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Aula 06 Química da Atmosfera - Parte II PRINCIPAIS PROBLEMAS AMBIENTAIS E AS LEGISLAÇÕES BRASILEIRAS 1. Chuva ácida 2. Efeito estufa 3. Depleção da camada de ozônio 4. Resoluções do CONAMA Prof. Rafael Arromba de Sousa Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Juiz de Fora, 1S 2015 Química Ambiental 1

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Aula 06

Química da Atmosfera - Parte IIPRINCIPAIS PROBLEMAS AMBIENTAIS E AS LEGISLAÇÕES BRASILEIRAS

1. Chuva ácida2. Efeito estufa

3. Depleção da camada de ozônio4. Resoluções do CONAMA

Prof. Rafael Arromba de Sousa

Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Instituto de Ciências ExatasDepartamento de Química

Juiz de Fora, 1S 2015

Química Ambiental

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1- Chuva Ácida (?)

• A água da chuva é NATURALMENTE ácida (pH ͌ 5,5) :

CO2 + H2O H2CO3 HCO3 - + H +

CHUVA ÁCIDA: chuva com pH entre 5,0 e 2,2

Consequencia da POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA (gases SO3 e NOx)

� Chuvas e neve contendo ácidos fortes (H2SO4 e HNO3)

� Precipitação seca de poluentes ácidos

(depositam sob águas e solos na forma de partículas)

• Prejudica a biota

– Afeta o desenvolvimento de plantas

(danifica as folhas e disponibiliza o Al3+ do solo)

– Pode causar a mortandade de peixes e outros organismos aquáticos

– Promove degradação de monumentos e construções civis 2

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Chuva Ácida – Principais reações

• Reações dos compostos de nitrogênio

2 NO + O2 → 2NO2

2 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3

2 HNO2 + O2 → 2 HNO3

• Reações dos compostos de enxofre

SO2 + 1/2O2 → SO3

SO3 + H2O → H2SO4

� Essas reações explicam como os ácidos são formados na atmosfera3

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Chuva Ácida – Ilustração do processo

�A chuva ácida pode cair em local distante da emissão dos poluentes

� Causa dano em diferentes ambientes (áreas urbanas e rurais) 4

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Efeito da precipitação ácida sobre uma estátua de calcário

H + + CaCO3 (s) � HCO3- + Ca 2+ (equilíbrio “deslocado”)

“A chuva ácida pode causar corrosão NÃO APENAS em minerais, mas também a metais e tintas” � Danos para a construção civil

Chuva Ácida – Entendendo os danos (monumentos e construções)

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Diagrama mostrando a tolerância de algumas espécies à acidez da água

Chuva Ácida – Entendendo os danos (fauna)

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“A maioria dos rios e lagos possuem um pH entre 6,0 e 8,0 e podem atingir valores próximos de 5,0 quando os solos e a água não tem capacidade de

neutralizar a acidez das chuvas”

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Efeito da precipitação ácida sobre uma floresta (Al emanha, 1970 - 1983)

- Europa , América do Norte e alguns países asiáticos são os mais afetadospela chuva ácida

- No Brasil , sabe-se que ocorrem com maior intensidade nas cidades deCubatão, São Paulo e Rio de Janeiro

Chuva Ácida – Entendendo os danos (flora)

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2. Efeito EstufaRefere-se a uma contenção de CALOR promovida por moléculas gasosas específicas

(gases estufa)

FOCO do fenômeno são os problemas que podem ocorrer

ENTRETANTO, não há ainda medidas que determinem inequivocamente que ele existe !

