UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL










Monitoramento da Qualidade do Ar



Composição da Atmosfera, Ciclos Globais e Tempo de Vida




Otavio Luiz Gusso Maioli
Gilsiane Nogueira do Nascimento







Profº. Dr. Neyval Costa Reis Junior
Data de apresentação: 19/04/2005



Vitória
2005

1. A atmosfera

1.1. Distribuição da atmosfera

A Terra esta cercada por uma camada gasosa que possui algumas centenas de quilômetros de altitude denominada atmosfera. A atmosfera se divide em diferentes camadas (Figura 1), que podem ser classificadas de acordo com critérios de temperatura, densidade ou composição química. Do ponto da dispersão de contaminantes atmosféricos, a classificação mais importante é feita de acordo com a variação de temperatura com a altura. Seguindo esse critério a atmosfera se divide nas seguintes regiões :

Troposfera: caracterizada por um decréscimo de temperatura em torno de 6,5 K/km. Este valor ocorre para um valor de 10 K/km para regiões mais próximas do solo, e vai diminuindo seu gradiente com o passar da altura, o que na média da Troposfera, a torna a ter o valor de 6,5K/km. A troposfera representa a região em contato com a superfície terrestre até uma altitude de 15 Km. A convecção vertical mantém o ar relativamente bem misturado quando comparada às outras subcamadas.
Estratosfera: caracterizada por acréscimo de temperatura não-uniforme. Representa a região superior à troposfera, até uma altitude de 50 Km. A temperatura a essa altura alcança 270 K.
Mesosfera: caracterizada por decréscimo de temperatura que causa a ocorrência do ponto (altura) de menor temperatura na atmosfera de 175 K. Representa a região superior á estratosfera, até uma altitude de 85 km.
Termosfera: região superior da atmosfera caracterizada por acréscimo de temperatura que pode elevar-se a cerca de 1000 K.
Exosfera: é a camada mais externa da atmosfera onde as moléculas de gás com suficiente energia podem escapar da atração gravitacional da terra.


Figura 1. Distribuição da temperatura na atmosfera e suas camadas. Lora (2002)

1.2. Dispersão atmosférica de contaminantes

O termo dispersão atmosférica é usado para referir-se ao espalhamento de poluentes gasosos devido aos efeitos convectivos e turbulentos do escoamento atmosférico. A dispersão é resultado de mecanismos de transporte rápidos e irregulares, com proporções macroscópicas de um escoamento em regime turbulento, preferencialmente às proporções microscópicas da difusão molecular. Os contaminantes quando introduzidos no ar, são transportados pelo vento e simultaneamente se misturam na atmosfera turbulenta. Durante a dispersão, os contaminantes podem sofrer reações químicas que os transformam de contaminantes primários (procedentes diretamente das fontes de emissão) em contaminantes secundários (originados por reações químicas entre os contaminantes primários e os componentes normais presentes na atmosfera) ou podem ser depositados no solo por via seca ou úmida.Os contaminantes do ar podem ser removidos da atmosfera por três mecanismos a saber:

• Deposição úmida: Para as partículas o processo de deposição úmida se resume na colisão e posterior adesão das partículas com as gotas da precipitação pluviométrica. No caso dos gases, a taxa de transferência de moléculas do gás à superfície de uma gota deve ser estimada conhecendo-se a pressão de vapor do gás e a composição química do gás e da gota.
• Deposição seca: Para partículas a deposição do contaminante ocorre devido a aceleração da gravidade. Assim como para gases com massa específica superior a do ar.
• Reação química de partículas ou gases: É o mecanismo por meio do qual ocorre a transformação das substâncias inicialmente presentes (reagentes da reação), em novas substâncias (produtos da reação).

A atmosfera é um sistema extremamente complexo onde vários processos físicos e químicos ocorrem simultaneamente. Estes processos estão diretamente relacionados à dispersão dos contaminantes e, conseqüentemente, à qualidade do ar que se respira. Para estimar adequadamente os níveis de poluição do ar numa determinada região, é necessário combinar medições das concentrações de poluentes e das condições meteorológicas com modelos matemáticos que relacionam a emissão e o transporte dos contaminantes permitindo, assim, prever as concentrações destes na atmosfera.

