Química Aplicada ao Meio Ambiente Luiz Fernando - Químico

A química é uma ciência natural que estuda a composição, a estrutura e as propriedades das substâncias e suas transformações.

Os conhecimentos de química são aplicados na resolução de diversos problemas da atualidade como: chuva ácida, risco de manejo de substâncias químicas, tratamento de águas, tratamento de resíduos, contaminação por metais pesados entre outras.

A química é uma ciência qualitativa mas também quantitativa e suas relações são expressão satisfatoriamente em linguagem matemática.

A ciência química pode ser dividida em várias áreas:

Química Orgânica

Química Inorgânica

Química Analítica

Físico-Química

Bioquímica

Química Ambiental

Química Nuclear

Termoquímica

Eletroquímica

Elemento Químico

É uma substância simples, pura, fundamental e elementar (ex: cloro, sódio, oxigênio, ferro, flúor, hidrogênio, ...). Cada elemento químico pode ser representado por um símbolo. Veja:

Nome do elemento

Símbolo

Oxigênio

O

Hidrogênio

H

Flúor

F

Ferro

Fe

Magnésio

Mg

Sódio

Na

Mercúrio

Hg

Ouro

Au

Prata

Ag

A primeira tentativa de relacionar os diferentes tipos de elemento químicos da natureza foi realizada por Lavoisier em 1789 compondo uma lista de 33 substâncias, contudo, destas apenas 20 eram realmente elementos. Hoje em dia são conhecidos 111 elementos.

Átomo

É a menor parte de um elemento que ainda preserva as propriedades daquele elemento.

Composto

É uma substância pura contendo dois ou mais átomos diferentes combinados entre si sempre nas mesmas proporções. Exemplos:

Fórmula

Nome

NaCl

Cloreto de sódio (sal de cozinha)

MgCl

Cloreto de magnésio

FeSO4

Sulfato ferroso

AgNO3

Nitrato de prata

Mistura

É a combinação de duas ou mais substâncias diferentes. As misturas podem ser identificadas a “olho nu”, lupa ou microscópios. As misturas também são classificadas em dois grandes grupos: misturas homogêneas e misturas heterogêneas.

Misturas homogêneas

São também chamadas de soluções, são aquelas que apresentam um único aspecto em toda sua extensão. Exemplo: álcool hidratado, gasolina, refrigerante, ...

Misturas heterogêneas

São aquelas que apresentam fases (partes homogêneas) na mistura. São separadas por superfícies bem definidas por onde , em alguns casos, identificamos os seus componentes. Exemplos: água e óleo, areia e água, água gaseificada.

Química Descritiva

A química descritiva estuda a ocorrência dos elementos na natureza, os locais onde são encontrados, a fase de agregação em que se apresentam, suas combinações químicas mais comuns e os métodos de obtenção desses elementos.

Os elementos na natureza

92 dos 111 elementos químicos conhecidos são naturais. Significa que são encontrados na natureza (litosfera, hidrosfera, atmosfera) em diversas combinações. Vejamos então a ocorrência dos principais elementos na natureza.

Na litosfera

Litosfera é a parte sólida da Terra. A crosta terrestre, camada exterior da litosfera, com 30 Km de espessura, contém, em ordem decrescente de abundância, os seguintes elementos:

Elemento

Símbolo

Porcentagem (em massa)

Oxigênio

O

46,6

Silício

Si

27,7

Alumínio

Al

8,1

Ferro

Fe

5,0

Cálcio

Ca

3,6

Sódio

Na

2,9

Potássio

K

2,6

Magnésio

Mg

2,1

Titânio

Ti

0,63

Hidrogênio

H

0,13

Fósforo

P

0,13

Carbono

C

0,03

Demais elementos

-

0,48

A litosfera é formada principalmente por MINERAIS.

Mineral é, portanto, elemento ou composto químico, formado por processos inorgânicos, de composição química definida, ocorrência natural e arranjo cristalino (sólido). O mineral é extraído do MINÉRIO que é um mineral ou associação de minerais de que se podem extrair metais ou substâncias não-metálicas por processos físicos, químicos ou térmicos. Minério, portanto, é um depósito de substâncias, cuja exploração econômica é viável.

Os principais minérios e a substância extraída deles estão ilustrados no quadro a seguir:

Metal

Minérios

Au (ouro)

Ouro nativo

Ag (prata)

Prata nativa

Argentita (Ag2S)

Cerargirita (AgCl)

Cu (cobre)

Cobre nativo

Cuprita (Cu2O)

Calcopirita (Cu2S)

Pirita de Cobre (CuFeS2)

Fe (ferro)

Hematita (Fe2O3)

Magnetita (Fe3O4)

Pirita (Fe2S)

Al (alumínio)

Bauxita (Al2O3 . 2 H2O)

Sn (estanho)

Cassiterita (SnO2)

Pb (chumbo)

Galena (PbS)

Cerusita (PbCO3)

Zn (zinco)

Blenda (ZnS)

Ti (titânio)

Rutilo (TiO2)

Ilmenita (FeTiO3)

Cr (cromo)

Cromita (FeCr2O4 ou FeO . Cr2O3)

Mn (manganês)

Pirolusita (MnO2)

Ni (níquel)

Pentlandita (NiS)

Cd (cádmio)

Grenockita (CdS)

Hg (mercúrio)

Mercúrio nativo

Cinábrio (HgS)

Na Hidrosfera

É a parte líquida que cobre 80% da superfície da Terra. 3,3% da água do mar são sais dissolvidos, o que representa uma fonte de obtenção dessas substâncias.

A abundância dos elementos:

Elemento

Forma em que aparece

Porcentagem em massa

Hidrogênio

H2O

10,74

Oxigênio

H2O

85,95

Cloro

Cl-(aq)

1,9

Sódio

Na+(aq)

1,1

Magnésio

Mg2+(aq)

0,13

Enxofre

SO2-4(aq)

0,088

Cálcio

Ca2+(aq)

0,040

Potássio

K+(aq)

0,038

Bromo

Br-(aq)

0,0065

Na Atmosfera

É a parte gasosa ao redor da Terra. Sua composição pode variar em função do local, clima, altitude e uma série de outros fatores, mas em geral é a que está esquematizada a seguir.

Gases

Fórmula

Porcentagem em volume

Nitrogênio

N2

78,08789

Oxigênio

O2

20,94944

Argônio

Ar

0,92998

Água

H2O

0,1 a 2,8

Gás Carbônico

CO2

0,02999

Neônio

Ne

0,00179

Hélio

He

0,00052

Metano

CH4

0,00015

Criptônio

Kr

0,00009

Monóxido de dinitrogênio

N2O

0,00005

Hidrogênio

H2

0,000005

Ozônio

O3

0,000004

Xenônio

Xe

0,000008

Radônio

Rn

0,0000000006

Obs.: Acredita-se que o elemento químico mais abundante do universo é o Hidrogênio.

Estado físico dos elementos químicos.

Dos 111 elementos químicos conhecidos:

98 são SÓLIDOS à temperatura ambiente

11 são GASES à temperatura ambiente (Hidrogênio, Nitrogênio, Oxigênio, Flúor, Cloro e Gases nobres).

2 são LÍQUIDOS à temperatura ambiente (Mercúrio e Bromo).

Os 111 elementos químicos da tabela periódica foram divididos em 5 categorias assim organizados – Metais, Ametais ou não metais, Semimetais, Gases nobres e Hidrogênio.

