, produzindo leis que focam a defesa ao perigo e inibem a reutilização do meio afetado.
o Exemplos: USA (CERCLA), Holanda Segunda Geração: década de 80
o Eram políticas corretivas, produzindo leis que regulamentam a questão da responsabilidade legal e apresentam critérios para a remediação conforme o uso do solo.
o Exemplos: Leis estaduais/Alemanha Terceira Geração: década de 90
o Eram políticas voltadas para o conceito do ciclo econômico e da prevenção, produzindo leis que minimizam a responsabilidade, incentivam e viabilizam a reutilização através da relação entre o objetivo da remediação, uso futuro do solo e flexibilização dos padrões.
2. DEFINIÇÕES DE POLUIÇÃO
a. No sentido etimológico, Poluição vem do latim polure
b. Poluição é a presença no ambiente de determinadas substâncias químicas prejudiciais aos seres vivos de um ambiente;
c. Emissão de resíduos sólidos, líquidos e gasosos em quantidade superior à capacidade de absorção pelo meio ambiente, gerando um desequilíbrio ambiental que interfere na vida dos animais e plantas, e nos mecanismos de proteção do planeta Terra;
d. Lei Federal 5087/61: “Poluição é qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas das águas, que possa importar prejuízo à saúde, à segurança e ao bem estar das populações e ainda comprometer a sua utilização, para fins agrícolas, industriais, recreativos e, principalmente, a existência normal da fauna aquática”;
e. Decreto-Lei 303/67 (que criou o CONAMA), a poluição é definida na mesma linha: “Poluição é qualquer alteração das propriedades físicas ou biológicas do meio ambiente (solo, água e ar) causada por qualquer substância sólida, líquida, gasosa ou qualquer estado da matéria, que direta ou indiretamente, seja nociva ou ofensiva à saúde, à segurança e ao bem-estar das populações”;
f. Decreto Federal 76.389/75 tornou a definir poluição, quase nos mesmos termos, acrescentando apenas alguns incisos: I – prejudicar a saúde, a segurança e o bem-estar da população; II - criar condições adversas às atividades sociais e econômicas; III - ocasionar danos relevantes à flora, à fauna e a outros recursos naturais;
g. Lei Federal 6.938/81, em seu artigo terceiro, define: “Poluição é a degradação da qualidade ambiental resultante das atividades que direta ou indiretamente prejudiquem a saúde, a segurança e o bem estar da população; criem condições adversas às atividades sociais e econômicas; afetem desfavoravelmente a biota; afetam as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente; lancem matéria ou energia em desacordo com os padrões ambientais estabelecidos”;
h. RESOLUÇÃO CONAMA 001/86.
3. DIFERENÇA ENTRE “CONTAMINAÇÃO” E “POLUIÇÃO”
Contaminação: lançamento de matéria ou energia até o limite que o meio pode suportar(definido como LT ou Limite de Tolerância);
Poluição: lançamento de matéria ou energia acima do limite de tolerância ou assimilação do meio ambiente.
Ampliando-se um pouco mais os conceitos apresentados anteriormente, podemos dizer que uma área contaminada se define como um local ou terreno onde há, comprovadamente, qualquer degradação da qualidade ambiental, sendo causada pela introdução de quaisquer substâncias (metais pesados, pesticidas, hidrocarbonetos, etc.) ou resíduos
(domésticos, industriais, hospitalares), de modo acidental ou natural por atividades humanas.
Nesse terreno, os contaminantes podem concentrar-se em sub superfície nos diferentes compartimentos do ambiente (solo – zonas saturada e não-saturada -, sedimentos, rochas, águas subterrâneas, raízes dos vegetais) e até mesmo em paredes e pisos de edificações próximas.
A partir desses meios, os poluentes ou contaminantes podem se propagar por meio de diversas vias de transporte: ar, solo, águas, vento, etc., degradando as características naturais do meio e determinando impactos negativos ou riscos sobre os bens a proteger, na área ou em suas imediações. Os bens a proteger, segundo a Lei 6938/81, são:
A saúde e o bem-estar da população; A fauna e a flora;
A qualidade do solo, das águas e do ar;
Os interesses de proteção à natureza/paisagem;
A ordenação territorial e planejamento regional e urbano; A segurança e ordem pública.
Nas áreas de mineração, costuma-se empregar particularmente o termo área degradada, que enfoca particularmente o solo, mas não exclui outros compartimentos ambientais. A degradação pode incorporar a mudança de propriedades físicas e químicas do solo, tais como:
Mudança de sua estrutura; Alteração da compacidade; Perda de solo (erosão); Salinização;
Lixiviação; Deposição ácida;
Introdução de qualquer poluente.
Concentração < LT: contaminação
Concentração nula de poluentes LT (Limite de tolerância) Concentração > LT: poluição
Os processos de degradação podem ocorrer isoladamente (alterações somente físicas ou somente químicas) ou em conjunto. A legislação brasileira (Lei Federal 6938/81 e Decreto Federal 99274/90) determina a responsabilização e penalidades para o caso de poluição, instituindo a obrigação do empreendedor de recuperar as áreas degradadas. O poluidor, pela lei, está também obrigado a indenizar pelos danos causados.
4. TIPOS DE POLUENTES NA SOCIEDADE MODERNA
a. Esgotos domésticos b. Resíduos sólidos urbanos c. Resíduos industriais
d. Resíduos sépticos de unidade de saúde e. Gases tóxicos
f. Resíduos de mineração g. Praguicidas
5. CATEGORIAS DAS FONTES DE CONTAMINAÇÃO
Primeira Categoria: descarga de substâncias no subsolo.
o Tanques sépticos; o Fossas negras;
o Poços de injeção de substâncias perigosas, como águas salgadas na exploração do petróleo;
o Aplicação de efluentes líquidos (esgotos domésticos ou industriais) diretamente sobre o solo;
o Deposição de lamas de decantação de unidades industriais e estações de tratamento de esgotos;
o Deposição de resíduos oleosos de refinarias.
Segunda Categoria: armazenamento, tratamento e disposição de substâncias no solo.
o Aterros sanitários; o Lixões;
o Aterros industriais; o Botas-fora;
o Lagoas de armazenamento e tratamento de efluentes líquidos; o Depósito de pilhas de resíduos de mineração;
o Tanques de armazenamento de substâncias (aéreos ou subterrâneos).
Terceira Categoria: transporte de substâncias contaminadas em dutos enterrados ou não.
o Oleodutos;
o Tubulações para transporte de esgotos domésticos e industriais; o Transporte de substâncias químicas em dutos enterrados;
o Transporte de produtos perigosos em vagões e caminhões.
Quarta Categoria: irrigação, fertilização, ferti-irrigação, aplicação de pesticidas.
o Irrigação de lavouras; o Aviação agrícola.
Quinta Categoria: construção de caminhos preferenciais para entrada de contaminantes.
o Poços de produção de petróleo; o Poços de monitoramento.
6. PRINCIPAIS PROBLEMAS CAUSADOS PELAS ÁREAS
CONTAMINADAS
6.1. Riscos à segurança das pessoas e das propriedades
Contaminação das águas subterrâneas utilizadas no abastecimento público (poços artesianos) e domiciliar (cisternas);
Acúmulo de gases em residências, garagens e porões (vazamento de combustíveis em poços de abastecimento, vazamento de metano em aterros sanitários);
Possibilidade de ocorrência de explosões e incêndios. 6.2. Riscos à saúde pública e aos ecossistemas
Aumento do número de doentes em virtude do contato com substâncias químicas presentes em águas subterrâneas ou solo;
Ingestão de alimentos contaminados; Inalação de vapores.
6.3. Restrições ao desenvolvimento urbano
Fechamento de indústrias e de cinturões industriais; Afastamento de investidores;
Inadequação para abertura de novos bairros e centros de lazer. 6.4. Redução do valor da terra
Desvalorização de terrenos;
7. EXERCÍCIOS
1) Por que, antes da década de 70, considerava-se que o solo era um receptor ilimitado para qualquer tipo de poluente?
2) Como você definiria a capacidade-tampão do solo? 3) O que é “autodepuração”?
4) O que é “passivo ambiental”?