Figura 2. Modelo de dispersão de gases na atmosfera
O modelo Gaussiano é o modelo matemático mais utilizado pelas agências ambientais responsáveis pela qualidade do ar em razão de sua fácil e rápida utilização, embora haja um grande número de simplificações quanto à descrição dos fenômenos físicos em sua formulação. Os modelos Gaussianos são baseados na hipótese de que sob certas condições idealizadas a concentração média de uma espécie contaminante, após o lançamento na atmosfera, obedece a uma distribuição normal nos planos ortogonais transversais a direção principal do vento, como mostra a Figura 2. As condições idealizadas são referentes à turbulência atmosférica que, simplificadamente, é suposta estacionária e homogênea e ao campo de ventos que é suposto permanentemente uniforme.

2. Tempo de Residência dos compostos na atmosfera

O tempo de residência nos diz em média quanto tempo uma mólecula permanecerá na atmosfera antes de ser removida.
O principal fundamento físico que governa a química da atmosfera é a conservação da massa. Partindo deste princípio, partimos de uma balanço de massa:

Transformando matematicamente esta equação, e trabalhando adequadamente toda a fórmula, ela resultará em:

Onde τ é o tempo de residência, Q é a massa total de uma substância em um volume de ar, R é a taxa de remoção, P é a taxa de produção, Fin é a taxa de entrada da substância Fout é a taxa de saída do referido. O τ consiste numa relação entre a massa total do sistema sobre a taxa de remoção, ou então de produção do mesmo, caso a substância esteja em estado estacionário..
Para diferentes ocasiões, esta equação assume uma forma adaptada à problemática existente no sistema. Alguns exemplos são listados:


Um exemplo clássico de deposição por dois processos é aquele no qual o poluente é retirado por deposição seca e por carreamento de nuvens ao mesmo tempo. Para este caso, associa-se a deposição a duas resistências ligadas em paralelo, a partir daí surge a expressão final.

Todos os compostos existentes na atmosfera, de certa forma, são considerados reativos. Entretanto, alguns destes compostos reativos apresentam uma velocidade de reação que é considerável. Dessa forma, toda reação química apresenta sua cinética de reação, que é dada por uma constante k. Ainda assim, a velocidade da reação é dependente do reagente, em diferentes formas, dependendo se a reação é monomolecular, bimolecular, ou trimolecular.

No exemplo acima é dado uma reação monomolecular, dependente apenas do reagente OH, o que confere um tempo de residência (τ) igual ao inverso desta velocidade de reação, como mostrado anteriormente.

• Tratamento considerando tipos de fontes e sumidouros:

Considera-se as seguintes fontes e sumidouros:


Através da equação que não especifica as fontes e sumidouros, adiciona-se estas especificadas. Fazendo um tratamento matemático, as equações resultam em:
• Tempos de residências dos gases

O Gráfico 1 apresenta o tempo de residência de alguns gases poluentes presentes na atmosfera, juntamente com a sua escala espacial de alcance. CFCs, CH4 e N2O são tidos como os poluentes com maior tempo de residência na atmosfera, podendo ser transportados a distâncias de escala global. Por este motivo quando lançados, os CFCs por exemplo, alcançam as camadas mais altas da atmosfera, chegando na estratosfera e destruindo a camada de ozônio. Poluentes como OH, NO3, OH2 e CH3O2 já são poluentes com pequeno tempo de residência. São compostos muito instáveis e se dissipam rapidamente na atmosfera, e não alcançam dessa forma, distâncias a microescala.








Gráfico 1. Tempo de residência de alguns poluentes na atmosfera.

3. Ciclos Globais

3.1 Ciclo do carbono
O carbono é absorvido pelas plantas, consideradas os produtores da cadeia trófica. Uma vez incorporado às moléculas orgânicas dos produtores, poderá seguir dois caminhos: ou será liberado novamente para a atmosfera na forma de CO2, como resultado da degradação das moléculas orgânicas no processo respiratório, ou será transferido na forma de moléculas orgânicas aos animais herbívoros quando estes comerem os produtores (uma parte será transferida para os decompositores que liberarão o carbono novamente para a atmosfera, degradando as moléculas orgânicas presentes na parte que lhes coube).
Os animais através da respiração liberam à atmosfera parte do carbono assimilado, na forma de CO2. Parte do carbono contido nos herbívoros será transferida para os níveis tróficos seguintes e outra parte caberá aos decompositores e, assim, sucessivamente, até que todo o carbono fixado pela fotossíntese retorne novamente à atmosfera na forma de CO2.