A Tabela Periódica

Em 1800, os cientistas já contavam com um número razoável de elementos químicos conhecidos, em torno de 60, e muitas propriedades desses elementos já haviam sido determinadas. A tabela periódica atual foi proposta pelo cientista inglês Henry Moseley no ano de 1913. A organização dos elementos foi feita baseando-se no Número Atômicos dos elementos, significa que os elementos foram organizado da esquerda para a direito em ordem CRESCENTE de Número Atômico. O Número Atômico é o mesmo que o número de prótons que um átomo possui no núcleo.

Quando falamos que um átomo tem Número Atômico igual a 8, estamos afirmando que este átomo tem 8 prótons.

Um outro fato que merece destaque é que a tabela periódica foi também organizada de tal maneira que os elementos em um grupo tem as mesmas propriedades. Depois da organização dos elementos na tabela surgi as Famílias que são os elementos na Vertical e os Períodos que são os elementos organizados na horizontal.

Os elementos na tabela são chamados Representativos e Transição. Os elementos Representativos são aqueles que pertencem às famílias de letra A, os de Transição são aqueles que pertencem às famílias de letra B. As famílias de letra A são organizadas de 1 até 8 – IA, IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, 8 (ou 0) ou (1 , 2 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 ). As famílias de letra B são organizadas de 3 até 12 (3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B, 9B, 10B, 11B, 12B)

Vale a pena ressaltar que o número que antecede a letra A indica quantos elétrons cada átomo tem na sua última cada (camada de valência). Os elétrons da última camada de um átomo são os responsáveis pelas ligações. Os átomos se ligam entre si para adquirirem estabilidade. De todos os elementos da tabela periódica, os únicos que tem estabilidade e, portanto não precisam ligar-se com nenhum outro átomo são os GASES NOBRES, estes gases nobres (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) são assim chamados de gases nobres pois possuem na última camada da eletrosfera 8 elétrons (com exceção do gás He que possui 2). Assim conclui-se que se um elemento possuir na última camada 8 elétrons como um gás nobre estará estável, com exceção daqueles que se assemelharão com o gás Hélio (2 na última camada).

Veja então os elementos nas famílias com seus respectivos elétrons de valência:

Família

Número de elétrons na última camada

Número de elétrons que precisa para ficar estável

IA

1 elétron na última camada

Precisa de 7 para estabilidade

IIA

2 elétrons na última camada

Precisa de 6 para estabilidade

IIIA

3 elétrons na última camada

Precisa de 5 para estabilidade

IVA

4 elétrons na última camada

Precisa de 4 para estabilidade

VA

5 elétrons na última camada

Precisa de 3 para estabilidade

VIA

6 elétrons na última camada

Precisa de 2 para estabilidade

VIIA

7 elétrons na última camada

Precisa de 1 para estabilidade

8 (ou 0)

Todos têm 8 na última camada com exceção do Hélio

Todos já são estáveis

Obs.: As famílias IA, IIA, IIIA, para adquirirem estabilidade, perdem seus últimos elétrons da camada de valência se tornando Cátions. Assim todas as espécies químicas que perderam elétrons são chamados CÁTIONS. As famílias VA, VIA, VIIA para adquirirem estabilidade ganham elétrons e se tornam Ânions. Todas as espécies químicas que ganham elétrons para adquirirem estabilidade são chamados de ÂNIONS.

Os Nomes das Famílias

Família IA: Metais Alcalinos

Família IIA: Metais Alcalinos Terrosos

Família IIIA: Família do Boro

Família IVA: Família do Carbono

Família VA: Família do Nitrogênio

Família VIA: Calcogênios (os que geram calor)

Família VIIA: Halogênios (os que geram sais)

Família 8: gases nobres ou inertes

Aplicação de alguns elementos químicos:

Elemento

Aplicação

Alumínio

Janelas, portas, folha, tubo, iluminação, fogos de artifício, automóveis, cimento, obturação de dentes

Antimônio

Solda, detector de infravermelho, sombra para olhos, remédio para tosse

Argônio

Gás para lâmpadas, lâmpada fluorescentes, contador Geiger, laser, gás inerte para solda

Boro

Raquete de tênis, vidro refratário, colírio, aditivos, alvejantes

Cádmio

Bateria recarregável, pilhas alcalinas, proteção anticorrosão, porcas e parafusos,

Cálcio

Adubo químico, gesso, cimento, preparação de metais

Chumbo

Proteção contra radiação, acumuladores, solda, munição, gasolina, zarcão, secante para tintas

Cloro

Desinfetante de água, branqueador, ácido clorídrico, plástico PVC, removedor de manchas

Enxofre

Fósforos, fogos de artifícios, pólvora, vulcanização de borracha, conservantes

Flúor

Enriquecimento de Urânio, propelente para aerosol, gravação de vidro, aditivo de pasta de dente

Fósforo

Fogos de artifício, fósforos, adubo químico, artigos para limpeza, cerâmica

Hélio

Balão, balão dirigível, câmara para mergulho, gás para testar vazamento, atmosfera inerte, meio para refrigerar reatores atômicos

Hidrogênio

Combustível para foguetes, hidrogenação para gorduras, enchimento de balões, amoníaco

Iodo

Tintura de iodo, radiação, lâmpada de iodo, pigmento para tinta, sal iodado

Neônio

Luz para propaganda, lâmpada para neblina, tubo de TV, liquido para refrigeração

Níquel

Moeda, latão para leite, talheres, ouro branco, bateria carregável

Ouro

Jóias, contato elétrico, odontologia, tratamento de reumatismo

Sódio

Iluminação para estrada, sal de cozinha, síntese orgânica

Zinco

Proteção para metais, peças para automóveis, pigmento branco

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Bio – seres vivos

Geo – atmosfera, hidrosfera e litosfera

Químicos – componentes químicos

São os percursos realizados no meio ambiente por um elemento químico essencial a vida. Ao longo do ciclo, cada elemento é absorvido e reciclado por componentes bióticos (seres vivos) e abióticos (ar, água, solo) da biosfera, e as vezes pode se acumular durante um longo período de tempo em um mesmo lugar. É por meio dos ciclos biogeoquimicos que os elementos químicos e compostos químicos são transferidos entre os organismos e entre diferentes partes do planeta.

Dentre os ciclos biogeoquimicos mais conhecidos, estão o ciclo do carbono (meio pelo qual os organismos vivos adquirem sua matéria principal e que os sustentam quimicamente), o ciclo do nitrogênio ou fixação do nitrogênio (usado para produção de substancias vitais aos organismos, feito principalmente por bactérias) o próprio ciclo da água (ciclos curtos e longos) e o ciclo do oxigênio.

Existem também o ciclo do enxofre, o ciclo do hidrogênio e o ciclo do fósforo.

CICLO DA AGUA

Pode definir-se ciclo hidrológico como a seqüência fechada de fenômenos pelos quais a água passa do globo terrestre para a atmosfera, na fase de vapor, e regressa àquele, nas fases líquida e sólida. A água evapora-se das superfícies aquáticas (principalmente) e terrestres, formando as nuvens. Condensa-se e se precipita na forma de chuva, neve ou granizo. No solo, a água pode percolar, isto e, atravessar as camadas do solo, atraídas pela forca da gravidade, e atingir um lençol freático, de onde chega ate um rio ou riacho.

Parte da água precipitada pode ser retida pelo solo e absorvida pelas plantas, por seu sistema radicular.

Nos vegetais, a perda de água ocorre por transpiração, sudação ou transferência alimentar a cadeia de consumidores. Os animais, por sua vez, participam do ciclo ingerindo água diretamente, ou indiretamente através dos alimentos. O processo de eliminação e variável, podendo ocorrer através de urina, fezes, respiração, suor, etc...