“PREVISÃO”: � Derretimento das calotas polares� Alagamento de regiões costeiras

� Mudanças climáticas: - longos períodos de seca- períodos de enchentes

POR OUTRO LADO, os gases estufa mantêm a temperatura do planeta numa faixa conveniente para a vida

Refletem para o solo a radiação infravermelha emitida pelas substâncias que absorvem a radiação solar 8

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Efeito Estufa – Representação do processo

Em outras palavras: “reflexão” de calor para o solo

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Efeito Estufa – Princípio físico-químico

Moléculas como CO2, CH4, H2O e O3

Absorvem e vibram na frequencia da radiação infravermelha

Contenção de calor pela atmosfera

ASSIM o acréscimo de gases estufa na atmosfera modificaa quantidade do calor retino

� CONSIDERANDO:

• A atmosfera é “transparente” aos comprimentos da luz visível sendo que a camada de ozôniona atmosfera superior absorve a maior parte da luz ultra-violeta

• Na atmosfera inferior, o CO2 e a H2O fazem com que a atmosfera seja “opaca” aos raios infra-vermelhos, e a radiação tem “dificuldade” em voltar ao espaço

� A ATMOSFERA INTERAGE COM A LUZ DO SOL DE DIFERENTES MODOS

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CO2 – Dióxido de Carbono: ~ 60% do efeito estufa. Usado como referência métrica padrãopara determinar o potencial de aquecimento global dos demais gases do efeito estufa

N2O – Óxido nitroso: - ~ 5% do efeito estufa, potencial de aquecimento 300x > CO2

- Um dos precursores da destruição da Camada de ozônio !!

CH4 – Metano: ~ 15% do efeito estufa, potencial de aquecimento 25x > CO2

O3 – Ozônio: ~ 8% do efeito estufa, tóxico para os seres vivos

SF6 – Hexafluoreto de enxofre (hexafluoreto): potencial de aquecimento 22000x > CO2

HFCs – Hidrofluorcarbonetos:

substitutos dos CFCs (que danificam a camada de ozônio), PORÉM: potencial deaquecimento 120 - 12000x > CO2

PFCs – Perfluorcarbonetos: alto poder de aquecimento (6500 - 9200x > CO2)11

Efeito Estufa – Gases estufa

HALOCARBONETOS

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Gases estufa – Onde “usamos”

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Gases estufa – Algumas considerações

Por que o CO2 é considerado o grande “vilão” do efeito estufa se diversos outros gases

tem um poder de aquecimento muito maior ?

Correto ? Correto ?

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Gases estufa – Alguns dados

Segundo o IPAM (Instituto de Pesquisa Ambiental da Amazônia) o Brasil está entre os 5 maiores emissores de gases estufa e isto

se deve a atividades de desmatamento e manejo do solo

(www.ipam.org.br, acessado em 28-04-15)

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3. Química do ozônio

Dr. Paul Crutzen, em 1970, Instituto MaxPlanck, mostrou que os óxidos denitrogênio têm um papel importante nocontrole do equilíbrio natural do ozônio

Dr. Mario Molina , MIT, publicou em1974 com Dr. Sherwood Rowland umartigo (Nature) muito comentado sobrea ameaça do clorofluorcarbonos àCamada de Ozônio

Embora estudos sobre o assunto datem da década de 1960, DESDE ENTÃO , muito ainda se pesquisa sobre o ozônio na

atmosfera e as características da camada de ozônio15

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Constituinte importante (estratosfera) mas também um poluente (troposfera): um dos causadores do smog fotoquímico

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Química do ozônio1º) Ozônio como poluente

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• Smog fotoquímico é o efeito visível na atmosfera (camada roxaacinzentada) do resultado de poluentes e de suas reações catalisadas pelaluz solar (reações fotoquímicas)

• HISTORICAMENTE descobriu-se esse tipo de fenômeno pela primeira vezem Los Angeles, na década de 1940, e que costuma acontecer em cidadescom uma grande movimentação de veículos (acumulam óxidos denitrogênio e compostos orgânicos voláteis (COVs) na atmosfera)

• Efeitos NOCIVOS são irritação (passageira) do sistema respiratório,diminuição na resistência às doenças infecciosas (exposição prolongada),no nível MOLECULAR, o O3 reage com substâncias que contêm ligaçõesC=C (tecidos pulmonares)

� Emissões de O3 por processos industriais e de desinfecção de águadevem ser controlados e evitados !

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Química do ozônio - Ozônio como poluente

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� Presente naturalmente na estratosfera o O3 absorve a radiação UV nafaixa de ~ 220 a ~ 320 nm

(Relembrando) Isto protege os seres vivos de radiações nocivas ...

