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Tudo relacionado à Chuva Ácida...

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CHUVA ÁCIDA 

INTRODUÇÃO

O meio ambiente é muito importante para a manutenção da vida de todos os seres vivos. Porém, o mau uso dos recursos por ele oferecidos, assim como o uso abusivo do mesmo, provocam impactos causados por desmatamentos, queimadas, poluições do solo, água e ar, etc. Um desses impactos é a chuva ácida, que afeta várias regiões do mundo, sendo causada pela poluição do ar. •

Robert Angus Smith

Robert Angus Smith nasceu em Glasgow, na Escócia, no dia 15 de fevereiro de 1817. Ele fazia parte de uma família modesta e passou sua infância nos meios operários com seus pais e duas irmãs. Todos da sua família faleceram precocemente devido a problemas de saúde. Em busca de melhorar sua condição de vida, Robert Angus Smith matriculou-se em Teologia na Universidade de Glasgow, mas abandonou a Universidade antes de concluir os estudos. Foi então para a Alemanha e começou a estudar Química. Em 1841 obteve seu doutoramento nessa área. Após terminar os estudos, foi para Londres. Depois de ter considerado retomar a sua carreira eclesiástica (relativa ao clero, à Igreja) decidiu empregar-se em um laboratório na Royal Manchester Institution, em Manchester. Nesse laboratório, Robert passou a se dedicar essencialmente à investigação da química que estava presente na atmosfera terrestre, dando ênfase à poluição atmosférica, já que Manchester na época era a principal cidade industrial do mundo. Publicou os resultados da sua investigação sobre química atmosférica em 1872, numa obra de 600 páginas intitulada Air and Rain: the Beginnings of a Chemical Climatology (“Ar e chuva: o início de uma Climatologia Química”) . Nessa obra, ele descreve três zonas de poluição atmosférica diferenciadas, típicas das cidades daquela época. Tais zonas são: •

As regiões de agricultura intensa: tem muito carbonato e amoníaco;

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As periferias urbanas: alta concentração de sulfato de amônia;

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Os grandes centros urbanos: tem muito ácido sulfúrico.

A sua obra tornou-se referência obrigatória para múltiplas gerações de químicos da atmosfera. Robert Angus Smith foi o primeiro a usar o termo “chuva ácida”, para descrever a precipitação ácida que ocorreu em Manchester logo após a Revolução Industrial, em 1872. Foi ele, também, o primeiro a relacionar o fenômeno com a poluição atmosférica. Faleceu em Manchester a 12 de Maio de 1884, sendo reconhecido como um dos maiores químicos da época.

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Acidez natural da chuva

Poucas pessoas possuem o conhecimento de que a chuva naturalmente já possui um caráter ácido, não possuindo assim o pH esperado para uma substância neutra (pH 7,0). Á acidez natural da chuva se deve a presença de CO2 na atmosfera, que ao se dissolver na água, resulta na formação do ácido carbônico, que confere a chuva um pH em torno de 5,6. As reações envolvidas durante este processo são: • • •

CO2 (g) + H2O (l) → H2CO3 (aq) H2CO3 (aq) → H+ (aq) + HCO3- (aq) HCO3- (aq) → H+ (aq) + CO32- (aq)

Obs: o íon H+ é uma representação simplificada do íon hidrônio. Na reação I temos a formação do ácido carbônico, e na reação II e III, temos a dissociação do ácido na presença de água. Essa dissociação resulta em baixas concentrações acidificantes de íons hidrônio, o que torna a água levemente ácida. Porém, como o ácido carbônico é um ácido fraco e está em equilíbrio com a chuva (pois está em concentrações aceitáveis), este nível de acidez não traz prejuízos ao meio ambiente. •

O que é chuva ácida

Quimicamente toda chuva já é naturalmente ácida, o que vem ocorrendo nas últimas décadas e preocupando o mundo, é um aumento significante no nível de acidez da chuva. Para ser considerada chuva ácida, esta deve apresentar um pH abaixo do N.T (Nível de tolerância), possuindo assim, um pH aproximadamente igual ou menor que 4,5. Tal fato tem gerado um crescente impacto ambiental em diversas regiões do mundo e por isso tornou-se tão importante controlar esse fenômeno, que é puramente antrópico. Apesar de existir processos naturais que contribuem para a acidificação da chuva, como os gases lançados pelos vulcões e os gases gerados pelos processos biológicos que ocorrem no solo, esse aumento na acidez da chuva é ocasionado principalmente pela constante emissão em altas concentrações de poluentes químicos na atmosfera, originados principalmente da queima de combustíveis fosseis. •