O ciclo hidrológico pode ser resumido por meio dos seguintes processos:

DETENÇÃO: parte da precipitação fica retida na vegetação, depressões do terreno e construções. Essa

massa de água retorna a atmosfera pela ação da evaporação ou penetra no solo pela infiltração.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL: constituído pela água que escoa sobre o solo, fluindo para locais de

altitudes inferiores, até atingir um corpo d’água como um rio, lago ou oceano. A água que compõe escoamento superficial pode também sofrer infiltração para as camadas superiores do solo, ficar retida ou sofrer evaporação.

INFILTRAÇÃO: a água infiltrada pode sofrer evaporação, ser utilizada pela vegetação, escoar ao longo

da camada superior do solo ou alimentar o lençol de água subterrâneo.

ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO: constituído por parte da água infiltrada na camada superior do solo, sendo bem mais lento que o escoamento superficial. Parte desse escoamento alimenta os rios e os

lagos, alem de ser responsável pela manutenção desses corpos durante épocas de estiagem.

EVAPOTRANSPIRAÇÃO: parte da água existente no solo que e utilizada pela vegetação e eliminada

pelas folhas na forma de vapor.

EVAPORAÇÃO: em qualquer das fases descritas anteriormente, a água pode voltar a atmosfera na

forma de vapor, reiniciando o ciclo hidrológico.

PRECIPITAÇÃO: água que cai sobre o solo ou sobre um corpo d’água.

INTERVENÇÕES DO HOMEM

1. Desmatamento.

2. Pavimentação = taxa de impermeabilização.

3. Utilização de defensivos agrícolas.

4. Despejos de esgotos e efluentes industriais.

5. Eutrofização.

6. Diminuição do teor de oxigênio dissolvido nos rios.

7. Lançamento de substancias tóxicas perigosas.

8. Poluição atmosférica.

9. Resíduos sólidos.

10. Represamento das águas.

CICLO DO NITROGÊNIO

O aumento acentuado da população humana e, principalmente, da taxa de crescimento populacional apos a Revolução Industrial, na segunda metade do século XIX, implicou um aumento da produtividade agrícola para fazer frente a demanda crescente de alimentos.

O nitrogênio, assim como o fósforo, são fatores limitantes do crescimento dos vegetais e tornaram-se, por isso, alguns dos principais fertilizantes utilizados hoje na agricultura. O nitrogênio desempenha um importante papel na constituição das moléculas de proteínas, ácidos nucléicos, vitaminas, enzimas e hormônios, elementos vitais aos seres vivos.

O ciclo do nitrogênio, assim como o do carbono, é um ciclo gasoso. Apesar dessa similaridade, existem algumas diferenças notáveis entre os dois ciclos:

 a atmosfera e rica em nitrogênio (78%) e pobre em Carbono (0,032%);

 apesar da abundancia de nitrogênio na atmosfera, somente um grupo seleto de organismos

consegue utilizar o nitrogênio gasoso;

 o envolvimento biológico no ciclo do nitrogênio e muito mais extenso do que no ciclo do

carbono.

Grande parte do nitrogênio existente nos organismos vivos não é obtida diretamente da atmosfera, uma vez que a principal forma de nutriente para os produtores são os nitratos (NO3-). No ciclo do nitrogênio existem quatro mecanismos diferentes e importantes:

1. fixação do N atmosférico em nitratos;

2. amonificação;

3. nitrificação;

4. desnitrificação.

Quando os decompositores atuam sobre a matéria orgânica nitrogenada (proteína do húmus, por exemplo) liberam diversos resíduos para o meio ambiente, entre eles a amônia (NH3).

Combinando-se com a água do solo, a amônia forma hidróxido de amônio que ionizando-se, produz NH4+ (íon amônio) e OH- (hidroxila).

Ao processo de decomposição, em que compostos orgânicos nitrogenados se transformam em amônia ou íon amônio, dá o nome de amonização. Os íons amônio presentes no solo seguem então duas vias: ou são absorvidas pelas plantas ou aproveitados por bactérias do gênero Nitrosomonas e Nitrosococcus. Essas bactérias quimiossintetizantes oxidam os íons e, com a energia liberada, fabricam compostos orgânicos a partir do CO2 e água, definindo a quimiossíntese. A oxidação dos íons amônio produz nitritos como resíduos nitrogenados, que são liberados para o meio ambiente. A conversão dos íons amônio em nitritos dá o nome de nitrosação.

Os nitritos liberados pelas bactérias nitrosas (Nitrosomonas e Nitrosococcus) são absorvidos e utilizados como fonte de energia por bactérias quimiossintetizantes do gênero Nitrobacter. Da oxidação dos nitritos formam-se os nitratos que, liberados para o solo, podem ser absorvidos e metabolizados pelas plantas. A conversão do nitrito (ou acido nitroso) em nitrato (ou acido nítrico) dá o nome de nitratação.

A ação conjunta das bactérias nitrosas (Nitrosomonas e Nitrosococcus) e nítricas (Nitrobacter) permite a transformação da amônia em nitratos. A esse processo denomina-se nitrificação e as bactérias envolvidas dá o nome de nitrificantes.

A síntese industrial da amônia (NH3) a partir do nitrogênio atmosférico (N2), desenvolvida durante a Primeira Guerra Mundial, possibilitou o aparecimento dos fertilizantes sintéticos, com um consequênte aumento da eficiência da agricultura. Entretanto, o ciclo equilibrado do nitrogênio depende de um conjunto de fatores bióticos e abióticos determinados e, portanto, nem sempre está apto a assimilar o excesso sintetizado artificialmente. Esse excesso, carregado para os rios, lagos e lençóis de água subterrâneos tem provocado o fenômeno da eutrofização, comprometendo a qualidade das águas.

Nome do

Processo

Agente

Equação

Fixação

Bactéria Rhizobium e Nostoc (alga cianofícea)

N2  sais nitrogenados

Amonizacão

Bactérias decompositoras

N orgânico  NH4+

Nitrosacão

Bactéria Nitrosomonas e Nitrosococcus

NH4+  NO2

Nitratacão

Bactéria Nitrobacter

NO2-  NO3-

Desnitrificacão

Bactérias Desnitrificantes (Pseudomonas)

NO3-  N2

CICLO DO CARBONO

O Carbono (C) é o quarto elemento mais abundante no Universo, depois do Hidrogênio (H), Hélio (He) e o Oxigênio (O), e é o pilar da vida como a conhecemos. Existem basicamente duas formas de carbono, uma orgânica, presente nos organismos vivos e mortos, não decompostos, e outra inorgânica, presente nas rochas.

O Ciclo do carbono se inicia a partir do momento em que as plantas, ou outros organismos autótrofos, absorvem o gás carbônico CO2 da atmosfera e o utilizam na fotossíntese (ou quimiossíntese no caso de alguns organismos) incorporando-o as suas moléculas. Então o carbono passa para o próximo nível trófico quando os animais herbívoros ingerem as plantas e absorvem parte do carbono incorporado na forma de açúcares. Dizemos “parte” porque uma parcela do carbono fotossintetizado pelas plantas será absorvido pelos organismos decompositores, ou ainda, devolvido diretamente a atmosfera como no caso de uma queimada. Ao ser ingerido pelos animais herbívoros o carbono será devolvido a atmosfera através da respiração ou, também, através da decomposição desses organismos.

Os decompositores atuam sobre os detritos orgânicos liberando CO2, que retorna a atmosfera, reintegrando-se a seu reservatório natural.

Detritos orgânicos ainda podem originar os combustíveis fosseis que, através da combustão, eliminarão CO2 de volta para a atmosfera.