Figura 3. Ciclo do carbono

3.2. Ciclo do nitrogênio

O processo do ciclo do nitrogênio pode ser classificado basicamente por cinco etapas: Assimilação, Amonificação, Nitrificação Denitrificação e Fixação.

No processo de assimilação, NO3- e NH4+ são transformados a outros compostos de nitrogênios. A amonificação promove a redução dos compostos nitrogenados à amônio, que posteriormente poderá ser transformado em NH4+. O processo de nitrificação consiste na síntese de NO3- a partir de NH4+, que posteriormente será transformado em nitrito (NO2-). A denitrificação é um processo contrário à nitrificação, entretanto este processo levará o nitrato a se transformar no N2, passando pelo NO2-, NO e N2O até chegar ao nitrogênio. A fixação é o processo que será realizado pelas bactérias, que tranformarão o N2, presente no ar, em NO e NH3, que serão transformados em nutrientes. Ainda assim o nitrogênio pode ser carreado pela água contribuindo para a formação da chuva ácida.

Figura 4. Ciclo do nitrogênio. (LORA, 2002)

3.3. Ciclo do enxofre

Berresheim et al. (1995), apresenta um modelo do ciclo do enxofre na atmosfera. O enxofre é lançado na atmosfera por processos industriais, grande parte das vezes nas formas de DMS (di-metil-sulfeto), H2S, CS2, OCS, SO2 e SO42-. Os compostos redutores, tais como DMS, H2S e CS2 são oxidados à SO2 e SO42- por NO3- e OH da troposfera. O OCS é tranportado pela estratosfera, onde é oxidado a SO2 e posteriormente à SO42-, através de reações fotoquímicas em reação com Oxigênio atômico e OH. Muitos destes compostos, principalmente SO2, são absorvidos pela água presente na atmosfera (nuvens, neblinas, nevoeiros). SO2 ainda podem ser mais oxidados, em presença de O3 ou H2O2, elevando seu número de oxidação a +6 (SO42-). Ainda processos que participam do ciclo do enxofre estão as deposições e a evaporação das substâncias participantes do ciclo. Elas também podem sofre a deposição úmida, que para os óxidos de enxofre provocará o fenômeno da chuva ácida.






Figura 5. Ciclo do enxofre. (LORA, 2002)



4. Composição da atmosfera

4.1. Composição do ar limpo

O termo atmosfera padrão é utilizado para definir a atmosfera sob condições normais de temperatura e pressão compostas por substâncias em concentrações médias encontradas na atmosfera limpa, ou seja, na atmosfera que não sofreu alterações antropogênicas. Os valores médios para as substâncias comuns encontradas no nível do mar para o ar seco são mostradas na Tabela 1. Estes valores também são chamados de composição do ar limpo. Esta composição representa a concentração média dos gases presentes no ar sem que eles tenham sofrido alguma alteração através de fontes antropogênicas e naturais. A Tabela 2 fomenta a comparação entre um ar limpo e um ar contaminado. Estes dados apresentam o quanto sobressai um valor contaminado sobre um valor no ar limpo.

Tabela 1. Composição média do ar seco no nível do mar (SEINFELD, 1984).
Substâncias Concentração em ppm Concentração em µg/m3
Nitrogênio (N2) 780 840.00 8.95 x 108
Oxigênio (O2) 209 460.00 2.74 x 108
Argônio (Ar) 9 340.00 1.52 x 107
Dióxido de Carbono (CO2) 315.00 5.67 x 105
Neônio (Ne) 18.00 1.49 x 104
Hélio (He) 5.20 8.50 x 102
Metano (CH4) 1.20 7.87 x 102
Criptônio (Kr) 1.10 3.43 x 103
Óxido de Nitrogênio (N2O) 0.50 9.00 x 102
Hidrogênio (H2) 0.50 4.13 x 101
Xenônio (Xe) 0.08 4.29 x 102

Tabela 2. Concentração de Poluentes em ar limpo e em ar contaminado. LORA (2002)


Considera-se poluente do ar qualquer substância presente na atmosfera em concentrações tais que possam torná-la imprópria, nociva ou ofensiva à saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso aos materiais, à fauna e à flora, ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade.