Origem química da chuva ácida

A acidez exacerbada da chuva é causada pelas elevadas concentrações de gases lançados pelo homem na atmosfera. Esses gases são principalmente os compostos de enxofre (SOx), produzidos pela oxidação das impurezas sulfurosas existentes na maior parte dos carvões e petróleos e de nitrogênio (também chamado de azoto) (NOx), gerados pelas altas temperaturas de queima dos combustíveis fósseis, que ao reagirem com a água presente na atmosfera, produzem ácidos fortes, como o ácido sulfúrico e nítrico, mudando bruscamente o pH da chuva. Apesar do nitrogênio e do enxofre serem os principais contribuintes para a formação da chuva ácida, existem outros, como:

Poluente Dióxido de enxofre

Óxidos de nitrogênio

Ácido Clorídrico

Ácido fluorídrico

Origem Fabricação de fertilizantes; aquecimento de minérios do grupo de sulfatos; fabricação de celulose e ácido sulfúrico; combustão do carvão e derivados de petróleo, em veículos, usinas termelétricas, indústrias, altos-fornos, etc.; Combustão do carvão vegetal; combustão dos derivados de petróleo (especialmente em veículos); indústrias de ácido nítrico e ácido sulfúrico; fumaça de cigarros; Indústrias de fertilizantes; indústrias eletroquímicas; processos de esmaltação da porcelana; combustão de materiais contendo cloro; Fundições de metais pesados e de alumínio; indústrias de fertilizantes; indústrias de vidro, esmalte e porcelana;

Porém, esses gases secundários no processo de acidificação da chuva, nem se compara ao estrago ocasionado pelos dióxidos de enxofre (SO2) e óxidos de azoto (NO). •

Os óxidos de enxofre

O dióxido de enxofre é um gás proveniente da oxidação de compostos de enxofre contidos nos combustíveis fosseis (gasolina, carvão, óleo diesel), na matéria orgânica que é queimada e nas emissões dos vulcões, sendo sem dúvidas o principal responsável pelo aumento da acidez da chuva. As reações envolvidas durante a acidificação da água pelo enxofre são: I - SO2(g) + H2O(l) → H2SO3(aq) Nesta reação entre a água e o dióxido de enxofre, ocorre a formação de um ácido fraco, o ácido sulfuroso. Este ácido sulfuroso oxida-se, resultando no trióxido de enxofre: II.

H2SO3(aq) + O2(g) → H2O(aq) + SO3(g)

Na presença de água líquida contida nas gotículas de chuva, nevoeiros e outras formas de condensação atmosférica, o trióxido de enxofre é convertido rapidamente em ácido sulfúrico, sendo este, um ácido forte: III.

SO3 (g) + H2O (l) → H2SO4 (l)

Na atmosfera ocorrem diversas reações que oxidam o enxofre (S), passando do estado S+4, para o estado de oxidação S+6, levando a formação do ácido sulfúrico, um dos mais fortes ácidos conhecidos. As reações mais importantes ocorrem com o ozônio (O3), peróxido de hidrogénio (H2O2) e oxigênio (O2). •

Os óxidos de azoto

O nitrogênio molecular (N2) e o oxigênio presentes na atmosfera podem reagir formando o monóxido de nitrogênio (NO). Porém, esta reação não é espontânea, visto que o nitrogênio é pouco reativo, necessitando assim de uma significativa quantidade de energia sob a forma principalmente de altas temperaturas e pressões, ou vias catalíticas adequadas para reagir. Além disso, tirando os fixadores biológicos do nitrogênio, somente as descargas elétricas possuem capacidade para a oxidação do azoto, fazendo com que estes fossem pouco comuns na natureza. Mas, o que se tem notado é que essas condições hoje se tornaram extremamente simples de serem alcançadas nas grandes regiões industrializadas com a introdução dos motores a explosão (motores de automóveis, que utilizam gasolina como combustível) e fornos industriais. Nesses motores e fornos são atingidas temperaturas extremamente altas, suficientes para que ocorra a reação entre o nitrogênio e oxigênio, formando o gás monóxido de nitrogênio. As reações envolvidas durante a acidificação da água pelo nitrogênio são: •