Os oceanos também são grandes reservatórios de gás carbônico realizando uma troca constante deste com a atmosfera em um processo recíproco e continuo.

Nos últimos anos desde a Revolução Industrial temos presenciado uma drástica mudança no ciclo do carbono. Durante muito tempo esse ciclo permaneceu estável com a liberação de gás carbônico na atmosfera sendo compensada pela sua absorção pelas plantas e vice-versa.

Contudo, o processo de industrialização e a consequente utilização de combustíveis fosseis ou não (o álcool também libera CO2 embora bem menos do que a gasolina, por exemplo), alem de um aumento nos níveis de consumo, tem aumentado de forma vertiginosa o lançamento de dióxido de carbono na atmosfera tornando deletério um fenômeno essencial para a vida na terra: o Efeito Estufa.

Absorção do carbono: fotossíntese

Devolução do carbono: respiração celular, fermentação, combustão e decomposição.

CICLO DO OXIGÊNIO

Entende-se por Ciclo do oxigênio o movimento do oxigênio entre os seus três reservatórios principais: a atmosfera (os gases que rodeiam a superfície da terra), a biosfera (os organismos vivos e o seu ambiente próximo) e a litosfera (a parte sólida exterior da terra).

Este ciclo é mantido por processos geológicos, físicos, hidrológicos e biológicos, que movem diferentes elementos de um depósito a outro. O oxigênio molecular (O2), indispensável a respiração aeróbica, é o segundo componente mais abundante da atmosfera, onde existe na proporção de cerca de 21%.

O oxigênio teria desaparecido da atmosfera, não fosse o contínuo reabastecimento promovido pela fotossíntese, principalmente do fitoplancton marinho, considerado o verdadeiro "pulmão" do mundo.

Na atmosfera, encontra-se como oxigênio molecular (O2), dióxido de carbono (CO2), ozônio (O3), dióxido de nitrogênio (NO2), monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de enxofre (SO2), etc.

O oxigênio pode ser consumido da atmosfera através das seguintes vias:

- atividade respiratória de plantas e animais;

- combustão;

- degradação, principalmente pela ação de raios ultravioleta, com formação de ozônio (O3);

- combinação com metais do solo (principalmente o ferro), formando óxidos metálicos.

CICLO DO FÓSFORO

O fósforo é o material genético constituinte das moléculas dos ácidos ribonucléicos (RNA) e desoxirribonucléicos (DNA) e componente dos ossos e dentes. É, portanto, um elemento fundamental na transferência de caracteres no processo de reprodução dos seres humanos. O fósforo é um elemento de ciclo fundamentalmente sedimentar, seu principal reservatório é a litosfera, mais precisamente as rochas fosfatadas e alguns depósitos formados ao longo de milênios. Por meio de processos erosivos, ocorre a liberação do fósforo na forma de fosfatos (PO4-3), que serão utilizados pelos produtores. Entretanto, parte desses fosfatos liberados é carregado para os oceanos, onde se perde em depósitos a grandes profundidades, ou é consumida pelo fitoplâncton. Grande parte do fosfato carregado pela água ou escavado dos depósitos na rocha é eventualmente levado pelo mar (por isso peixes e animais marinhos são ricos em fósforo) - o homem e suas atividades mineradoras e distributivas aceleram este processo.

Boa parte do fósforo de que precisamos são ingeridos quando nos alimentamos de peixe. Nossos ossos armazenam cerca de 750 g de fósforo sob a forma de fosfato de cálcio. A falta de fósforo provoca o raquitismo nas crianças e nos adultos tornando seus ossos quebradiços.

Com a morte das plantas e animais este fósforo retorna ao solo e é absorvido por novas plantas. Nas rochas fosfáticas é retirado o fosfato, usado em fertilizantes e na fabricação de detergentes. O uso doméstico desses detergentes é a maior causa da poluição dos rios pelo fósforo. Mesmo a água tratada de esgotos, que volta aos rios, pode ainda conter fosfatos.

PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS E BACTERIOLÓGICOS DA ÁGUA

O grau de poluição das águas é medido através de características físicas, químicas e biológicas das impurezas existentes, que, por sua vez, são identificadas por parâmetros de qualidade das águas (físicos, químicos e biológicos).

De forma geral, as características físicas são analisadas sob o ponto de vista de sólidos (suspensos, coloidais e dissolvidos na água) e gases. As características químicas, nos aspectos de substâncias orgânicas e inorgânicas e as biológicas sob o ponto de vista da vida animal, vegetal e organismos unicelulares (algas).

PARÂMETROS FÍSICOS

Cor: pode ser de origem mineral ou vegetal, causada por substâncias metálicas como o ferro ou o manganês, matérias húmicas, taninos, algas, plantas aquáticas e protozoários, ou por resíduos orgânicos ou inorgânicos de indústrias tais como: mineração, refinarias, explosivos, papel etc. A cor em sistemas públicos de abastecimento de água é esteticamente indesejável para o consumidor e economicamente prejudicial para algumas indústrias.

Odor e Sabor: são os meios primários pelos quais se determina o uso ou a aceitabilidade da água. O sentido do sabor é variado e vago e, portanto, difícil de quantificar. O odor é de quantificação mais simples, se faz preparando diluições sucessivas da amostra, até que a sensação do odor seja apenas perceptível, o que se define como numero limiar de odor.

Pode advir de fontes naturais (algas, vegetação em decomposição, bactérias, fungos e compostos inorgânicos) e artificiais (provenientes da atividade humana).

Temperatura: é um parâmetro físico (uma função de estado) descritivo de um sistema que vulgarmente se associa as noções de frio e calor, bem como as transferências de energia térmica, mas que se poderia definir, mais exatamente, sob um ponto de vista microscópico, como a medida da energia cinética associada ao movimento (vibração) aleatório das partículas que compõem o um dado sistema físico.

Sólidos em água:

1) Sólidos totais (ST): Resíduo que resta na cápsula apos a evaporação em banho-maria de uma porção de amostra e sua posterior secagem em estufa a 103-105°C até peso constante. Também denominado resíduo total.

2) Sólidos em suspensão (ou sólidos suspensos) (SS): É a porção dos sólidos totais que fica retida em um filtro que propicia a retenção de partículas de diâmetro maior ou igual a 1,2 μm. Também denominado resíduo não filtrável (RNF).

c) Sólidos Voláteis (SV): é a porção dos sólidos (sólidos totais, suspensos ou dissolvidos) que se perde após calcinação da amostra a 550-600°C, durante uma hora para sólidos totais ou dissolvidos voláteis ou 15 minutos para sólidos em suspensão voláteis, em forno mufla. Também denominado resíduo volátil.

3) Sólidos Fixos (SF): É a porção dos sólidos (totais, suspensos ou dissolvidos) que resta após a ignição ou calcinação a 550-600°C após uma hora (para sólidos totais ou dissolvidos fixos) ou 15 minutos (para sólidos em suspensão fixos) em forno-mufla. Também denominado resíduo fixo.

4) Sólidos Sedimentáveis (SSed): É a porção dos sólidos em suspensão que se sedimenta sob a ação da gravidade durante um período de uma hora, a partir de um litro de amostra mantida em repouso em um cone Imhoff.

Obs.: Calcinação é o processo onde oxida-se as substâncias presentes em uma dada amostra à forma de óxidos usando calor. Faz-se isso no laboratório com uso de um forno elétrico chamado mufla, e na indústria em fornos aquecidos por óleo, como na produção de cimento. Normalmente, as calcinações ocorrem em temperaturas da ordem de 1000°C. Esse sistema é usado em análises químicas de substâncias complexas ou na quantificação de metais, pois a maior parte dos óxidos metálicos se mantém estáveis a essa temperatura. Depois de reduzida a óxidos, pode-se analisar a amostra com o uso de outras técnicas, principalmente volumétricas e instrumentais.