� Esta camada influencia a qualidade de vida dos seres vivos (natroposfera) e deve ser PRESERVADA

� As reações envolvidas são geralmente fotoquímicas e são espontâneas

(de formação e decomposição):

1. O2 + hν → 2O

2. O + O2 → O3 + calor

3. O3 + hν → O + O2

4. O + O3 → 2O2

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2º) Química do ozônio – O ozônio estratosfera

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ENTRETANTO, existem também reações de decomposição catalisadas por poluentes (X) e que degradam a camada de ozônio:

X + O3 → XO + O2

XO + O → X + O2

� O + O3 → 2O2

� X = gases clorados (CFCs) e precursores de NO ., OH .

NO . pode ser originado do N2O da troposfera

EX. DE REAÇÕES POSSÍVEIS: N2O + O � 2 NO

NO + O3 → NO2 + O2

� Equilíbrio dos níveis de O3 é afetado não só pela presença de poluentes diversos mas, também, pelo desequilíbrio no Ciclo do nitrogênio

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Química do ozônio – O ozônio estratosfera

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PROTOCOLO DE MONTREAL

(Acordo internacional) criado em 1985 na “Convenção de Viena”

Visa proteger a Camada de ozônio

Brasil aderiu em 1990

Tem sido alterado por meio de emendas

(reuniões internacionais regulares)

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Química do ozônio – Aspectos sócio-políticos

http://desarrolloydefensa.blogspot.com.br/2008/03/por-qu-est-amenazada-la-capa-de-ozono.html, acessado 24-10-14

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1) Relembrando os conceitos de físico-química, a formação do ozônioestratosférico é endotérmica ou exotérmica? Por quê?

2) Qual a consequencia que o Protocolo de Montreal trouxe para a químicasintética, em relação à preservação da camada de ozônio? (PESQUISAR...)

3) Como podem ser formados radicais hidroxilas nas altas camadas daestratosfera? (PESQUISAR...)

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Química do ozônio – Questões

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Qualidade do ar e Legislação

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HISTÓRICO

1) Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional deControle da Qualidade do Ar "PRONAR”

2) Resolução CONAMA nº 03, de 28.06.90

� Estabeleceu os padrões nacionais de qualidade do ar

� Definiu a forma de amostragem: - Amostrador de grandes volumes (Hi-vol) ou equivalente

� Definiu os métodos para a monitoração de diferentes parâmetros- Partículas totais em suspensão- SO2

- CO- O3

- Fumaça- Partículas inaláveis- NO2

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Qualidade do ar e Legislação

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HISTÓRICO

1) Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional de Controleda Qualidade do Ar "PRONAR

2) Resolução CONAMA nº 03, de 28.06.90

� Padrões estabelecidos (precedentes):- Preservar a saúde da população- Evitar/minimizar danos à fauna e à flora

� Define que “poluente atmosférico” é qualquer forma de matéria ou energiaque afete o ar alterando seus padrões de qualidade

� Objetiva manter ou atingir os padrões de qualidade exigindo estratégias decontrole das emissões

� Indica que a monitoração de partículas e espécies químicas é importante efrequentemente necessária. Métodos recomendados:

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Resolução CONAMA, n.º 003 de 28 de junho de 1990

� Monitoração de partículas e espécies químicas é importante e frequentemente necessária. Métodos recomendados:

Padrão PRIMÁRIO: valor MÁXIMO permitido - Padrão SECUNDÁRIO: valor desejável(1) Valor que não deve ser excedido mais de 1x ao an o;

(2) Valor média geométrica anual; (3) Valor média a ritmética

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1) Resolução CONAMA nº 03 de 28.06.90

ENTÃO, a monitoração de partículas e espécies químicas é importante e frequentemente necessária. MAS quais são os métodos recomendados/ “permitidos”?