N2 (g) + O2 (g) → 2 NO (g) (em altas temperaturas) O óxido de azoto formado é instável nas condições atmosféricas normais, oxidando-se na presença de oxigênio:

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2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g)

O dióxido de nitrogênio reage ainda com água, formando o ácido nítrico e como produto secundário, o ácido nitroso. •

2 NO2 (g) +H2O (l) → HNO3 (aq) + HNO2 (aq)

Mecanismos de precipitação A principal forma de deposição ácida ocorre por meio de vias húmidas, como chuva, neve, granizo, que remove os compostos ácidos da atmosfera, depositando-os sobre a superfície. Desse tipo de deposição destacam-se aqueles realizados pelas gotículas onde se formaram os ácidos e pela precipitação dos aerossóis existentes nas camadas atmosféricas atravessadas pela precipitação em queda. A precipitação seca possui um papel secundário (exceto nas áreas próximas a instalações industriais que emitem grandes quantidades de partículas para o ar), mas mesmo assim é de extrema relevância na deposição ácida, representando cerca de 20 a 40% do total da mesma em regiões industrializadas. Além da deposição de material sólido em suspensão no ar, este tipo de deposição também inclui a aderência e adsorção de partículas e gases na superfície da vegetação, nos solos e materiais geológicos e nas estruturas construídas.

Consequências/impactos A chuva ácida provoca efeitos adversos no meio ambiente, como em florestas, águas e solo, atrapalhando o desenvolvimento de plantas e animais. Além disso, pode ser prejudicial à saúde humana e aumentar a corrosividade atmosférica, causando danos em edifícios, construções e outras estruturas expostas ao ar. Efeitos sobre o solo: A alteração do pH altera as propriedades biológicas e químicas do solo, modifica a solubilidade de diversos compostos e a microbiologia do solo, já que alguns microrganismos não resistem às alterações resultantes. No solo estão presentes muitos íons, como por exemplo, os cátions Ca2+, Mg2+ e H+. Estes cátions são nutrientes necessários para a sobrevivência e desenvolvimento das plantas. Os efeitos da chuva ácida no solo dependem do comportamento que estes íons irão apresentar. A chuva ácida provoca a mobilização dos íons no interior do solo. Os metais tóxicos, como o alumino, chumbo e o cádmio, por exemplo, são libertados das ligações químicas que se encontravam com outros constituintes do solo, como os silicatos. Assim, tornam-se disponíveis para o envenenamento do solo e plantas. Por outro lado, os íons que são nutrientes importantes para a sobrevivência das plantas são lixiviados, ficando indisponível para as mesmas. A chuva ácida também provoca o aumento do desgaste de minerais e silicato, diminuindo a fertilidade do solo pela perda da estrutura mineral. Efeitos sobre as florestas: Dentre os diversos danos que a chuva ácida pode infringir aos vegetais, estão as mudanças na morfologia da superfície foliar, absorção anormal de enxofre e nitrogênio, lixiviação de nutrientes foliares e alterações nas funções metabólicas e nos processos reprodutivos das plantas. Ao longo dos anos, os cientistas observaram que o crescimento das árvores não estava ocorrendo como deveria e as folhas ficavam castanhas e acabavam caindo, ao invés de serem verdes e saudáveis. Assim, intitulou a chuva ácida como responsável por tais danos às florestas. Porém, a chuva ácida não é responsável direta pela morte das árvores. De acordo com os cientistas, a sua acidez dissolve os nutrientes contidos no solo e arrasta-os antes que as plantas possam utilizá-los para o seu desenvolvimento. A contaminação do solo com substâncias tóxicas como o alumínio, também prejudicam a fertilidade do mesmo. Ao entrar em contato com a chuva ácida, as folhas perdem a camada cuticular formada por cera que a protege de vários fatores, como dos microrganismos, da perda excessiva de água e da luz solar. Assim, as folhas acabam sendo danificadas, apresentando manchas castanhas e até mesmo caindo. Uma vez enfraquecidas, as árvores e plantas ficam mais vulneráveis a doenças e a ação de insetos, por exemplo.