PARÂMETROS QUÍMICOS

Amônia (nitrogênio Amoniacal): Na água, apresenta-se na forma predominantemente de Íon Amônio, mas na literatura especializada aparece como amoníaco (NH3), Amônia, ou nitrogênio amoniacal (quando expresso em mg/l de nitrogênio). Estão presentes naturalmente nas águas superficiais ou subterrâneas, resultante da decomposição da matéria orgânica. Todavia, altos índices são usualmente indicadores de poluição de origem domestica ou industrial.

Reage rapidamente com o cloro formando uma ampla classe de compostos conhecidos como cloraminas, estas formações dependem da concentração relativa dos produtos químicos e do pH.

Nitrato - Nitrito: Nitrato e a forma mais oxidada do nitrogênio. Devida a sua estreita relação com o ciclo da vida, as concentrações de nitrato são fortemente influenciadas pelas atividades das plantas e dos animais. Envenenamentos sérios e ocasionalmente fatais tem ocorrido em crianças devido a ingestão de água de poço contendo nitrato (NO3-) a uma concentração maior do que 10 mg/l de nitrato (expresso como N).

Cloreto: Altas concentrações do íon cloreto podem trazer restrições ao sabor da água. A tolerância dos seres humanos varia com o clima e hábitos alimentares. Efeitos laxativos dos cloretos geralmente aparecem naqueles indivíduos que estavam acostumados a baixas concentrações, em geral, e a associação com o cálcio, magnésio, sódio e potássio que produz o efeito nocivo.

Ferro/Manganês: As águas ferruginosas permitem o desenvolvimento das chamadas ferro-bactérias que transmitem a água odores fétidos e cores avermelhadas, verde escura ou negra, podendo obstruir as canalizações e mancharem roupas.

Metais Pesados: Os metais pesados são micropoluentes inorgânicos provenientes, na sua maioria, de efluentes industriais e altamente tóxicos para a vida aquática.

 Os principais metais pesados presentes nas águas em forma dissolvida são cádmio, cromo, chumbo, mercúrio, níquel e zinco.

 Em geral, as concentrações de metais pesados na água estão muito aquém dos padrões de qualidade estabelecidos. Por outro lado, a tendência dos metais pesados é de se aderirem aos sólidos em suspensão que por sua vez, sedimentam-se no fundo do corpo d’água.

Os metais pesados, além de serem tóxicos são cumulativos no organismo e podem provocar diversos tipos de doenças no ser humano com a ingestão de pequenas doses, por períodos consideráveis.

Os metais são medidos, geralmente, em miligramas por grama ou microgramas por grama, expressos em peso seco.

ARSÊNICO (As) - O arsênico é um metal de ocorrência natural, sólido, cristalino, de cor cinza-prateada. O arsênico é usado na fabricação de munição, ligas e placas de chumbo de baterias elétricas. Na forma de arsenito é usado como herbicida e como arsenato, é usado nos inseticidas.

CHUMBO (Pb) - Um metal dúctil, maleável, de cor prateada ou cinza-azulada, resistente à corrosão. Os principais usos estão relacionados às indústrias extrativa, petrolífera, de baterias, tintas e corantes, cerâmica, cabos, tubulações e munições.

CÁDMIO (Cd) - É um metal que pode ser dissolvido por soluções ácidas e pelo nitrato de amônio. Quando queimado ou aquecido, produz o óxido de cádmio, pó branco e amorfo ou na forma de cristais de cor vermelha ou marrom. O homem expõe-se ocupacionalmente na fabricação de ligas, varetas para soldagens, baterias Ni-Cd, varetas de reatores, fabricação de tubos para TV, pigmentos, esmaltes e tinturas têxteis, fotografia, litografia e pirotecnia, estabilizador plástico, fabricação de semicondutores, células solares, contadores de cintilação, retificadores e lasers.

MERCÚRIO (Hg) - O mercúrio é um líquido inodoro e de coloração prateada. Os compostos mercúricos apresentam uma ampla variedade de cores. Nos processos de extração, o mercúrio é liberado no ambiente principalmente a partir do sulfeto de mercúrio. O mercúrio e seus compostos são encontrados na produção de cloro e soda caústica (eletrólise), em equipamentos elétricos e eletrônicos (baterias, retificadores, relés, interruptores etc), aparelhos de controle (termômetros, barômetros, esfingnomanômtros), tintas (pigmentos), amálgamas dentárias, fungicidas (preservação de madeira, papel, plásticos etc), lâmpadas de mercúrio, laboratórios químicos, preparações farmacêuticas, detonadores, óleos lubrificantes, catalisadores e na extração de ouro.

CROMO (Cr)Émetal de cor cinza que reage com os ácidos clorídrico e sulfúrico. Entre as inúmeras atividades industriais, destacam-se: galvanoplastia, soldagens, produção de ligas ferro-cromo, curtume, produção de cromatos, dicromatos, pigmentos e vernizes.

MANGANÊS (Mn) - O manganês é um metal cinza semelhante ao ferro, porém mais duro e quebradiço. Entre as principais aplicações industriais do manganês, destacam-se a fabricação de fósforos de segurança, pilhas secas, ligas não-ferrosas (com cobre e níquel), esmalte porcelanizado, fertilizantes, fungicidas, rações, eletrodos para solda, magnetos, catalisadores, vidros, tintas, cerâmicas, materiais elétricos e produtos farmacêuticos (cloreto, óxido e sulfato de manganês). As exposições mais significativas ocorrem através dos fumos e poeiras de manganês.

pH: representa a concentração de íons hidrogênio, H+, dando uma indicação das condições de acidez, neutralidade e basicidade da água.

Forma do constituinte responsável: sólidos dissolvidos e gases dissolvidos.

Origem natural:

- dissolução de rochas

- absorção de gases da atmosfera

- oxidação de matéria orgânica

- fotossíntese

Origem antropogênica:

- despejos domésticos (oxidação da matéria orgânica)

- despejos industriais (ex.: lavagem ácida de tanques)

Importância:

- Etapas do tratamento de água: coagulação, desinfecção, controle de corrosividade, remoção da dureza.

- pH baixo: corrosividade e agressividade nas águas de abastecimento

- pH elevado: possibilidade de incrustrações nas águas de abastecimento

- valores de pH afastados da neutralidade: podem afetar a vida aquática (ex.: peixes) e os microorganismos responsáveis pelo tratamento biológico dos esgotos

Utilização mais freqüente do parâmetro:

- caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas

- caracterização de águas residuárias brutas

- controle de operação de estações de tratamento de água (coagulação e grau de incrustabilidade/corrosividade)

- controle da operação de estações de tratamento de esgotos (digestão anaeróbia)

- caracterização de corpos d’água

Unidade: unidades de pH

Turbidez: Turbidez de uma amostra de água é o grau de atenuação de intensidade que um feixe de luz sofre ao atravessá-la (e esta redução se dá por absorção e espalhamento, uma vez que as partículas que provocam turbidez nas águas são maiores que o comprimento de onda da luz branca), devido à presença de sólidos em suspensão. A turbidez é atribuída principalmente às partículas sólidas em suspensão, que diminuem a claridade e reduzem a transmissão da luz do meio. Pode ser provocado por plânctons, algas, detritos orgânicos, e outras substancias como: zinco, ferro, compostos de manganês e areia, resultante do processo natural de erosão ou adição de despejos domésticos ou industriais. No aspecto estético o valor da turgidez pode ser aceita ate 5 UT (unidade de turgidez), no aspecto sanitário, nao pode passar de 1 UT.