5) Observe atentamente a definição de poluição segundo a Lei Federal 6.938/81 e responda:
a. O que significa “degradar” e qual a diferença entre “degradar” e “alterar”? b. Dentro da essência da definição legal de poluição, você enquadraria a atividade
de um vulcão como poluição?
c. Segundo Einstein, Meio Ambiente é tudo aquilo que nos exclui. No entanto, a Lei 6.938/81 cria segmentos específicos, com vistas a facilitar os estudos de especialistas (geólogos, hidrólogos, biólogos, economistas, etc.). Quais são os compartimentos do Meio Ambiente que você consegue identificar na definição? 6) Dê um exemplo de poluição causada por atividades humanas de modo acidental e outro
de modo natural.
7) Destaque a principal diferença entre os conceitos de “contaminação” e de “poluição”. 8) Quais as principais alterações nas propriedades físicas e químicas do solo que você
notaria numa mineração?
9) O princípio do “poluidor-pagador” está expresso na legislação ambiental dos principais países do mundo, inclusive o Brasil. Como você o interpreta?
10) Consideremos uma velha indústria abandonada, localizada a menos de 50 m de um ribeirão, com lençol freático raso e solo muito permeável. Uma visita ao sítio industrial mostrou os seguintes aspectos:
Vazamento de tanques enterrados; Vazamento do sistema de tubulação;
Valas enterradas contendo barris enferrujados e com resíduos tóxicos; Percolação no substrato de antigos vazamentos;
Resíduos abandonados sobre o solo.
Diagnóstico preliminar
Descrição Sim Não
Contaminação do solo
Contaminação de águas superficiais Contaminação de águas subterrâneas
Frente de contaminação movendo-se em direção ao rio Deposição de metais pesados nos sedimentos do rio Efeitos sobre a vegetação
Efeitos sobre as pessoas que moram na região
Com base nestes dados, estabeleça alguns cenários possíveis de diagnóstico, preenchendo o quadro acima.
11) Considere um antigo local de disposição de resíduos, contendo resíduos sólidos domésticos, resíduos sólidos industriais, lodos de ETE, entulhos, solo e escória. Após um trabalho de campo, marque os possíveis cenários para diagnóstico, preenchendo o quadro seguinte.
Diagnóstico preliminar Descrição
Sim Não
Percolação de lixiviados no subsolo e águas do freático Poluição da água subterrânea
Poço captando água contaminada
Irrigação de hortaliças com água contaminada Perda de potabilidade da água subterrânea Emissão de gases tóxicos
Risco de explosão pela entrada de metano nas casas Entrada de gases nocivos pela tubulação
Rachaduras nas construções
Doenças de pele nos moradores das vizinhanças Ingestão de substâncias tóxicas por animais
12) Faça a leitura do texto abaixo. Em seguida: a) relacione todas as palavras cujo significado você desconhece; b) indique as palavras-chave do texto.
“A CONTAMINAÇÃO DO SOLO”
A contaminação e a poluição do solo ocorrem sempre quando há descargas voluntárias ou acidentais de poluentes, diretamente sobre ele ou indiretamente através da água e de deposições atmosféricas. É uma conseqüência inevitável do uso da terra para expansão de centros urbanos, para atividades agrícolas e pecuárias e para a ocupação industrial. Os poluentes podem ser resíduos perigosos ou não, gerados em zonas urbanas ou rurais, sendo o lixo doméstico um dos maiores agentes de poluição.
Em geral, a contaminação do solo é problemática quando se verifica: • Uma fonte de contaminação capaz de ameaçar indivíduos e bens;
• Transferência de poluentes para outros meios: águas superficiais, águas subterrâneas, ar, fauna e vegetação.
A tecnologia atualmente disponível para descontaminação de solos ainda não fornece resultados completamente satisfatórios (principalmente para os HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS HALOGENADOS E METAIS PESADOS). Para cada tipo de contaminante, utiliza-se um processo específico, principalmente em função da ligação do contaminante com as partículas do solo. As argilas têm afinidade elevada para a maior parte das substâncias contaminantes, por mecanismos físicos e químicos. Em geral, o tratamento de solos argilosos contaminados consiste em remover as ligações entre os poluentes e as partículas do solo ou em extrair as partículas de solo contaminadas. Em seguida, é feita a separação do fluido enriquecido em contaminantes das partículas de solo limpas. Às vezes, pode ser necessário incluir um circuito de exaustão e tratamento de ar, se for provável a liberação de compostos voláteis (gasosos). Quando a fração argila é superior a 30%, esta técnica pode torna-se inviável técnica e economicamente.
EXERCÍCIO RESOLVIDO
Num acidente de trânsito, com vazamento para o meio ambiente, verificou-se que 2 toneladas de ácido sulfúrico foram despejadas numa lagoa, cuja capacidade é de 150.000 m3. Qual a concentração da solução final?
SOLUÇÃO:
Massa de H2SO4 = 2.000 kg ou 2.000.000 g
Massa de H2O = 150.000.000 kg ou 150.000.000.000 g Massa total, após a mistura = 150.002.000.000 g
Logo, a concentração de ácido sulfúrico na solução é:
C = (2.000.000/150.002.000.000) x 100 = 1,3333 x 10-3 % ou 0,001333. Em cada 1000 kg de água (1.000.000 g) existem 1,333 kg de ácido sulfúrico.
Se admitirmos que o máximo tolerado seria de 1 g/L, poderíamos definir o vazamento como POLUIÇÃO da água e não CONTAMINAÇÃO, porque o limite tolerado estaria sendo ultrapassado.
LEITURA COMPLEMENTAR 1
CONCEITOS IMPORTANTES DE QUÍMICA EM
POLUIÇÃO DO SOLO
CRISTAIS
CRISTAIS são corpos sólidos homogêneos formados em escala atômica. São confinados por superfícies planas lisas, que são a expressão externa de um arranjo atômico interno ordenado que se repete indefinidamente (em forma de tetraedros, octaedros, etc.). Este arranjo atômico se chama estrutura cristalina. Nem todos os agrupamentos atômicos formam cristais; alguns porque não são sólidos (caso do mercúrio, por exemplo, que na temperatura de 25°C é líquido) ou porque são amorfos (isto, é, sem forma alguma), como é o caso dos vidros vulcânicos. A água forma cristais quando se transforma em gelo. Uma solução de água e sal de cozinha, quando a água evapora, deixa cristais de NaCl no fundo do recipiente.
Grosseiramente, as maiores proporções da fase sólida dos solos consistem de partículas compostas por cristais minerais.
Os cristais podem ser formados dos seguintes modos:
a) A partir de soluções: os íons se combinam à medida que eles se separam de soluções e gradualmente constroem um sólido de estrutura e forma definida. A precipitação de cloreto de sódio é um exemplo deste tipo de formação de cristais;
b) Por fusão: os cristais são formados diretamente a partir de um líquido como resultado de resfriamento. A solidificação do magma para minerais de rochas ígneas, e de água para gelo são exemplos;
c) A partir do vapor: embora não seja um exemplo importante na formação de minerais
dos solos, cristais podem ser formados diretamente a partir do resfriamento de vapores. Exemplos de cristais formados por este modo incluem flocos de neve.
Todos os cristais têm certas características que podem ser usados para distinguir diferentes classes ou grupos de minerais. Variações dessas características produzem diferentes propriedades:
1) ESTRUTURA: Os átomos de um cristal são arranjados de um modo ordenado para formar uma rede tridimensional semelhante a uma “veneziana”. A menor divisão de um cristal que poderá possuir as propriedades características do cristal é chamada de
CELA UNITÁRIA (seria semelhante a uma das ripas da veneziana), isto é, é a célula unitária básica de repetição da unidade de espaçamento da veneziana.
2) CLIVAGEM E FORMAS EXTERNAS: Os ângulos entre as faces correspondentes nos cristais de uma mesma substância são constantes. A propriedade que permite ao cristal se partir ao longo das superfícies lisas planas, quando recebe um impacto, é denominada CLIVAGEM.
3) PROPRIEDADES ÓTICAS: Por causa dos específicos arranjos atômicos dentro de cristais, eles são aptos tanto para refletir quanto para polarizar a luz. Usa-se essas propriedades na identificação e classificação de diferentes materiais cristalinos.