A classificação dos poluentes atmosféricos é feita a partir de dois critérios: Quanto à estabilidade química do poluente e quanto ao grupo de compostos químicos a que o contaminante pertence.

4.2. Classificação do poluente quanto à estabilidade química

Quimicamente instáveis: compostos que, depois de lançados na atmosfera, podem sofrer mudanças na sua composição química decorrentes de interações com outros compostos. Como exemplo, o dióxido de enxofre (SO2) que interage com vapor d’água (H2O), formando o ácido sulfúrico (H2SO4).
Quimicamente estáveis: compostos que, depois de lançados na atmosfera não sofrem alterações em sua composição química. Como exemplo, o dióxido de carbono (CO2).


5. Principais Poluentes e suas Fontes

5.1. Classificação do poluente quanto ao grupo químico

As substâncias usualmente consideradas poluentes do ar podem ser classificadas da seguinte forma (STERN, 1978):

• Compostos de enxofre (SO2, SO3, H2S, sulfatos);
• Compostos de nitrogênio (NO, NO2, NH3, HNO3, nitratos);
• Compostos orgânicos de carbono (hidrocarbonetos, álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos orgânicos;
• Monóxido e dióxido de carbono;
• Compostos halogenados (HCL, HF, cloretos e fluoretos);
• Material particulado (substâncias no estado sólido ou líquido).

Após o lançamento do contaminante na atmosfera, durante sua dispersão, podem ocorrer reações químicas que transformarão os compostos quimicamente instáveis lançados em outros compostos químicos. Entre essas reações destaca-se o ciclo envolvendo NO e NO2 na presença de luz do sol que leva a formação de um contaminante secundário (ozônio) devido a fotólise do NO2.

5.2. Fontes de poluição atmosférica

As substâncias poluidoras do ar têm origem principalmente na combustão incompleta de combustíveis fósseis nos grandes centros urbanos, os quais são utilizados para os mais variados fins: transporte, aquecimento, produção industrial e produção de energia elétrica. Outras fontes de poluição do ar de significativa importância são vaporização de líquidos contaminantes, operações industriais de atrito (moagem, corte e perfuração), combustão de materiais residuários, construção civil, pátios de estocagem de materiais em grãos, etc.

As fontes de emissão de contaminantes atmosféricos podem ser classificadas em dois grupos conforme Tabela 3.

• Fontes de emissão naturais: vulcões, aerossóis marinhos, decomposição biológica marinha, decomposição biológica e outros.

• Fontes de emissão antropogênicos: motores de combustão interna, fornos industriais, geração de energia elétrica, caldeiras, refinarias de petróleo e outros. As fontes antropogênicas podem ainda ser classificadas como móveis, como exemplo os automóveis, e estacionárias ou fixas, como exemplo as chaminés.






Tabela 3. Fontes dos poluentes.
Modalidades de Fontes Tipos de Fontes Poluentes

Antropogênicas FIXAS Processos Industriais MP, SOx, NOx, CO, HC
Caldeiras, Fornos e Aquecedores MP, SOx, NOx, CO, HC
Construção Civil MP
Queima ao Ar Livre e Queimadas MP, SOx, NOx, CO, HC, Fumaça
Exploração, Beneficiamento, Movimentação e Estocagem de Materiais Fragmentados MP
MÓVEIS Tipo de Veículo/Fonte Tipo de Combustível
Avião Gasolina de aviação e/ou querosene NOx, HC, MP
Navios e Barcos Diesel / Óleo Combustível MP, SOx, NOx, CO, HC
Caminhão e Ônibus Diesel MP, SOx, NOx, CO, HC
Automóveis e Motocicletas Gasolina / Álcool MP, NOx, CO, HC, Aldeidos

Naturais Tipos de Fontes
Oceânica MP
Decomposição Biológica SOx, H2S, HC, Compostos de Enxofre
Praias e Dunas MP
Queimadas MP, SOx, NOx, CO, HC
Erosão Eólica do Solo e Superfícies MP
SOx - Óxidos de Enxofre; NOx - Óxidos de Nitrogênio; CO - Monóxido de Carbono;
HC - Hidrocarbonetos; MP - Material Particulado e H2S - Ácido Sulfídrico

Dentre as atividades humanas que hoje têm o maior potencial poluidor destacam-se o setor industrial e o setor de transportes urbanos. O setor industrial utiliza uma variedade de matérias primas que, durante sua transformação em produtos acabados, descartam na atmosfera parte de seus resíduos, como por exemplo as indústrias de petróleo, indústrias de produtos químicos e as indústrias metalúrgicas. O atual sistema de transporte urbano está, em grande parte, baseado na utilização de derivados de petróleo, e a combustão completa e principalmente a incompleta é a maior causadora da poluição do ar (ENTRINGER, 2003).