Em florestas muito densas, as folhas podem mascarar os impactos da chuva ácida sobre a formação vegetal, pois não atingem diretamente o solo. Isso acontece porque tal precipitação é neutralizada pelas folhas, uma vez que troca íons com a superfície da mesma. Quando o alumínio, por exemplo, está presente no solo, ocorre um fenômeno de bloqueio de absorção de outros nutrientes, como o cálcio, potássio e magnésio que são de extrema importância para o desenvolvimento do vegetal, além de prejudicar o transporte de água no interior do mesmo. Há então um declínio no crescimento de novas raízes devido à deficiência de nutrientes e a planta torna-se mais vulnerável a períodos sazonais de condições hídricas críticas. Simulações de chuva ácida em laboratórios mostram que ela também pode afetar a reprodução dos vegetais, pois diminui a fertilidade dos mesmos, uma vez que muito mais energia, que poderia ser destinada à reprodução, é utilizada para manter a planta viva. Efeitos sobre as águas: A maior parte dos rios e lagos apresentam pH entre 6,0 e 8,0. Estudos revelam que quando o pH da água torna-se inferior a 4,5, praticamente nenhum peixe sobrevive. Dessa forma, há relação direta entre os baixos níveis de pH e a perda das populações aquáticas. À medida que a acidez dos lagos aumenta, os peixes vão desaparecendo. Quando o solo e a água não têm a capacidade de neutralizar a chuva ácida, ela altera o pH dos rios e coloca em risco a sobrevivência de muitas espécies que vivem neles, diminuído a biodiversidade. A elevada acidez na água inibe, por exemplo, o crescimento do fitoplâncton, levando a desequilíbrios na cadeia alimentar. Os sapos resistem a maiores variações de pH, mas se desaparecer o alimento dos mesmos, estes também acabarão morrendo. No caso dos peixes, mesmo aqueles que conseguem sobreviver não garantem a continuidade de sua espécie, já que seus ovos também terão que resistir a essas novas condições. A redução de pH também provoca a mobilização de sedimentos no fundo dos lagos e rios. A presença de sais de alumínio na água faz com que alguns peixes produzam muco em excesso ao redor de suas guelras e prejudica a respiração dos mesmos. Contudo, as consequências da chuva ácida na água dependem também das características da bacia hidrográfica. Efeitos em construções: Praticamente todos os materiais se degradam gradualmente quando expostos ao tempo. A chuva ácida aumenta a corrosão atmosférica que acelera este processo, podendo causar danos aos edifícios e demais estruturas expostas ao ar. Ela pode ser responsável pela corrosão do metal, pedra, tinta e pela destruição de estátuas, prédios ou monumentos, principalmente em construções revestidas ou feitas com mármore e calcário. A chuva ácida também aumenta a velocidade de oxidação do ferro presente em outras estruturas, enferrujando-as mais rapidamente.

O aumento da corrosividade resulta da reação entre um ácido, presente na chuva ácida, com compostos de cálcio contidos no mármore, por exemplo. Quando o ácido que reage é o ácido sulfúrico, forma-se gesso (CaSO4 – Sulfato de cálcio). O gesso é solubilizado ou se desagrega da estrutura. CaCO3(s) + H2SO4(aq)

CaSO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)