4) DIFRAÇÃO ELÉTRICA e RAIO-X: O fato de que diferentes cristais têm diferentes comportamentos à difração elétrica e à difração ao raio-Xe eletrônica torna-se uma ferramenta poderosa para o estudo de cristais, particularmente para materiais compostos de partículas muito finas, tais como argilas, que não podem ser estudadas opticamente. 5) SIMETRIA: Há 32 classes distintas de cristais baseadas em considerações de simetria,
envolvendo o arranjo e a orientação de faces de cristal, que podem ser agrupadas em seis sistemas de cristais com as classes dentro de cada um exatamente relacionado com os outros. Os grupos das classes são: a) Sistema isométrico ou cúbico; b) Sistema hexagonal; c) sistema tetragonal; d) Sistema ortorrômbico; e) Sistema monoclínico; f) sistema triclínico.
SUBSTÂNCIAS COLOIDAIS (OU COLÓIDES). SOLUÇÕES COLOIDAIS. SUSPENSÕES
Substâncias coloidais ou colóides são partículas dispersas em um meio dispersante
apropriado, sendo o tamanho dessas partículas variável entre 1 e 100 µm ( 1µ = 10-6
m). Os
colóides podem estar no estado amorfo ou cristalino. Há uma distinção entre SUBSTÂNCIA COLOIDAL e SOLUÇÃO COLOIDAL, sendo o primeiro conceito definido como acima. Já a solução coloidal pode ser expressa como a mistura de dois ou mais componentes, onde o meio disperso apresenta partículas de tamanho médio variando entre 1 e 100 µm. Por outro lado, as suspensões têm tamanhos de partículas maiores que 100 µm. Veja algumas propriedades das suspensões, soluções e soluções coloidais no quadro LC-1.1.
CÁTIONS. VALÊNCIAS. ÂNIONS
Os cátions podem ser considerados como provenientes dos átomos neutros (metais) quando estes perdem elétrons. Podem perder um, dois ou três elétrons, recebendo então os nomes de monovalentes, bivalentes e trivalentes. Exemplos: Li+, Ca2+, Al3+.
Um processo de memorização dos cátions é o seguinte (ver Tabela Periódica): Os metais alcalinos são sempre monovalentes;
Os metais alcalino-terrosos são sempre bivalentes;
A maioria dos cátions é simples (provém de um só átomo). Exceção, por exemplo, é o cátion amônio NH4-.
Ânions simples podem ser considerados como provenientes dos átomos neutros quando estes ganham elétrons. Os compostos podem ser considerados como derivados dos ácidos correspondentes (exemplo: o SO4- é derivado do ácido sulfúrico quando ele perde dois prótons H+.
QUADRO LC-1.1 – Propriedades de partículas coloidais
Propriedades Soluções Soluções coloidais Suspensões
Tamanho médio das partículas dispersas
< 1 µm Entre 1 e 100 µm > 100 µm Visibilidade em
microscópio comum
Invisíveis Invisíveis Visíveis Visibilidade em
ultramicroscópio
Invisíveis Identificáveis Visíveis Visibilidade em
microscópio eletrônico
Invisíveis Visíveis Visíveis Comportamento quanto à
filtração
Não-retidas, mesmo nos ultrafiltros
Retidas só nos ultrafiltros Retidas por papel-filtro comum Comportamento quanto à
difusão
Difundem-se Difundem-se lentamente Não se difundem Comportamento quanto à
centrifugação
Não sedimentam nem com o emprego das
ultracentrífugas Sedimentam com o emprego das ultracentrífugas Sedimentam espontaneamente e mais rapidamente com o uso de
centrífugas comuns
LIGAÇÕES IÔNICAS
Ligações iônicas são aquelas que ocorrem entre dois elementos químicos, na qual um deles cede um elétron da última camada e o outro recebe. Ambos tendem a atingir a estabilidade eletrônica semelhante ao gás nobre (estável) de número atômico mais próximo. Chama-se de íon o elétron livre da última camada, que pode ser preso a outro, tendo cargas opostas. Nos compostos iônicos mais comuns, a camada eletrônica envolvida é a última, também chamada de “camada de valência”. Os elementos químicos que possuem 1,2 ou 3 elétrons na última camada, tendem a perdê-los para um elemento receptor, com 5,6 ou 7 elétrons no último nível. Em qualquer caso, a tendência é a de ficar com 8 elétrons no último nível (regra do octeto). No caso do cloreto de sódio, temos que o cloro é monovalente negativo (2+8+1) e o sódio é monovalente positivo (2+8+7).
Todos os metais alcalinos perdem 1 elétron. Todos os metais alcalino-terrosos (à exceção do berilo) perdem 2 elétrons. Na família do boro, excluído ele próprio, os demais elementos tendem a perder 3 elétrons. Na família do nitrogênio, ele e o fósforo tendem a ganhar 3 elétrons. Na família dos calcogênios, a tendência geral é ganhar 2 elétrons. Na família dos halogênios, a tendência é ganhar 1 elétron (acompanhe com a Tabela Periódica).
Os compostos formados por ligações iônicas são constituídos por estruturas cristalinas, que são arranjos espaciais de íons. Esses arranjos (ou retículos cristalinos), costumam ser denominados de “células elementares” pois têm uma característica de repetição ou empilhamento, onde os íons negativos e os positivos sempre se alternam. No caso do NaCl (cloreto de sódio), cada íon Na+ é rodeado por 6 íons Cl- e vice-versa. A célula elementar é um cubo que tem o centro ocupado, ora por um Na+, ora por um Cl-. O número de íons de carga oposta que circundam um determinado íon é chamado de número de coordenação. Como a ligação iônica se estabelece entre elementos de características opostas (doadores e receptores de elétrons) os melhores doadores de elétrons são os elementos com baixo potencial de ionização (metais) e os melhores receptores são os elementos com alta afinidade eletrônica (não-metais). Deste modo, as ligações iônicas estabelecem-se entre metais e não-metais.
Nos compostos (ou agregados) iônicos, os íons são presos por forças de coesão, de caráter elétrico, responsáveis pela natureza sólida e pelos altos pontos de fusão e de ebulição que os caracterizam.
A rigor, as substâncias formadas por ligações iônicas não possuem moléculas e sim agregados iônicos (cristais). Quando essas substâncias passam do estado sólido para o líquido (fusão), há o rompimento do retículo, o que dá mobilidade aos íons, e o material torna-se então condutor de corrente elétrica.
LIGAÇÕES COVALENTES
Ligações covalentes são aquelas que se processam sem a transferência de elétrons entre átomos. Neste tipo de ligação, na formação de pares de elétrons, constituídos por elétrons dos dois átomos, os elétrons são compartilhados pelos átomos que se ligam. No caso do gás cloro (Cl2) falta um elétron a cada átomo de Cl para formar o octeto. Então, o octeto só pode ser formado pelo compartilhamento de dois elétrons por cada átomo de cloro.
Em suma, a ligação covalente é oposta à ligação iônica, já que ela se estabelece entre átomos cuja tendência é RECEBER elétrons, do que resulta a necessidade de compartilhamento. Geralmente, essas ligações ocorrem com os elementos situados à direita do sistema periódico (não-metais e semi-metais).
Exemplos de compostos covalentes são: Gases (F2, Cl2, H2, O2, N2) Líquidos (Br2, H2O2, H2O) Sólidos (I2, S8, P4).
Importantes exemplos de compostos covalentes são ainda: Monóxido de carbono
Dióxido de carbono Amônia e amônio
Ácidos oxigenados de cloro
Alguns ácidos de enxofre, nitrogênio e carbono.
As substâncias covalentes podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. As forças de coesão são muito fracas, de modo que a separação das moléculas é muito grande nos gases. Nos líquidos, a coesão já é mais intensa, enquanto que nos sólidos ela aumenta mais ainda. As ligações covalentes, ao contrário das iônicas, originam moléculas, entre as quais podem existir forças do tipo dipolo-dipolo (entre moléculas polares), pontes de hidrogênio (entre moléculas polares em que o hidrogênio está ligado a átomos muito eletronegativos) e forças de Van der Waals (ocorrendo entre moléculas apolares).
Os compostos covalentes não são condutores de eletricidade, nem mesmo no estado líquido, pelo fato de não possuírem íons.
LIGAÇÕES POLARES E NÃO-POLARES
Todas as ligações covalentes entre átomos de mesma eletronegatividade são não-polares (exemplo: H2). Já as ligações covalentes entre átomos de eletronegatividades diferentes são polares (exemplo: HCl, em que o cloro tem maior eletronegatividade que o hidrogênio). As moléculas de uma substância são ditas POLARES quando elas são assimétricas, isto é, o centro geométrico das cargas positivas não coincide com o das cargas negativas. O exemplo típico de substância POLAR é a água. Exemplos típicos de substâncias
APOLARES são o CO2 o CH4 (gás metano).