6. Classificação do poluente quanto ao grupo químico

6.1. Compostos contendo enxofre
Na atmosfera o enxofre encontra-se nas seguintes formas:
• COS
• CS2
• (CH3)2S, CH3SH, (CH3)2S2 (compostos reduzidos de enxofre)
• H2S
• SO2
• SO3
• SO42-

As fontes naturais de compostos de enxofre são a degradação biológica, as emissões vulcânicas e os oceanos. Solos ricos em enxofre constituem também uma fonte natural de H2S. As fontes antropogênicas mais importantes na geração do SO2 são a queima de combustíveis fósseis, a oxidação de minerais sulfurosos, para obtenção de Cu, Pb e Zn e os processos de refino de petróleo, indústria de celulose, estações de tratamento de esgoto.As fontes naturais de H2S são a desintegração biológica anaeróbia, os vulcões e atividade geotérmica. É o mais importante dos gases odorantes. É um gás tóxico e corrosivo. Chamado de ácido sulfídrico ou sulfeto de hidrogênio, é quimicamente reativo e altamente oxidado, sendo portanto um composto redutor. Compostos reduzidos de enxofre (Mercaptanas, metil-mercaptanas e dimetilsulfeto dentre outros compostos orgânicos contendo enxofre), são altamente odorantes, sensíveis em concentrações menores que 1 ppb, sendo identificado pelo olfato humano. O SO42- é produzido a partir da oxidação do SO2 que terá como intermediário o SO3 que é um poluente secundário. O SO42- é produzido no fenômeno da chuva ácida.

6.2. Compostos contendo carbono
Na atmosfera o carbono encontra-se nas seguintes formas

- CO
- CO2
- COVs
- Hidrocarbonetos
- Aldeídos
- Cetonas
- Solventes clorados
- Substâncias refrigerantes

Os Compostos Orgânicos Voláteis, também chamados de COVs facilmente se desprendem da sua forma líquida, tranformando-se em vapor. Nesta classe podem se incluir ácidos, cetonas, aldeídos, álcoois, compostos halogenados, hidrocarbonetos dentre outros, desde que sua a energia de agregação ou de interação das moléculas sejam baixas. Estas interações possuem energia baixa principalmente quando os compostos são apolares, como hidrocarbonetos e éteres. Já compostos orgânicos que apresentam polaridade como ácidos e álcoois (possuem interação de pontes de hidrogênio) têm interação intermolecular maior, entretanto ainda sim podem ser rompidas e apresentar-se como um composto volátil, desde que sua cadeia não tenha muitos carbonos. Os compostos apolares voláteis podem ter em média mais de 15 carbonos em sua estrutura, enquanto os polares devem ter menos carbonos. O aumento no tamanho da cadeia carbônica faz com que as forças intermoleculares conhecidas como Forças de London, sejam mais intensas.
O monóxido de carbono é um gás incolor e inodoro. É o poluente que aparece em menor quantidade no ar das grandes cidades. Tem origem, principalmente, na combustão do petróleo e do carvão. Seriam medidas eficientes, no combate ao problema , a regulagem de motores e, principalmente, a diminuição do número de automóveis circulantes. No sangue humano existe a hemoglobina, um pigmento que, nos pulmões, combina-se com o oxigênio e assim é transportado para as células. O monóxido de carbono pode reagir com a hemoglobina, substituindo oxigênio; tal fato que provoca a morte pôr asfixia: muitas pessoas já morreram asfixiadas em garagens fechadas com automóveis em funcionamento.
O dióxido de carbono é um gás ligeiramente tóxico, inodoro, incolor e de sabor ácido. O CO2 não é combustível nem alimenta a combustão. É 1.4 vezes mais pesado que o ar. O dióxido de carbono evapora a pressão atmosférica e -78°C. O dióxido de carbono pode interagir de forma violenta com bases fortes, especialmente em altas temperaturas. O dióxido de carbono é obtido como subproduto de algumas combustões. Entretanto, deve passar por um processo de purificação no qual são extraídos os restos de água, oxigênio, nitrogênio, argônio, metano e etileno, entre outros.
As principais fontes naturais de compostos de carbono são as florestas e pastagens. Já as principais fontes antropogênicas dos compostos de carbono incluem os veículos, indústria de petróleo, solventes, produção de gás natural e o carvão (Centrais termoelétricas e indústria).