� Métodos propostos pelo INMETRO ou IBAMA*

� Responsabilidade dos Estados

� Plano de emergência para episódios críticos de poluição:

“Episódio Crítico de Poluição do Ar ”: presença de altas concentrações depoluentes na atmosfera, em curto período de tempo, resultante daocorrência de condições meteorológicas desfavoráveis à dispersão dosmesmos

� Estados de ATENÇÃOALERTA

EMERGÊNCIA

(*) Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos

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Qualidade do ar e Legislação

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HISTÓRICO

1) Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar "PRONAR

2) Resolução/CONAMA/nº 003 de 28 de junho de 1990

3) Resolução/CONAMA/nº 18 de 6 de maio de 1986: PROCONVE - Programa de Controle da Poluiçãodo Ar por Veículos Automotores

� “Controlar” a poluição do ar por veículos automotores (carros)

- Exigências tecnológicas (prazos)

- Limites máximos permitidos de poluentes (*)

(*) Limites máximos de emissão dos compostos de chumbo não são regulamentados noBrasil, em função de ter sido abolido o uso do chumbo tetraetila como aditivo da gasolina na décadade 80

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3) Resolução CONAMA nº 18 de 06.05.86: PROCONVE - Programa de Controle da Poluição do Ar porVeículos Automotores

Poluentes Fase L41

desde 2005Fase L5

desde 2009Fase L62 desde 2012

Monoxido de carbono (g/ km) 2,7 2,7 2,0

Hidrocarbonetos (g/ km) 0,503 0,503 0,503

Hidrocarbonetos não-metano (g/ km) 0,20 0,06 0,06

Óxidos de nitrogênio (g/ km) 0,434 - 1,005 0,254 – 0,435 0,254 – 0,355

Material particulado5 (g/ km) 0,10 0,06 0,04

Aldeído4 (g/ km) 0,06 0,04 0,03

Emissão evaporativa (g/ ensaio) 2,0 2,0 1,5(4,7) – 2,0(4,6,7)

Emissão de gás no cárter nula nula nula

(1) Permanece em vigor nos anos de 2009, 2010 e 201 1, somente para os veículos Diesel, por força de Acordo Judicial homologado pelo Juízo federal no est ado de São Paulo

(2) Em 2012 -> Inicia para os veículos Diesel dos si gnatários do Acordo Judicial;A partir de 2013 -> para todos os veículos Diesel;A partir de 2014-> para os novos lançamentos de veí culos do ciclo Otto;A partir de 2015 -> para todos os veículos comercia lizados.

(3) Aplicável somente a veículos movidos a GNV;(4) Aplicável somente a veículos movidos a gasolina ou etanol;(5) Aplicável somente a veículos movidos a óleo dies el;(6) Aplicável aos ensaios realizados em câmera selada de volume variável(7) Aplicável a todos os veículos a partir de 1º/1/2 012

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Qualidade do ar e Legislação

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“... enquanto um carro roda em média 30 quilômetros por dia, as motos de entrega percorrem até 180 quilômetros, poluindo tanto quanto os automóveis (ou até mais)”

� PROMOT – Programa de Controle da Poluição do Ar por Motociclos e Veículos Similares(Resolução CONAMA, nº 297 de 2002)

Característica do Programa:encontra-se atualmente na FASE 3 (M-3), iniciada em 2009, que contempla todos os modelos de

ciclomotores, motociclos e veículos similares novos e veículos em produção

Observou-se que entre 2000 e 2009 houve uma redução de 70 a 80% nasemissões de gases poluentes !

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Referências usadas nestes slides

• Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introdução à Química Ambiental, Porto Alegre Bookman, 2004

• Baird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera, 2 ed, Porto Alegre, Bookman, 2002

• Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011

• http://www.passeiweb.com/na_ponta_lingua/sala_de_aula/quimica/imagens/chuva_acida_formacao.jpg, acessado 06-07-13

• http://achuva.pbworks.com/w/page/1318337/As%20nossas%20descobertas, acessado 06-07-13

• Mozeto, A. Química Atmosférica: A química sobre nossas cabeças. Cadernos Temáticos de Química Nova

na Escola. 2001

• Tolentino, M., Filho, R.C. . A Química no efeito estufa. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. 1998

• http://www.ibama.gov.br/areas-tematicas-qa/programa-proconve, acessado em 19-07-13

• http://www.mma.gov.br/estruturas/163/_arquivos/promot_163.pdf, acessado em 19-07-13.29