CONCENTRAÇÃO
A concentração é o critério utilizado para indicar a quantidade de soluto (material que é
dissolvido) dissolvida em um determinado volume ou em uma determinada massa de solução. A concentração pode ser expressa das seguintes formas:
Em g/l: C= massa do soluto (g)/volume da solução (l)
Em moles/l (molaridade): C= número de moles do soluto (moles)/volume da solução (l)
Em equivalente-grama (eq-g)/litro (normalidade): C= número de equivalentes-grama (eq-g)/volume da solução (l).
NOTAS:
1) O número de moles é igual à própria massa do soluto.
2) Para se calcular o número de equivalentes-grama do soluto, divide-se a massa molecular do soluto pelo número de átomos de hidrogênio. No caso do ácido sulfúrico, o equivalentes-grama será 98/2=49 g e o número de equivalentes-grama será a massa do
soluto dividida pelo equivalente grama. Exemplo: 455,6 g de H2SO4 terá nE1 = 455,6/49=9,3 eq-g.
ÁCIDOS, BASES, SAIS e ÓXIDOS
Ácidos são os compostos químicos que, em solução aquosa, se ionizam, libertando como cátions exclusivamente íons hidrônio (H3O+). A ionização posterior dos ácidos leva à formação de ânions simples ou compostos, geralmente formados por não-metais. Os ácidos de Arrhenius são substâncias covalentes, de um modo geral solúveis em água, em diferentes graus de ionização. Os ácidos inorgânicos em geral são solúveis em água, e sua dissolução é acompanhada de ionização, que poderá ocorrer em maior ou menor grau, dependendo do ácido. TODOS OS ÁCIDOS SÃO COVALANTES, mas quando postos em contato com a água, reagem originando íons.
Os ácidos que se ionizam quase totalmente em soluções diluídas são chamados de ácidos fortes. Os ácidos que se ionizam parcialmente, mesmo em soluções diluídas, são ácidos fracos. O íon H+ não existe livre em solução aquosa, pois está sempre associado à água, com a qual forma o íon hidrônio. O próprio hidrônio atrai moléculas polares da água. O importante é o próton H+, pois é ele que participa das reações. A água provoca o aparecimento de íons.
Em suma, ácidos são substâncias capazes de ceder prótons H+ ou de receber pares eletrônicos. Todo ácido contém pelo menos um H na fórmula estrutural.
A formulação dos ácidos é simples: basta juntar prótons H+ com ânions, sendo necessários tantos prótons quantas forem as cargas dos ânions, até a neutralização completa. A nomenclatura é simples, sendo o nome do ácido derivado do nome do ânion:
Eto Æ iço (cloreto Æ ácido clorídrico) Ito Æ oso (nitrito Æ ácido nitroso) Ato Æ ídrico (nitrato Æ ácido nítrico).
As exceções ficam por conta do ácido sulfúrico e do ácido fosfórico.
Bases são compostos químicos que, em solução aquosa, se dissociam ionicamente, libertando como ânions exclusivamente íons hidroxila (OH-). As bases são substâncias iônicas. Consideram-se bases fortes aquelas que se dissociam quase totalmente em soluções diluídas. Bases fracas são as que se dissociam parcialmente em soluções diluídas. O hidróxido de sódio é uma base forte. O hidróxido de amônio é uma base fraca. Além do mais, todas as bases dos metais alcalinos e os hidróxidos de cálcio, estrôncio e bário, em soluções diluídas, comportam-se como bases fortes. Todas as demais bases são fracas, sendo solúvel apenas o NH4OH. Um ácido de Arrhenius sempre reage com uma base de Arrhenius, já que o H+ do ácido é neutralizado pelo OH- da base, ou vice-versa.
Em suma, bases são substâncias capazes de receber prótons H+ ou de doar pares eletrônicos. Toda base contém pelo menos um OH na fórmula estrutural. Juntando-se
ânions OH- a cátions, são obtidas as bases, sendo necessários tantos ânions quantas forem as cargas dos cátions, até a neutralização completa (exemplo: NaOH). A nomenclatura das bases é constituída de:
Hidróxido de (nome do cátion).
A reação de um ácido com uma base produz um SAL, que é recuperado pela evaporação. Devemos lembrar que a água não é o único solvente de ácidos e bases.
Sais são compostos químicos que provêm ou dos ácidos (pela substituição total ou parcial dos seus hidrogênios ionizáveis por cátions) ou das bases (pela substituição total ou parcial dos grupos OH- pelos ânions dos ácidos). Os sais podem ser considerados como uma
reação de neutralização. Será uma neutralização total quando no sal formado não restarem nem grupos OH- nem hidrogênios ácidos. Caso contrário, será parcial.
Os sais provenientes de neutralização total são chamados de sais neutros (normais). Os que apresentam grupos básicos (OH-) são chamados de sais básicos (hidroxissais). E os que apresentam hidrogênios ácidos, são chamados de sais ácidos (hidrogenossais).
A solubilidade em água de bases e sais produz dissociação. Exemplos: Todos os sais de metais alcalinos são solúveis;
Todos os sais de amônio são solúveis;
Todos os sais que contêm ânions NO3-, ClO3-, ClO4-, C2H3O2- são solúveis. São parcialmente solúveis: AgC2H3O2, KclO4, NH4ClO4;
Etc.
Os sais não contêm nem H nem OH na sua fórmula estrutural. Os sais resultam da associação conveniente de cátions e ânions, até a total neutralização (exemplo: FeCl3). A nomenclatura dos sais é simples:
(nome do íon) de (nome do cátion) Æ fosfato de potássio, e.g.
A nomenclatura geral é mais complicada, pois tem de levar em conta se é um sal normal, um sal ácido ou um sal básico, um sal hidratado, um sal duplo ou um sal misto.
Óxidos são compostos binários em que o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Quase todos os elementos do sistema periódico formam óxidos, na maioria dos casos mais de um. Os óxidos podem ser iônicos, quando formados por metais alcalinos ou alcalino-terrosos, ou moleculares, que de um modo geral são formados com os não-metais (NO, por exemplo).
A nomenclatura dos óxidos depende do número de óxidos que o elemento pode formar. Se forma apenas um, emprega-se a palavra óxido seguida da preposição de e do nome do elemento; mas há outros casos não tão simples, quando o elemento forma vários óxidos, ou quando se trata de óxidos duplos ou óxidos provenientes de ácidos.
Hidretos são compostos binários hidrogenados, como o HCl. O elemento mais eletronegativo é representado sempre à direita da fórmula estrutural. Os hidretos metálitos são iônicos, onde o hidrogênio forma o íon H-. Os hidretos não-metálicos são covalentes, destacando-se os hidrocarbonetos. A nomenclatura é simples, pois emprega-se a palavra hidreto, seguido da preposição de e do nome do elemento que o forma (hidreto de sódio, etc.)
ÁREA SUPERFICIAL
Área superficial é a superfície disponível para o ataque químico para intemperização de minerais. Quanto menor o tamanho da partícula, maior é a sua superfície em relação ao volume.
ELETRÓLITOS
Chamam-se eletrólitos todas as substâncias que se dissolvem em água, produzindo ou liberando íons e possibilitando a condução de corrente elétrica. Os eletrólitos podem ser iônicos (quando a água separa os íons que os constituem) ou covalentes (quando ocorre reação com as moléculas de água, produzindo ionização ou formação de íons).
Os eletrólitos fortes são aqueles que tornam a água muito boa condutora de corrente elétrica, por liberar grande quantidade de íons em solução (sais solúveis – NaCl -, ácidos fortes – HCl -, bases fortes – NaOH).
Eletrólitos fracos são os que tornam a água fraca condutora da corrente elétrica, como os sais insolúveis, as bases fracas e os ácidos fracos.
REAÇÕES QUÍMICAS
As reações químicas podem ser de diversos tipos: exotérmicas, endotérmicas, rápidas, lentas, reversíveis, irreversíveis, de oxi-redução ou sem oxi-redução, de síntese ou de decomposição, de fotólise, de eletrólise, de deslocamento ou simples troca ou de dupla troca.
Ocorre uma reação química entre íons em meio aquoso sempre que houver formação de um composto praticamente insolúvel (ou pouco solúvel), ou pouco ionizado, ou gasoso. Todos estes tipos de reação se processam sem oxi-redução.