A turbidez pode ser removida através de sedimentação simples, utilizando-se decantadores, sendo também possível e interessante em alguns casos o emprego da flotação por ar dissolvido. A filtração pode ser entendida como um processo complementar aos anteriores, ou ser empregada diretamente em casos de águas de baixa cor e turbidez.

Alcalinidade: quantidade de íons na água que reagirão para neutralizar os íons hidrogênio. É uma medição da capacidade da água de neutralizar os ácidos (capacidade de resistir às mudanças de pH: capacidade tampão). Os principais constituintes da alcalinidade são os bicarbonatos (HCO3-), os carbonatos (CO3-) e os hidróxidos (OH-). A distribuição das três espécies na água é função do pH.

Forma do constituinte responsável: sólidos dissolvidos

Origem natural:

- dissolução de rochas

- reação do CO2 com a água (CO2 resultante da atmosfera ou da decomposição da matéria orgânica)

Origem antropogênica:

- despejos industriais

Importância:

- não tem significado sanitário para a água potável, mas em elevadas concentrações confere um gosto amargo a água

- é uma determinação importante no controle do tratamento da água, estando relacionada com a coagulação, redução de dureza e prevenção da corrosão em tubulações

- é uma determinação importante no tratamento de esgotos, quando há evidências de que a redução do pH pode afetar os microorganismos responsáveis pela depuração

Utilização mais freqüente do parâmetro:

- caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas

- caracterização de águas residuárias brutas

- controle da operação de estações de tratamento de água (coagulação e grau de incrustabilidade/corrosividade)

Unidade: mg/L de CaCO3

Dureza: e causada pelo cálcio e em menor grau pelo magnésio, dissolvido na água. Normalmente e expressa pela quantidade equivalente de carbonato de cálcio. A aceitação da dureza e muito variavel segundo as comunidades em função das condições locais. Índices superiores a 200mg/l pode causar a aparição de incrustações no sistema de distribuição, e com a interação de outros fatores, como pH e alcalinidade, provoca um consumo excessivo de sabão (inibe a formação de espuma).

Quando aquecida, provoca incrustações de carbonato de cálcio (fechamento dos orifícios do chuveiro, por ex.).

PARÂMETROS BIOLÓGICOS

OD - O oxigênio dissolvido (OD) é geralmente medido em miligramas por litro (mg/l) da água analisada. Provém, em geral, da dissolução do oxigênio atmosférico, naturalmente ou artificialmente, e também, da produção liberada por alguns microorganismos vivos na água (algas e bactérias).

O oxigênio dissolvido é vital para os seres aquáticos aeróbicos (dependentes de oxigênio). O nível de disponibilidade de OD na água vai depender do balanço entre a quantidade consumida por bactérias para oxidar a matéria orgânica (fontes pontuais e difusas) e a quantidade produzida no próprio corpo d’água através de organismos fotossintéticos, processos de aeração natural e/ou artificial. Se o balanço do nível de OD permanece negativo por tempo prolongado, o corpo d’água pode tornar-se anaeróbico (ausência de oxigênio), causando a geração de maus odores, o crescimento de outros tipos de bactérias e morte de diversos seres aquáticos aeróbicos, inclusive peixes.

O OD é um dos principais parâmetros de caracterização dos efeitos da poluição das águas decorrentes de despejos orgânicos. A solubilidade do OD é função da altitude e da temperatura do corpo de água. Em geral, ao nível do mar e à temperatura de 20°C, a concentração de saturação é de 9.2 mg/l.

DBO – Demanda bioquímica de oxigênio: A Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) é medida, em geral, em miligramas por litro (mg/l) e traduz indiretamente a quantidade de matéria orgânica presente no corpo de água. A matéria orgânica é formada por inúmeros componentes, como compostos de proteína, carboidratos, uréia, surfactantes (detergentes), gordura, óleos, fenóis, pesticidas, etc. A DBO Representa a degradação da matéria orgânica (biodegradável) em função do tempo, ou seja é a quantidade necessária para transformar matéria orgânica em material inorgânico pelos decompositores aeróbicos.

A DBO padrão é aquela que representa o consumo de oxigênio no processo de oxidação da matéria orgânica presente em uma amostra de água durante o período de 5 dias e incubada a 200 C. A DBO padrão é universalmente utilizada e os dados apresentados neste trabalho foram obtidos desta forma.

 A DBO padrão está associada à porção biodegradável da matéria orgânica de origem vegetal e animal e também àquela presente nos despejos domésticos industriais.

 Vale informar que os esgotos domésticos possuem uma DBO em torno de 300 mg/l, que representa o consumo de 300 mg de oxigênio em 5 dias, à 20 C, no processo de estabilização da matéria orgânica carbonácea biodegradável presente em 1 litro de esgoto.

 Resumindo, DBO alta significa presença de poluição através da matéria orgânica proveniente de fontes pontuais e/ou difusas de origem doméstica ou industrial.

DQO – Demanda química de oxigênio: Representa a degradação da matéria orgânica (biodegradável) em função da oxidação química com dicromato de potássio. ou Carência Química de Oxigênio (CQO) em Portugal, e um parâmetro que mede a quantidade de matéria orgânica suscetível de ser oxidada por meios químicos que existam em uma amostra líquida. Se expressa em mg O2/litro.

TOC ou COT - Carbono orgânico total: oxidação via temperatura “queima”. Usado também para avaliar a eficiência de métodos de degradação de compostos orgânicos tóxicos, bem como de tratamento de efluentes industriais.

Coliformes Fecais (COLI. F)

 As bactérias do grupo coliforme são utilizadas como indicador biológico da qualidade das águas. A contaminação das águas por fezes humana e/ou animal pode ser detectada pela presença de bactérias do grupo coliforme.

O grupo coliforme de bactérias se divide como indicador de contaminação fecal, da seguinte forma:

 

coliformes totais (fecal e não fecal); 

Coliformes fecais (fecal); 

Estreptococos fecais (fecal).

 

 No intestino dos seres humanos e animais predomina em grande número os coliformes fecais. Para se ter uma idéia, um indivíduo elimina, em média, 10 bilhões de coliformes fecais por dia. Além dos coliformes, existem, no meio intestinal, outras bactérias, vírus, protozoários e vermes, em números significativamente menores. Nesse meio intestinal, podem conviver agentes patogênicos, isto é, nocivos ao homem, como alguns tipos de bactérias que podem provocar diarréias fortes, febre, náusea e o cólera, alguns tipos de protozoários, responsáveis, inclusive, pela malária e vírus perigosos como aqueles que podem levar a hepatite infecciosa, gastroenterite, febre amarela, dengue e a paralisia infantil.

 Assim sendo, na prática, a medição do número de coliformes fecais em um corpo d’água é um indicador não só da contaminação por fezes de origem humana e animal, como também da possibilidade de coexistência de organismos patogênicos.

 A contaminação fecal é geralmente medida em número mais provável de coliformes por cem mililitros de água amostrada (NMP/1OOml).

 Os órgãos ambientais utilizam-se deste indicador para diagnosticar também as condições para o banho de mar. Esse serviço informa à população a adequabilidade ou não de banho junto às águas litorâneas (excelente, muito boa, satisfatória e imprópria) e é denominado de condições de balneabilidade.

AMBIENTES REDUTORES E OXIDANTES

Na reação de oxidação ocorre a perda de elétrons, enquanto a reação de redução consiste em ganhar elétrons.