A pedra-sabão, também muito utilizada nas construções, apresenta Na2CO3 em sua constituição. Ao entrar em contato, por exemplo, com o ácido nítrico proveniente da chuva ácida, tais compostos reagem, formando nitrato de sódio. Na2CO3(s) + 2 HNO3(aq) → 2 NaNO3(aq) + H2O(ℓ) + CO2(g) Como os sais formados são nitratos e sulfatos, estes são solúveis em água. Por isso, a chuva “dissolve” os monumentos históricos e outras construções. Muitas vezes o reparo dos estragos provocados pela chuva ácida em casas e prédios é extremamente caro. Recuperar monumentos que se encontram muito degradados pode nem mesmo ser possível. Efeitos sobre a saúde humana: Para a saúde humana, entrar em contato com a água da chuva ácida pode ressecar a pele, mas não provoca maiores problemas, não sendo prejudicial. A ligação direta entre a acidez atmosférica e a saúde humana está principalmente nos íons tóxicos que ficam em suspensão no ar. Grande parte dessas partículas em suspensão são sais formados na chuva ácida (nitratos e sulfatos). Os óxidos ácidos podem causar problemas respiratórios. A libertação de metais tóxicos como o alumínio, chumbo, mercúrio e cádmio, podem contaminar os rios e solo que serão utilizados pelo homem. •

Casos no Brasil

Cubatão: No Brasil, o caso mais marcante de ocorrência de chuvas ácidas é a cidade de Cubatão, em São Paulo, na região da Serra do Mar. Em 1980, esta cidade foi considerada pela ONU como sendo a mais poluída do mundo. Porém, atualmente é um grande exemplo de recuperação por conseguir controlar 98% do nível de poluentes no ar, recebendo o selo “Cidade-símbolo da Recuperação Ambiental” da ONU. Em Cubatão, os poluentes provenientes das indústrias siderúrgicas, petrolíferas, químicas, e outras, geram as chuvas ácidas. As chuvas ácidas causam a queda das folhas de algumas árvores e o sol, antes bloqueado pela copa das árvores, passa a incidir diretamente sobre espécies vegetais mais sensíveis, matando-as. Tal problema é consideravelmente mais grave na Serra do mar, pois as árvores fixam a camada do solo que a reveste e impede deslizamentos do terreno. A ausência das árvores na Serra do Mar pode causar avalanches de lama e pedras e, se isso se tornar frequente, poderá causar assoreamentos e inundações. Após muito esforço por parte da comunidade científica, das organizações não governamentais do Brasil preocupadas com o meio ambiente e da imprensa que

denunciou e esclareceu os fatos, uma legislação foi elaborada e um sistema de fiscalização para controlar as emissões de gases poluentes pelas indústrias montado. Vários programas de reflorestamento também têm sido realizados nos últimos anos em Cubatão. Manaus: A Zona Franca de Manaus é uma região que merece atenção devido aos casos de chuva ácida já registrados na cidade. Outros lugares: As chuvas ácidas ocorrem mais frequentemente no Brasil nos estados de São Paulo e Rio de Janeiro, em áreas próximas a usinas termoelétricas, e em cidades com número elevado de automóveis. A Mata Atlântica é extremamente afetada por chuvas ácidas, uma vez que muitos centros urbanos e industriais localizam-se próximos ao litoral. Podemos citar como exemplos de ecossistemas brasileiros nos quais se têm detectado os efeitos da chuva ácida o Parque Florestal do Rio Doce, a Floresta da Tijuca e parte da Mata Atlântica, próxima à Grande São Paulo. •

Regiões mais afetadas do mundo

As maiores ocorrências de chuvas ácidas até os anos 1990, era nos Estados Unidos. No entanto, os países asiáticos – principalmente China, Índia, Tailândia e Japão – superaram os EUA. Essas nações asiáticas lançam na atmosfera, cerca de 34 milhões de toneladas de dióxido de enxofre (SO2) ao ano, pois elas são extremamente dependentes do carvão para o desenvolvimento das atividades industriais. A chuva ácida tem se apresentado como um dos piores problemas ecológicos de algumas regiões dos Estados Unidos, Canadá, China e Europa. Em várias cidades do oeste da Europa e leste dos Estados Unidos, a chuva já chegou a apresentar pH entre 2,0 e 3,0, sendo altamente ácida e prejudicial. Aproximadamente 3 milhões de toneladas de gases poluentes são levados dos Estados Unidos para o Canadá por ano, devido as correntes de ar. Pelo menos a metade do dióxido de enxofre precipitado no leste canadense provém das áreas industriais dos Estados Unidos. Na Europa, a poluição ácida vai principalmente da Grã-Betanha e do LesteEuropeu para a Escandinávia, onde muitos lagos estão tão acidificados que já nã...