Já as reações com oxi-redução são tais que a substância que ganha elétrons e se reduz, provoca a perda de elétrons em outra substância e sua conseqüente oxidação (por isso, chama-se de oxidante). Inversamente, a substância que perde elétrons, se oxida e obriga a outra substância a reduzir-se (é assim uma substância redutora).
A camada dupla é constituída pelo conjunto de íons e ânions situados no espaço interpartículas de solos finos, cuja concentração diminui à medida que se afasta da superfície das partículas. Em geral, as cargas positivas são mais concentradas nas proximidades da superfície pelo fato que ali ocorrem, na superfície dos argilominerais, mais quantidade de cargas negativas.
SUBSTITUIÇÃO ISOMÓRFICA
O conceito de substituição isomórfica está relacionado com a descrição de alguns dos cristais de silicatos. A substituição isomórfica é um fator muito importante na estrutura e no comportamento dos minerais argilosos. Numa lâmina ideal de gibbsita, apenas dois terços dos espaços octaédricos estão preenchidos, e todos os cátions são de alumínio. Em uma lâmina ideal de brucita, todos os espaços octaédricos estão preenchidos pelo magnésio. Em uma lâmina ideal de sílica, todos os espaços tetraédricos estão preenchidos por silícios. Entretanto, nos argilominerais que ocorrem na natureza, algumas das posições tetraédricas e octaédricas são ocupadas por outros cátions que não aqueles da estrutura ideal. Exemplos comuns são alumínio em lugar de algum silício, magnésio em vez de alumínio e ferro ferroso (Fe2+) por magnésio. Esta ocupação de uma posição octaédrica ou tetraédrica por um outro cátion que não aquele normalmente encontrado, sem carga na estrutura cristalina, chama-se de SUBSTITUIÇÃO ISOMÓRFICA. As distribuições de cátions tetraédricos ou octaédricos se desenvolvem durante a formação inicial do mineral, não por substituição posterior.
DESLOCAMENTO OU SUBSTITUIÇÃO
O deslocamento ou substituição de íons é uma reação química em que um átomo cede ou recebe elétrons de outro.
SUPERFÍCIE ESPECÍFICA
A superfície específica é a relação numérica da área superficial das partículas em relação a uma determinada massa de solo fino.
TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS QUÍMICOS
A Tabela Periódica é o arranjo dos elementos químicos em ordem crescente de números atômicos, na qual se observa uma repetição sistemática e periódica das propriedades físicas e químicas desses elementos. Numa tabela periódica, distinguem-se:
7 linhas horizontais (períodos);
Colunas normalmente numeradas de 1 a 8 (grupos ou famílias);
Subdivisões dos grupos em sub-grupos (A, B), facilitando a classificação.
A principal característica dos elementos químicos da tabela é a de estado a 25°C (temperatura ambiente), em que os gases nobres, o flúor, o cloro, o oxigênio, o nitrogênio e o hidrogênio são gasosos (11); o bromo e o mercúrio são líquidos (2) ; e os demais são
sólidos (94). A tabela periódica congrega 107 elementos químicos, dos quais 17 são obtidos artificialmente.
Os grupos em que se distribuem os elementos químicos são:
Metais: perdem elétrons com facilidade dando origem a íons positivos (cátions), geralmente sólidos;
Não-metais: propriedades opostas às dos metais;
Semi-metais: características intermediárias entre os dois; Gases nobres: grande estabilidade química.
Considerando agora os grupos e sub-grupos, temos:
Grupo 1A: Família dos ALCALINOS (podem ser encontrados nas plantas, principalmente o sódio e o potássio);
Grupo 2A: Família dos ALCALINO-TERROSOS, semelhantes aos alcalinos, mas encontráveis na terra;
Grupo 3A: Família do Boro, porque este é o primeiro elemento; Grupo 4A: Família do carbono, de especial importância;
Grupo 5A: Família do nitrogênio;
Grupo 6A: Família dos calcogênios, sendo representado pelo primeiro elemento, o oxigênio;
Grupo 7A: Família dos halogênios, cujos elementos mais importantes são o cloro, o bromo e o iodo (formam compostos orgânicos);
Grupo 1B: família do cobre; Grupo 2B: família do zinco;
Grupos 3B a 8B: elementos de transição simples (ou metais de transição: Fé, Ru, Os e eventualmente, conforme alguns, Cu, Zn);
Lantanídios (terras raras) e actinídios
FORÇAS INTER-PARTÍCULAS
Cinco tipos de ligações inter-camadas são possíveis em camadas de silicatos:
1) Camadas paralelas neutras são presas por forças de van der Waals. A ligação é relativamente fraca. Contudo, cristais relativamente estáveis de apreciável espessura podem formar, como evidenciado pelos minerais não-argilosos pirofilita e talco, embora seja fácil a clivagem paralela às camadas nestes materiais;
2) Em minerais como a caolinita, brucita e gibbsita, há camadas em oposição de oxigênio x hidroxilas ou hidroxilas x hidroxilas. Isto produz uma ligação hidrogênica bem como uma ligação van der Waals entre as camadas, que provêem uma ligação aproximadamente forte que não separarão em presença de água, mas podem ainda prover boa clivagem;
3) Camadas neutras de silicatos podem ser separadas por camadas de moléculas de água altamente polares levando a uma ligação-hidrogênio;
4) Cátions requeridos para prover neutralidade elétrica podem ocupar posições que controlam as características de ligação intercamadas. Nas micas, algum silício é substituído por alumínio nas lâminas de sílica. A deficiência de carga resultante é balanceada em parte pelos íons potássicos entre as camadas do mineral. Desde que o tamanho do íon potássio é tal que ele fica dentro dos tubos formados pelas bases da sílica tetraédrica na lâmina de sílica, ele provê uma forte ligação entre as camadas de mica. Nas cloritas, a deficiência de carga resultante das substituições na lâmina octaédrica no sanduíche 2:1 é balanceado por um excesso de carga na camada de uma lâmina entremeada entre as camadas de três lâminas. Isto provê uma estrutura fortemente ligada que, enquanto exibe clivagem, não levará à separação em presença de água ou outro líquido polar. 5) Quando a densidade de carga superficial é moderada, como no caso das
esmectitas e vermiculitas, as camadas de silicato podem prontamente tomar moléculas polares e cátions de balanceamento podem hidratar, resultando numa separação de camadas e expansão. A resistência de uma ligação inter-camadas é baixa e uma função sensitiva de distribuição de carga, energia de hidratação do cátion, geometria do cátion em relação à superfície do silicato, configuração da superfície do íon e estrutura da molécula molar.
CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA – CTC
Expressa-se a CTC (quantitativamente) como C/M, isto é:
“A quantidade de cátions (C) que são adsorvidos reversivelmente por unidade de massa (M) do material (seco)”.
Onde:
C = Quantidade de cátions = Número de mols de cargas positivas, normalmente expressos como centimols ou milimols;
M = Massa de solo considera (geralmente, 100 g ou 1 kg).
Os valores típicos de CTC para minerais argilosos comuns variam desde 1 até 150 centimols por kg, sendo determinados, em grande parte, pela área superficial por grama de material. Os valores de CTC para o componente orgânico do solo são altos devido ao grande número de grupos COOH- que podem ligar e trocar cátions (na turfa, a CTC pode atingir o valor de 400 centimols/kg).
AULA 2
OS AGENTES ENVOLVIDOS NA POLUIÇÃO DO SOLO:
SOLO, ÁGUA SUBTERRÂNEA E CONTAMINANTES
1. O SOLO, DO PONTO DE VISTA GEOQUÍMICO
FIGURA 2.1 – Modelo trifásico de solo
C
onvencionamos chamar de solo ao material trifásico constituído essencialmente por minerais derivados do intemperismo de rochas, água e ar.N
a camada mais superficial do terreno, numa pequena espessura que raramente ultrapassa os 60 cm, freqüentemente se encontra também a matéria orgânica, constituída principalmente pelo húmus, proveniente das plantas que realizam fotossíntese.O húmus possui também alguns componentes (celulose, hemicelulose, etc.) que procedem de um estágio anterior de decomposição elaborada por microrganismos do solo e ainda componentes vegetais não-decompostos, como a proteína e a lignina, muito insolúveis em água.