A variedade de reações químicas que envolvem oxidacão-reducão no nosso cotidiano e surpreendente. Parece que vivemos das pilhas e baterias que movimentam as calculadoras, carros, brinquedos, lâmpadas, rádios, televisões e muitas outras coisas. Para combater a corrosão, polimos a prataria, pintamos as grades de ferro e galvanizamos os pregos. Circuitos de computadores são cobertos por finas camadas de ouro ou prata aplicadas por eletrodeposição.

A revelação fotográfica utiliza reações químicas que envolvem transferência de elétrons. As plantas transformam energia em compostos através de uma serie de reações chamadas de cadeia de transporte de elétrons. Os testes de glicose na urina, ou de álcool no ar expirado, são feitos com base em intensas mudanças de cor, através de reações que também envolvem a transferência de elétrons.

Mecanismos de varias reações químicas são melhor compreendidos fazendo-se uso do conceito de oxidacão-reducão. Por sua vez, esse conceito e útil no entendimento de vários aspectos da Química como, por exemplo, a estrutura molecular (ligação covalente e iônica) e a reatividade (deslocamento de metais, agentes oxidantes e redutores, potenciais padrão de eletrodo).

A Oxidação pode ocorrer em três circunstancias: quando se adiciona oxigênio a substancia, quando uma substancia perde hidrogênio ou quando a substancia perde elétrons. Exemplo: as saladas de frutas tendem a se escurecer quando entram em contato com o ar, isso porque o oxigênio age promovendo a oxidação das frutas. Uma dica para que isso nao ocorra e adicionar suco de limão ou laranja, pois a vitamina C presente nas frutas cítricas impede a ação oxidante do oxigênio sobre a salada.

A Redução, por sua vez, e o inverso e ocorre também de três maneiras: quando uma substancia perde oxigênio, quando ganha hidrogênio ou quando ganha elétrons. Exemplo: Quando o Oxido de Cobre (negro) e colocado em aparelhagem apropriada (câmara) para que ocorra sua redução o Gás Hidrogênio entra em contato com o Oxido de Cobre super aquecido e, como resultado, ele perde oxigênio e vai aos poucos se tornando rosa, pois esta sendo reduzido a Cobre.

Reação de Óxido-redução: Sabe-se que oxidação e redução ocorrem juntas na mesma reação química. Esse fenômeno recebe o nome de Reação redox ou Óxido-redução. Oxido-reducão são reações que transferem elétrons entre substancias fazendo com que o numero de oxidação (Nox) de uma substancia aumente enquanto o Nox de outra substancia diminui. Esse processo nao deve ser confundido com as ligações iônicas que doam elétrons de uma substancia a outra e sim como um processo de oxidação de uma substancia e a redução de outra. Podemos dizer então que em uma reação a substancia que perde elétrons e sofre oxidação e designada agente redutor enquanto a substância que ganha elétrons e sofre redução e designada agente oxidante.

Algumas dessas reações são muito úteis para a industria. O ferro, por exemplo, e extraído pela combinação do minério de ferro com o monóxido de carbono (CO), num alto-forno. Nessa reação, o minério perde oxigênio para formar o ferro (Fe) e o CO recebe oxigênio para formar o CO2 (dióxido de carbono). A ferrugem e um dos resultados de uma reação redox, na qual o ferro se oxida e forma o

oxido de ferro (ferrugem), e o oxigênio do ar e reduzido.

Outro exemplo de reação redox e o da prata em contato com o ar. Os objetos de prata tendem a perder seu aspecto brilhante com o passar do tempo, se tornando embaçados e com coloração escura. Esse fato ocorre porque os átomos de prata da superfície do objeto reagem com outras substancias, como o oxigênio. Dizemos então que a prata se oxidou, ou seja, passou por uma reação de óxido-reducão.

Regras Práticas

1ª - Substâncias simples apresentam Nox igual a zero.

Ex: Nox do H no H2 = 0 Nox do S no S8 = 0 Nox do N no N2 = 0

2ª - Nos íons simples, os elementos apresentam nox igual a carga do ion.

Ex: Nox do Fe no Fe2+ = +2 Nox do Cℓ no Cℓ = - 1 Nox do Na no Na+ = +1

3ª - Os elementos abaixo apresentam carga fixa quando combinados.

Metais alcalinos e prata (Ag) = +1;

Metais alcalinos terrosos, zinco (Zn) e cádmio (Cd) = +2;

Alumínio (Aℓ) = +3;

Flúor (F) = –1;

Cloro (Cℓ), bromo (Br) e iodo (I), em compostos nao oxigenados, apresentam Nox = –1;

Enxofre (S), em compostos nao oxigenados, apresenta Nox = –2;

Hidrogênio (H), em geral, tem Nox = +1. Exceto em hidretos metálicos (LiH, NaH, CaH2, BaH2, etc.) cujo Nox = –1;

Oxigênio (O), em geral, tem Nox = –2. Exceto:

nos peróxidos (NaO, CaO2, BaO2, etc.) o Nox = –1.

nos superoxidos (CaO4, NaO2, LiO2, etc.) o Nox = –1/2.

ligado ao flúor (O2F2 e OF2) o Nox = +1 ou +2.

4ª - A soma algébrica das cargas totais dos elementos, nos compostos, e igual a zero. Ex: H2SO4 H3PO4; HCℓO4

5ª - A soma das cargas totais dos elementos, nos íons compostos, e igual a carga do ion. Ex: MnO4– ; SO42– ; CrO42–

PRATIQUE

Determine o numero de oxidação do elemento em negrito nas espécies químicas abaixo:

a) H2SO4 g) Mg(CℓO4)2

b) H2SO3 h) Aℓ2(SO4)3

c) HNO3 i) H3PO4

d) H4SiO4 j) CaCO3

e) H2Cr2O7

f) K2SO3

Poluição por compostos Químicos:

Atmosférica: CO, CO2, CH4, H2S, SO2, NO2, F, ozônio, clorofórmio, aldeídos, radiações; dioxinas furanos, etc;

Água e Sedimentos: fenóis, hidrocarbonetos, pesticidas, toxinas, efluentes, N, P, organismos patogênicos, detergentes; desreguladores endócrinos, elementos químicos, etc;

Solo: fertilizantes, pesticidas, hidrocarbonetos, elementos químicos, resíduos sólidos, fenóis, dioxinas, furanos;

Alimentos: pesticidas, elementos químicos, toxinas e microrganismos.

TOXICOLOGIA

Em termos simples, toxicologia pode ser definida como a ciência da ação de venenos em organismos vivos. Toxicologia Industrial é relacionada com o organismo humano e conseqüentemente está coligada ao campo da medicina. Desde que a medicina não pode ser considerada uma ciência exata como a química, física ou matemática, o fenômeno da toxicologia não pode sempre ser previsto com precisão ou explicado com base nas leis da física ou química. Este fato que não pode ser previsto, freqüentemente reduz as conclusões e decisões para opinião melhor do fato.

Genericamente falando, Toxicologia Industrial é relacionada com os efeitos de substâncias que penetram em alguma parte do corpo humano.

Toxicidade

Toxicidade é a característica de uma molécula química ou composto em produzir uma doença, uma vez que alcança um ponto suscetível dentro ou na superfície do corpo. Perigo toxicológico é a probabilidade que a doença pode ser causada através da maneira pela qual esteja sendo utilizada a substância.

Termos relacionados a toxicidade:

Aguda: este termo será empregado no senso médico para significar “de curta duração”. Quando aplicada para materiais que podem ser inalados ou absorvidos através da pele, será referida como uma simples exposição de duração medida em segundos, minutos ou horas. Quando aplicada para materiais que são ingeridos, será referida comumente como uma pequena quantidade ou dose.