6.3. Compostos contendo nitrogênio
Na atmosfera o nitrogênio encontra-se nas seguintes formas:
NOx
• NO
• NO2
NOy
• N2O
• N2O3 , N2O4 , NO3 , N2O5
• PAN (CH3COOONO2)
Outros
• NH3
• Sais de NO3- , NO2- , NH4+
• (metil-amina, etilamina)

Os Compostos de Nitrogênio (metil-amina, etilamina) são compostos com odor pútrico, como peixe por exemplo, além de odor amoniacal. Assim como a amônia também tem propriedades básicas e podem ser neutralizadas por ácidos. Seus limites de detecção e reconhecimento são maiores dentre os compostos odorantes.

Os óxidos de nitrogênio são produzidos por fontes naturais, como os relâmpagos, a atividade microbiana no solo, a oxidação da amônia (para compostos de N em estado de oxidação elevado) e processos fotolíticos ou biológicos nos oceanos. A isto acrescentam-se fontes antropogênicas como a queima de combustíveis fósseis e de biomassa, processos químicos industriais, estações de tratamento de esgoto. Ao mesmo tempo a fim de manter um balanço global, existem sumidouros de NOx como as precipitações e a deposição seca.


6.4. Compostos contendo halogênio

• Halocarbonos
• Clorofluorcarbonos (CFCs)
• Hidroclorofluorcarbonos (HCFCs)
• Hidrofluorcarbonos (HFCs)
• Perhalocarbonos
• Halons

O Pentacloro fenol e o hexacloro cicloexano são compostos halogenados voláteis que migram para a estratosfera. Os superfluorocarbonados (FC’s) possuem mais de 2 átomos de flúor na molécula. Tem carácter insecticida. São usados como solventes industriais, aditivos, inseticidas, fungicidas.

Os CFC’s são compostos halogenados de Carbono, Cloro, Bromo de Flúor. São artificiais, e nos países industrializados no verão, o consumo de freons é maior, devido a suas propriedades refrigerantes. São usados pois o flúor tem uma tensão de vapor alta que é aproveitada pela industria para fazer freons que são os geradores das baixas temperaturas dos sistemas de ar condicionado e maquinas lavado a seco. É utilizado também, como gás propelente para elaborar desodorantes, acondicionadores de cabelos e outros sprays.
Entre as empresas que usam este elemento químico, estão os fabricantes de espuma rígida, aerossóis, geladeiras, ar condicionado e as empresas que fazem lavado a seco, entre outras. (CASTRO, 1998)

Característica:
• Em geral, se referem a compostos orgânicos
• Possuem propriedades refrigerantes, propelentes e solventes
• São compostos altamente estáveis
• Em 1995, cerca de 85% de suas fontes eram antropogênicas
• Destroem a camada de ozônio (especialmente CFCs)

6.5. Ozônio

O ozônio (O3) é um gás instável na temperatura ambiente e coloração azul-pálida, devido à intensa absorção de luz vermelha, atingindo coloração azul-escura quando transita para o estado líquido, situação em que adquire propriedades explosivas. O ozônio é um agente oxidante extremamente poderoso, reagindo muito mais rapidamente que o O2 e sua alta reatividade o transforma em elemento tóxico capaz de atacar proteínas (destruindo microorganismos) e prejudicar o crescimento dos vegetais.
O ozônio é gerado quando uma corrente alternada de alta voltagem é descarregada na presença de oxigênio. O maior exemplo é o que ocorre na natureza, quando em dias de tempestade há grande produção de ozônio na atmosfera devido às elevadas descargas elétricas provenientes dos relâmpagos. O ozônio é o mais poderoso oxidante (1,5 vezes mais forte do que o cloro);