Geoquimicamente falando, a fase mineral é a de maior massa e importância. A maioria dos solos possui considerável porção de partículas pequenas, que são os silicatos que dão origem às argilas (máxima dimensão da ordem de 2 µm). Estas pequeníssimas partículas coloidais de dimensões microscópicas têm suas superfícies carregadas negativamente de modo que, para se neutralizarem, se carregam de cátions. Dependendo da concentração de cátions da água intersticial, os cátions no interior das partículas de solo podem efetuar trocas com aqueles localizados em sua periferia. Este deslocamento pode ser mais difícil ou mais fácil, em função da carga positiva dos cátions: quanto maiores, mais fortemente eles estão ligados à superfície das partículas e maior dificuldade oferecem para a o deslocamento (também chamado de troca catiônica ou substituição catiônica).
Conclui-se, assim, que o solo possui uma certa capacidade de troca catiônica (CTC). Define-se formalmente a CTC como a quantidade de cátions que podem ser adsorvidos na superfície das partículas de solo, de modo reversível, por unidade de massa do solo seco. Se a quantidade de cátions for expressa em centimols de cargas positivas, usa-se então uma razão entre este número e uma massa de 100 g de solo seco. Um exemplo típico pode ser dado para a turfa: 40 centimols/100 g de solo seco.
Esta conclusão é de grande importância. A troca de cátions é o mecanismo através do qual as raízes das plantas absorvem íons metálicos (exemplos: potássio, cálcio e magnésio). Desta forma, muitos compostos orgânicos e metais pesados (mercúrio, cádmio, chumbo, níquel, etc.), quando disseminados nas camadas superiores do solo, serão absorvidos pelas raízes das plantas existentes no local. Pesticidas baseados em arsênio podem tornar-se fonte de produção de alimentos contaminados por este metal – este é apenas um exemplo prático do uso indiscriminado de defensivos agrícolas.
As vias de retenção dos metais pesados no solo são as seguintes. a) Por adsorção sobre as superfícies das partículas minerais
b) Por complexação pelas substâncias húmicas das partículas orgânicas do solo
c) Por reações de precipitação (a precipitação se dá sob a forma de sulfetos, carbonatos ou sulfatos, dependendo do pH do solo).
2. A ÁGUA SUBTERRÂNEA
A circulação da água na Terra segue os princípios do já conhecido “ciclo hidrológico” mostrado na figura 2.2.
As reservas mundiais de água são estimadas em 1,37 bilhões de km3, dos quais 97,2% se concentram em mares e oceanos e 2,8% em água doce sob diversas formas, mas somente 0,6% disponível (cerca de 8,22 milhões de km3).
Considerando a irrisória fração de água doce disponível em superfície (rios e lagos totalizam um valor estimado de apenas 0,0984 milhões de km3, assim mesmo com péssima distribuição mundial), somos obrigados a reconhecer a grande importância da água subterrânea – mais de 8,1 milhões de km3. No entanto, a metade dessa água do subsolo não é utilizável porque está situada a grandes profundidades.
É importante reforçar este ponto de vista: em termos globais, o estoque de água disponível é muito superior ao total consumido pela população, mas a sua distribuição desigual no mundo torna-se um grave problema de abastecimento, não atendendo adequadamente às necessidades da população, da indústria e da agricultura irrigada. Na maior parte do nosso planeta, o balanço hídrico é desfavorável, com predomínio da evaporação potencial sobre as precipitações. E finalmente, não podemos esquecer que as atividades humanas mais recentes promoveram rápida e violenta degradação dos recursos hídricos, acarretando sérios problemas de escassez e de qualidade.
Abastecimento humano Abastecimento industrial Irrigação
Recreação
Harmonia paisagística Geração de energia elétrica Conservação da fauna e flora Navegação
Pesca
Diluição, assimilação e afastamento de despejos Etc.
FIGURA 2.2 – Ciclo hidrológico constituindo um sistema conservativo
A água pode ser usada para diversas finalidades:
3. FONTES DE POLUIÇÃO E PRINCIPAIS PROBLEMAS
AMBIENTAIS NO BRASIL
Define-se “fonte de poluição” como a atividade humana capaz de produzir modificações nos meios físico e antrópico, que resultam na perda de qualidade do meio correspondente, anteriormente existente.
Os principais problemas ambientais no Brasil relacionados com as respectivas fontes (ou causas) de poluição são resumidos abaixo:
Explosão demográfica: causando crescimento urbano desordenado e alto consumo de energia e de recursos naturais não renováveis;
Desmatamento: causando erosão do solo, assoreamento de cursos d’água e desertificação;
Produção de lixo doméstico: causando doenças produzidas por vetores, poluição de águas superficiais e subterrâneas;
Agricultura irrigada: escassez de água, salinização do solo, devastação de florestas, aviltamento da cultura indígena, danos à biodiversidade, produzindo espécies em extinção na Amazônia, Cerrados, Pantanal, Caatinga, Mata Atlântica, Mata de Araucária, Ecossistemas costeiros e insulares, campos, banhados e cocais;
Cinturões industriais: poluição do ar, do solo e da água, esgotamento de recursos naturais (minérios, florestas, etc.).
4. ALGUNS EXEMPLOS DE POLUIÇÃO INDUSTRIAL
Fabricação de papel e celulose; Refinarias de petróleo;
Usinas de açúcar e álcool; Siderurgias e metalurgias; Químicas e farmacêuticas; Abatedouros e frigoríficos; Têxteis e curtumes;
Indústria de laticínios.
5. OS PRINCIPAIS CONTAMINANTES DE ÁGUAS
SUBTERRÂNEAS
Com o aumento da população, o desenvolvimento industrial e outras atividades humanas, foi registrado um grande aumento de consumo de água, somado ao prejuízo de sua qualidade através da produção de efluentes líquidos diversos, inclusive pelo lançamento de fertilizantes e pesticidas e pela diluição de despejos industriais, de mineração e de esgotos urbanos.
Dentre as principais fontes de contaminação das águas subterrâneas, podemos relacionar as seguintes.
Vazamentos de depósitos de lixo químico; Vazamentos de tanques de gasolina;
Vazamentos de chorume de aterros sanitários; Derramamentos acidentais de produtos químicos.
Muitos produtos químicos, pela característica de terem decaimento rápido, não possuem mobilidade suficiente para se deslocar até o lençol freático, permanecendo na zona de aeração. Outros, como os compostos orgânicos, têm um comportamento dependente de sua densidade relativa à da água (1.000 g/L). Os menos densos que a água flutuam sobre a parte superior do NA – e nesta categoria estão todos os hidrocarbonetos, inclusive o BTX. No entanto, os policlorados mais densos descem até maiores profundidades (cloreto de metileno, clorofórmio, tetracloreto de carbono, 1,1,1-tricloroetano, tricloroeteno e percloroeteno, creosoto e alcatrão de carvão).
Alguns desses compostos são caracterizados por sua alta persistência no meio ambiente, isto é, são muito resistentes ao ataque de bactérias decompositoras. Os benzenos alquilados são degradados rapidamente pelas bactérias aeróbias. O MTBE (metil-terc-butil éter), um aditivo da gasolina obtido a partir do metanol, é mais solúvel que os hidrocarbonetos, mas não é rapidamente biodegradável. Os contaminantes solúveis em água (como é o caso do BTX, os mais solúveis dentre os hidrocarbonetos), ao atingirem o lençol freático (NA) migram rapidamente no estado dissolvido.
FIGURA 2.3 – Exemplo ilustrativo de vazamento de combustíveis no solo e acesso do poluente à água subterrânea
Dois dos poluentes mais conhecidos das águas subterrâneas são o nitrato e o fosfato. O primeiro é proveniente de três fontes principais:
Aplicação de fertilizantes nitrogenados (inorgânicos ou de esterco animal); Deposição atmosférica;
Esgoto doméstico, em fossas sépticas.
O fosfato pode ser originado dos polifosfatos de detergentes, de esgoto doméstico não-tratado e de fertilizantes à base de fostato.
O mecanismo de poluição do nitrato é simples. Quando entra em contato com o solo ele migra para as águas subterrâneas, onde é dissolvido e diluído, contaminando-as e tornando-as imprópria para o consumo humano. O problema é mais complexo ainda porque sua remoção é cara.