Crônica:este termo será usado em contraste com aguda, e significa de longa duração. Quando aplicada para materiais que podem ser inalados ou absorvidos através da pele, será referida como períodos prolongados ou repetitivos de exposição de duração medida em dias, meses ou anos. Quando aplicada para materiais que são ingeridos, será referida como doses repetitivas com períodos de dias, meses ou anos. O termo “crônico” não se refere ao grau (mais severo) dos sintomas, mas se importará com a implicação de exposições ou doses que podem ser relativamente perigosa, a não ser quando extendidas ou repetidas após longos períodos de tempo (dias, meses ou anos). Nesta apostila o termo “crônico” inclui exposições que podem também ser chamadas de “sub-agudas”, como por exemplo algum ponto entre aguda e crônica.

Local: este termo se refere ao ponto de ação de um agente e significa que a ação ocorre no ponto ou área de contato. O ponto pode ser pele, membranas mucosas, membranas dos olhos, nariz, boca, traquéia, ou qualquer parte ao longo do sistema respiratório ou gastrointestinal. A absorção não ocorre necessariamente.

Sistêmico: este termo se refere para um ponto de ação diferente que o ponto de contato e pressupõe que ocorreu absorção. É possível, entretanto, para agentes tóxicos ser absorvidos através de canal (pele, pulmões ou canal gastrointestinal) e produzir manifestações posteriores em um daqueles canais que não são um resultado do contato direto original. Desta maneira é possível para alguns agentes produzir efeitos perigosos em um simples órgão ou tecido como o resultado de ambas as ações “local e sistêmica”.

Absorção: um material é dito ter sido absorvido somente quando tenha alcançado entrada no fluxo sanguíneo e conseqüentemente poder ser carregado para todas as partes do corpo. A absorção necessita que a substância passe através da pele, membrana mucosa, ou através dos alvéolos pulmonares (sáculos de ar dos pulmões). Também pode ser produzido através de uma agulha (subcutânea, intravenosa, etc...) mas esta não é de muita importância em Higiene Industrial.

Classificações de toxicidade

Uma explanação das classificações de toxicidade é dada como nos seguintes parágrafos:

U (Unknown - Desconhecido): esta designação é dada para substâncias que caem em uma das seguintes categorias:

(a) Informações toxicológicas não puderam ser encontradas na literatura e em outras fontes.

(b) Informações limitadas baseadas em experimentos com animais estava disponível, mas na opinião de peritos estas informações não podem ser aplicadas para exposição humana. Em alguns casos esta informação é mencionada tanto que o leitor poderá saber que algum trabalho experimental foi desenvolvido.

(c) Informações de dados foram omitidos por serem de validade questionável.

0 = Não tóxico: esta designação é dada para materiais que caem em uma das seguintes categorias:

(a) materiais que não causam risco algum sob qualquer condição de uso.

(b) materiais que produzem efeitos tóxicos em humanos somente sob condição muito fora do comum ou através de dosagem excessivamente alta.

1 = Levemente tóxico:

(a) Aguda local. Materiais que em uma única exposição durante segundos, minutos ou horas causam apenas efeitos brandos na pele ou membranas mucosas indiferente da extenção da exposição.

(b) Aguda sistêmica. Materiais que podem ser absorvidos pelo corpo por inalação, ingestão ou através da pele e que produzem somente efeitos brandos seguido de uma única exposição durante segundos, minutos ou horas; ou seguido de ingestão de uma única dose, indiferente da quantidade absorvida ou da extensão de exposição.

(c) Crônica local. Materiais que em exposições contínuas ou repetitivas, estendendo-se durante períodos de dias, meses ou anos causam apenas danos leves para a pele ou membrana mucosa. A extensão de exposição pode ser grande ou pequena.

(d) Crônica sistêmica. Materiais que podem ser absorvidos pelo corpo por inalação, ingestão ou através da pele e que produz somente efeitos brandos seguidos de exposições contínuas ou repetitivas durante dias, meses ou anos. A extensão da exposição pode ser grande ou pequena.

Em geral aquelas substâncias classificadas como sendo levemente tóxicas, produzem mudanças no corpo humano que são prontamente reversíveis e que irão desaparecer ao término da exposição, mesmo com ou sem tratamento médico.

2 = Moderadamente tóxico:

(a) Aguda local. Materiais que podem em simples exposição durante segundos, minutos ou horas, causar efeitos moderados na pele ou membranas mucosas. Estes efeitos podem ser o resultado de segundos de exposição intensa ou exposição moderada durante horas.

(b) Aguda sistêmica. Materiais que podem ser absorvidos pelo corpo por inalação, ingestão ou através da pele e que produzem efeitos moderados seguidos de simples exposição durante segundos, minutos ou horas, ou seguidos de ingestão de uma única dose.

(c) Crônica local. Materiais que em exposições repetitivas ou contínuas, estendendo-se a períodos de dias, meses, ou anos causam danos moderados para a pele ou membranas mucosas.

(d) Crônica sistêmica. Materiais que podem ser absorvidos pelo corpo por inalação, ingestão ou através da pele e que produzem efeitos moderados seguidos de exposição contínua ou repetitivas, estendendo-se por períodos de dias, meses ou anos.

Aquelas substâncias classificadas como sendo moderadamente tóxico podem produzir mudanças irreversíveis, bem como, reversíveis no corpo humano. Estas mudanças não são tão severas como ameaçar a vida ou produzir séria incapacidade física permanente.

3 = Severamente tóxico:

(a) Aguda local. Materiais que em uma simples exposição durante segundos ou minutos causam danos para pele ou membranas mucosas de severidade suficiente para ameaçar a vida ou para causar danos físicos permanentes ou até desfiguração.

(b) Aguda sistêmica. Materiais que podem ser absorvidos pelo corpo por inalação, ingestão ou através da pele e que podem causar danos de severidade suficiente para ameaçar a vida, seguido de uma simples exposição durante segundos, minutos ou horas, ou seguido de ingestão de uma simples dose.

(c) Crônica local. Materiais que em exposições contínuas ou repetitivas, estendendo-se por períodos de dias, meses ou anos podem causar danos a pele ou membranas mucosas de severidade suficiente para ameaçar a vida ou para causar danos físicos permanentes ou até desfiguração (mudanças irreversíveis).

(d) Crônica sistêmica. Materiais que podem ser absorvidos pelo corpo através de inalação, ingestão ou através da pele e que podem causar morte ou sérios danos físicos, seguidos de exposições contínuas ou repetitivas de pequenas quantidades durante períodos de dias, meses ou anos.

Veneno

O veneno pode ser considerado como substância que causa danos para os tecidos vivos, quando aplicados em doses relativamente pequenas. Não é sempre fácil fazer uma distinção entre substâncias venenosas e não venenosas.

A consideração mais importante quando definimos o termo veneno, é relacionar a quantidade ou dosagem à partir da qual o produto se torna perigoso.

Categorias de Compostos Tóxicos

Asfixiantes: Compostos que diminuem a absorção de oxigênio pelo organismo. (nitrogênio, monóxido de carbono, cianetos);

Irritantes: Materiais que causam inflamação nas membranas mucosas (acido sulfúrico, sulfeto de hidrogênio, HCs aromáticos);

Carcinogênicos: Provocam câncer (benzeno, aromáticos policiclicos);

Neurotóxicos: Danos ao sistema nervoso (compostos organometálicos);

Mutagênicos: Causam mutações genéticas;

Teratogênicos: Provocam malformações congênitas;

Hepatotóxicos: Danos ao fígado (tetracloreto de carbono);

Fitotóxicos: Danos às plantas.

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