O cianeto (íon cianeto, CN-) é outro agente poluidor bastante conhecido. Pela facilidade de ligar-se fortemente com muitos metais, especialmente aqueles da série de transição (veja a
tabela periódica da aula anterior), é freqüentemente usado em mineração para extração de metais – o ouro é o exemplo clássico – e em refino de metais e galvanoplastia em geral para deposição de ouro de peças de ornamento, ou de cádmio e níquel em tratamento superficial de metais. Sendo muito venenoso para a vida animal pelo fato de ligar-se aos íons metálicos da forma viva (ferro das proteínas animais, etc.), torna-se um problema ambiental dos mais sérios. Muito estável, decompõe-se dificilmente, mas pode ser neutralizado com agentes oxidantes fortes e água oxigenada com sal de cobre.
6. PRINCIPAIS CONTAMINANTES AMBIENTAIS LISTADOS
PELAS FONTES GERADORAS
Uma lista é apresentada no quadro 2.1, a seguir.
7. SUBSTÂNCIAS PERIGOSAS
a) CORROSIVAS Ácido sulfúrico Ácido clorídrico Ácido fluorídrico Ácido nítrico Hidróxido de sódio Hidróxido de potássioNOTA SOBRE COMO ELIMINAR ÁCIDOS E BASES: através de reações de neutralização, usando uma base ou um ácido, respectivamente, para produzir soluções aquosas de sais. b) TÓXICAS E RADIOATIVAS Metais pesados Pesticidas organoclorados Solventes orgânicos PCB
8. DISCUSSÃO SIMPLIFICADA DE ALGUMAS SOLUÇÕES DE
DESCONTAMINAÇÃO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Dentro da moderna Química Ambiental, buscam-se soluções rápidas, eficazes, práticas e de baixo custo para resolver os problemas de contaminação de águas subterrâneas. Pode ser mencionado, como exemplo clássico, o carvão ativado, capaz de remover moléculas orgânicas em pequenas concentrações presentes na água. Além de remover os contaminantes, também melhora seu sabor, odor e cor. Originado pela queima parcial de turfas, madeira ou lignita abaixo de 600ºC por via anaeróbia, seguindo-se a oxidação
parcial com CO2, promove a remoção de poluentes por um processo de adsorção física (isto é possível por causa de sua elevada superfície específica: cerca de 1.400 m2/g). Embora esta capacidade de adsorção seja pequena para contaminantes como o clorofórmio e os dicloetanos, é grande para pesticidades, TCE e PCE.
Dentre os mais importantes poluentes das águas subterrâneas podemos relacionar os seguintes.
Pesticidas (principalmente herbicidas) Chorume de lixo doméstico e industrial Solventes clorados
o TCE ou tricloroetano (C2HCl3)
o PCE ou percloroetano ou tetracloroetano (C2Cl4)
Hidrocarbonetos do componente BTX da gasolina e outros derivados de petróleo: o Benzeno (C6H6)
o Tricloroetano (C2HCl3) o Tolueno (C6H5CH3)
o Isômetros do xileno (C6H4(CH3)2)
FIGURA 2.4 – Esquema do sistema de tratamento de água subterrânea com muro de ferro
Outra tecnologia muito usada para descontaminação de águas subterrâneas contendo produtos químicos é o muro permeável com núcleo de ferro (figura 2.4).
QUADRO 2.1 – Listagem de diversas substâncias perigosas por atividades
ATIVIDADE POLUENTES COMPOSIÇÃO DOS POLUENTES
Fontes agrícolas 1. Fertilizantes As, Cd, Cu, Mn, U, V, Zn
2. Esterco de porcos e aves As, Cu
3. Pesticidas As, Cu, Mn, Pb, Zn
4. Ligações orgânicas persistentes
DDT, Lindan, etc. 5. Corrosão de metais em
cercas, comedouros, tanques enterrados
6. Queima de combustíveis CO, CO2, SO2 7. Animais mortos enterrados Organismos patogênicos Produção de energia
termoelétrica
8. Queima de carvão mineral Cinza, lixiviação de Si, SOx, NOx, metais pesados, pó de carvão
Fornecimento de gás (tubulação antiga)
9. Alcatrão Carbureto, fenóis, benzol, xilol, naftalina, PAK 10. Resíduos Óxidos de Fe, Cd, As, Pb, Cu, Sulfato, Sulfeto Mineração e metalurgia 11. Metalurgia dos metais Cianeto e outros metais
12. Fundição Diversos metais
13. Resíduos diversos Metais, solventes orgânicos, resíduos ácidos, lixiviação de aerossóis
Indústria química e eletrônica
14. Material particulado lixiviado
Partículas de chaminés, ferro velho, lixo eletro-eletrônico, PAD, metais
Indústrias em geral 15. Efluentes líquidos lixiviados Pb, Zn, V, Cu, Cd, PCB, PAK, dioxina, carbureto, asbesto
Residuos sólidos urbanos
16. Chorume e lodo de esgoto das lagoas de tratamento de chorume e pátio de compostagem
NH4+, PAK, PCB, metais (Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Z, B, As), organismos
patogênicos Atividades de
transportes
17. Queima de combustíveis e produtos de manutenção
CO, CO2, SO2, PAK, partículas de pneus contendo Zn, Cd
9. EXERCÍCIOS SUGERIDOS
1) Defina solo do ponto de vista físico e do ponto de vista geoquímico.
2) O que é húmus e qual a sua importância em tratamento de solos contaminados por metais pesados.
3) Considere a expressão: “Dependendo da concentração de cátions da água intersticial, os cátions no interior das partículas de solo podem efetuar trocas com aqueles localizados em sua periferia”. Qual a origem dos cátions localizados na superfície das partículas de argilas?
4) Defina CTC e fale de sua importância do ponto de vista de poluição do solo.
5) Apresente dois motivos relevantes que justifiquem plenamente a preocupação com a contaminação da água subterrânea.
7) O que significa dizer que uma dada substância química é muito persistente no meio ambiente?
8) Dê exemplos de compostos persistentes e de não-persistentes. 9) Dê exemplos de usos do cianeto.
10) Para que serve o carvão ativado e dê exemplos de casos onde seu emprego seria eficaz. 11) Assinale na tabela periódica dos elementos químicos (anexo da aula 1) todos os
contaminantes listados no quadro do item 7.
12) Mencione 5 exemplos freqüentes de poluentes de águas subterrâneas.
13) Coloque em destaque os cinco principais problemas ambientais causados pela poluição do solo/água subterrânea, no seu entendimento.
14) O que é uma fonte de poluição?
LEITURA COMPLEMENTAR 2
POLUIÇÃO DO SOLO: CONCEITOS BÁSICOS,
ATIVIDADES POTENCIALMENTE CONTAMINADORAS E
PRINCIPAIS REAÇÕES QUÍMICAS.
1. CONCEITOS
O solo, enquanto agente receptor de contaminantes, tem uma capacidade finita de retenção de poluentes, traduzido pelo chamado “efeito da saturação química do solo”.
A vulnerabilidade geológica à presença de contaminantes tem sido expressa em função de uma série de parâmetros (atributos restritivos), citando-se:
Coeficiente de permeabilidade da rocha (>0,001 cm/s) Aqüífero livre
Aqüífero sotoposto à rocha
Não apresentar material inconsolidado sobreposto à rocha
Coeficiente de permeabilidade do material inconsolidado (>0,001 cm/s) CTC do material inconsolidado (>10 meq/100 g)
Material inconsolidado colapsível Material inconsolidado compressível
Material inconsolidado com predomínio de argilas do tipo 1:1 Material inconsolidado com heterogeneidade estrutural.
A origem e a dispersão de contaminantes na água subterrânea, a partir de uma fonte qualquer – por exemplo, uma área de disposição de resíduos industriais – se dá através de moléculas de água que percolam através do resíduo, dissolvendo seus constituintes químicos a partir da lixiviação. O lixiviado resultante percola de acordo com o gradiente hidráulico existente e atinge a base da pilha do resíduo, entrando a partir daí nos materiais geológicos do substrato.
Se a zona sob a área de disposição é saturada (abaixo do lençol freático), tem início o processo de infiltração do lixiviado, mantido ininterruptamente desde que seja mantido o processo e desenvolvendo então a contaminação de uma área através da pluma no aqüífero subjacente, espalhando-se lateralmente e a jusante. O resultado desse impacto é normalmente de longa duração, de difícil remediação e de alto custo financeiro.
O desenvolvimento vertical da contaminação é função, principalmente, da espessura do substrato saturado, do gradiente hidráulico e da permeabilidade do material geológico. Uma camada impermeável poderá limitar o seu escoamento e a conseqüente migração vertical da pluma e, então, a DISPERSÃO poderá se tornar acentuada na direção horizontal, alongada
na direção do fluxo da água subterrânea. Portanto, a principal condicionante para escolha de um sítio de disposição de resíduos industriais é a condição hidrogeológica local.
A contaminação do solo e das águas subterrâneas pode ser classificada em três tipos: a) grau de localização; b) história da carga; c) tipos de contaminantes gerados.
O grau de localização é definido pelo tamanho da fonte de contaminação, podendo variar desde um simples ponto (poço) até áreas muito grandes (100 km2 ou mais). Portanto, a origem pode ser pontual (ou localizada, de pequena escala) ou de extensão (um aterro sanitário, por exemplo, ou a área de aplicação de herbicidas).
A história da carga revela a variação do teor ou da taxa de alimentação do contaminante. O extravasamento de contaminante é um exemplo em que a fonte o libera num curto intervalo de tempo, enquanto que um vazamento de longo prazo (carga de suprimento contínuo) apresenta valores relativamente baixos, mas ao longo de períodos muito longos. Exemplos: 1) O lançamento de contaminantes em barragens de rejeito numa área industrial pode variar com o tempo em função do processo industrial ou de sazonalidades econômicas; 2) O lançamento de chorume de um aterro sanitário é às vezes cíclico (em função das chuvas anuais), às vezes declinante (quando o processo de biodegradação do lixo supera o de disposição).
2. CONTAMINANTES
Quanto aos tipos de contaminantes, eles são da ordem de milhares, onde são destacados aproximadamente 130 com nível de preocupação maior (114 deles são orgânicos), com base em alguns critérios:
Ocorrência em efluentes e água potável Geração de efeitos adversos à saúde humana Persistência na cadeia alimentar.
Os contaminantes radioativos são gerados pela produção nuclear durante todo o ciclo do combustível atômico (mineração, beneficiamento, transporte, enriquecimento, operação de usina, reprocessamento de combustível, disposição do lixo radioativo). Exemos: urânio, tório, rádio e radônio.
Os contaminantes-traço podem ser gerados por efluentes de mineração, resíduos industriais, resíduos e efluentes de áreas urbanas, resíduos agrícolas e fertilizantes e combustíveis fósseis. Podem ser tóxicos e letais ao homem, mesmo em baixa concentração, devido à sua tendência cumulativa no organismo, produzindo alguns tipo de câncer. Os metais-traço mais comumente encontrados na água subterrânea são:
Alumínio Antimônio* Arsênio*
Bário Berílio* Boro Cádmio* Chumbo Cobalto Cobre* Cromo* Estanho Estrôncio Ferro Lítio Manganês Mercúrio* Molibdênio Níquel* Ouro Prata* Selênio* Tálio* Titânio Urânio Vanádio Zinco*
(NOTA: os metais assinalados com * são poluentes prioritários).
Os poluentes classificados como nutrientes são gerados por operações agrícolas e efluentes sanitários (tratados ou não), e incluem íons ou compostos orgânicos compostos por nitrogênio (N) ou fósforo (P).
O grupo de contaminantes classificados como “outras espécies inorgânicas” pode ser gerado por: a) salmoura produzida com a extração de petróleo; b) resíduos acumulados em mineração ou produzidos em aterros sanitários; c) resíduos industriais contendo Ca, Mg, Na, Cl, F, HCO3, SO4, entre outros.
O grupo mais importante e perigoso dos contaminantes é o dos orgânicos, gerado por uma grande quantidade de atividades e produtos. A parcela mais destacada deste grupo é a dos HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS, que são solúveis, incluindo aí os compostos do GRUPO BTX: benzeno, tolueno, xileno. Os contaminantes orgânicos incluem:
Tricloroetano Tetracloroeteno Clorofórmio Etilbenzeno Fenol
Clorobenzeno Cloroetano Dicloroetano Acentona.
Os contaminantes orgânicos são suspeitos de causar câncer no homem, além de outros problemas de saúde: doenças hepáticas, cardiovasculares, depressão do sistema nervoso, desordem cerebral e outras lesões.
Finalmente, temos os contaminantes biológicos, que são gerados por resíduos sanitários do homem ou animais, incluindo:
Bactérias patogênicas Vírus
Parasitas.
Esses microrganismos podem causar febre tifóide, cólera, poliomielite, hepatite e outras doenças.
A transferência de poluentes orgânicos hidrofóbicos para os organismos pode ocorrer por meio da transferência intermediária para a água intersticial, presente nos poros microscópicos existentes no material que forma o sedimento. Os produtos orgânicos estão em uma situação de equilíbrio entre a adsorção pelas partículas sólidas e a dissolução pela água intersticial e, por isso, a toxidade dessa água deve ser testada com freqüência a fim de se determinar os níveis de contaminação dos sedimentos.
Nem a concentração total de material orgânico nem os níveis de metais pesados presentes nos sedimentos são boas medidas das quantidades que estão disponíveis biologicamente. Sedimentos diferentes que tenham a mesma concentração total de íons de um dado metal pesado podem variar por um fator de ao menos dez, em termos de toxidade para os organismos, associada ao metal. Essa variação ocorre principalmente devido à presença de sulfetos nos sedimentos, que controlam a disponibilidade nos metais.
Os metais pesados tóxicos (mercúrio, cádmio, chumbo) formam sulfetos muito solúveis: HgS, CdS, PbS. Sais insolúveis similares são formatos pelo níquel e muitos outros metais. Se a concentração de íons sulfeto excede a concentração total de metais, todos os íons metálicos estarão retidos como sulfetos insolúveis, ficando indisponíveis do ponto de vista biológico em valores normais de pH.
Porém, se a concentração de sulfeto é menor que a dos metais, a quantidade de metais correspondente à diferença de concentrações estará biologicamente disponível. O íon sulfeto disponível para combinar-se com metais é aquele que se dissolve em meio ácido aquoso a frio (sulfeto ácido volátil ou SAV). Os sedimentos poluídos por efluentes industriais podem ter concentrações de SAV de centenas de micromols de enxofre por grama, enquanto os sedimentos não contaminados, provenientes de ambientes oxidantes, podem ter valores tão baixos quanto 0,01 micromols por grama.
3. SOLVENTES CLORADOS: UM CASO À PARTE
Pesquisas em países industrializados mostram que os solventes clorados são os contaminantes mais comumente encontrados na água subterrânea. Organoclorados são compostos orgânicos derivados dos hidrocarbonetos onde há troca de um ou mais hidrogênios por um cloro. Quando o cloro está ligado a um carbono de um hidrocarboneto de cadeia aberta, o composto é denominado de organoclorado alifático, e também é conhecido como solvente clorado.
Os organoclorados mais simples, clorometano e cloroeteno, são gases. Outros são líquidos (1,2 dicloroetano) e os de massa molecular elevada são sólidos (pesticidas). Os líquidos são normalmente incolores, tóxicos, pouco solúveis em água e solúveis em solventes orgânicos, possuem odor característico e têm uma densidade superior à da água (DNAPLs). O tricloroetileno é o contaminante mais comumente encontrado nos EUA em locais de disposição de resíduos. Apesar de serem pouco solúveis na água, estes compostos são caracterizados por uma alta relação entre a solubilidade e os limites de potabilidade, fazendo com que, mesmo em pequenas quantidades na água, possa haver contaminação em alto grau. Os solventes clorados (DNAPLs) têm capacidade de penetrar abaixo do lençol freático, transformando-se em uma fonte de contaminação permanente. Várias outras propriedades contribuem para o aumento do potencial de contaminação desses compostos, tais como sua baixa partição e biodegradação.
4. FONTES POTENCIALMENTE POLUIDORAS DO SOLO
1) FONTES DESTINADAS À DESCARGA DE SUBSTÂNCIAS
Fossas sépticas
Poços de injeção de resíduos perigosos
Poços de injeção de resíduos não-perigosos (salmouras, drenagem) Mineração por solução
Reabastecimento Irrigação
Subprodutos de água industrial e de processos Resíduos perigosos
Resíduos não-perigosos
2) FONTES DESTINADAS AO ARMAZENAMENTO, TRATAMENTO ou DISPOSIÇÃO DE SUBSTÂNCIAS, DESCARGA POR LIBERAÇÃO NÃO PLANEJADA
Aterros de resíduos industriais perigosos Aterros de resíduos industriais não-perigosos Aterros sanitários municipais e aterros controlados Bota-foras legais e ilegais