• é 3.000 vezes mais rápido do que o cloro na inativação de bactérias;
• não produz toxinas;
• é gerado no local de utilização: transporte, manuseio e estoque não são necessários
• Decompõe-se em oxigênio.
• Gás instável, incolor nas condições atmosféricas, com odor característico mesmo a baixas concentrações
• Fórmula química: O3 (Forma triatômica do oxigênio)
• Massa molecular: 48,0
• Ponto de ebulição a 1 atm: - 111,9 ºC
• Ponto de fusão a 1 atm: - 192,5 ºC
• Massa específica do gás: 2,14 g/litro
• Meia-vida em água a 20 ºC: 20 minutos


7. Efeitos da contaminação do ar

Monóxido de carbono (CO)

É um dos contaminantes mais abundantes nas camadas mais baixas da atmosfera. É encontrado nas cidades devido ao grande consumo de combustíveis, tanto pela indústria como pelos veículos automotores. O CO é um gás incolor, inodoro, e insípido, sendo um pouco menos denso do que o ar. Os efeitos indesejados sobre a saúde humana, advém de sua afinidade com a hemoglobina do sangue pois, o CO tende a combinar-se com esta, ocupando o lugar do oxigênio, podendo causar morte por asfixia. A formação do complexo CO/hemoglobina é reversível, ou seja, se as concentrações não forem muito elevadas, cessada a exposição os efeitos cessarão com o tempo.


Compostos de nitrogênio

Os principais compostos de nitrogênio na atmosfera são o N2O, NO, NO2 e NH3. Os óxidos de nitrogênio mais importantes e considerados contaminantes atmosféricos são o monóxido de nitrogênio (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO2). O primeiro é um gás incolor, pouco solúvel em água, produzido tanto em fontes naturais quanto por fontes antropogênicas, sendo a combustão de comburentes em altas temperaturas sua principal fonte emissora. O NO2 é um gás de coloração marrom de odor característico emitido em menor quantidade que o NO e normalmente sua maior fonte é a oxidação do próprio NO. Não está perfeitamente demonstrado que o monóxido de nitrogênio (NO) constitua perigo para a saúde. Entretanto em dias de intensa radiação, o NO é oxidado a dióxido de nitrogênio (NO2), que é altamente tóxico ao homem, aumentando a susceptibilidade às infecções respiratórias e aos demais problemas respiratórios em geral.

Efeitos gerais:

• São os precursores dos oxidantes fotoquímicos, como ozônio e PAN’s (Peroxi-acetilnitratos).

• Causam decremento da capacidade pulmonar, tosse, desconforto no peito, aumento do número e ataques de asma, dores de cabeça e irritação nos olhos.

• Causa injúrias cronicas nos vegetais.

• Como todo oxidante causa aceleração na deterioração de materiais, principalmente borracha, texteis e corantes.

• O NO e o NO2 participam, juntamente com o ozônio troposférico, do ciclo fotoquímico básico dos óxidos de nitrogênio e ozônio. Este ciclo fotoquímico causa o aumento da concentração de ozônio (O3) troposférico em cerca de 100 a 200 vezes em relação ao ar não poluído. O O3 troposférico causa graves problemas respiratórios, destrói a flora e materiais duráveis.

• Além dos danos à saúde o NOx é ainda responsável pela chuva ácida e smog fotoquímico.

Óxidos de enxofre (SOx)

Os principais compostos de enxofre na atmosfera são o SO2, SO3, H2S e H2SO4. As fontes dos compostos atmosféricos do enxofre são a combustão de combustíveis fósseis, a combustão e decomposição da matéria orgânica, os aerossóis marinhos e as emissões vulcânicas. A inalação do dióxido de enxofre (SO2), mesmo em concentrações muito baixas, provoca espasmos passageiros dos músculos lisos dos bronquíolos pulmonares. Em concentrações progressivamente maiores, o SO2 causa o aumento da secreção da mucosa nas vias respiratórias superiores, inflamações graves da mucosa e redução do movimento ciliar do trato respiratório, responsável pela remoção do muco e partículas estranhas e pode aumentar a incidência de rinite, faringite e bronquite.

A queima de carvão e de combustíveis fósseis e os poluentes industriais lançam dióxido de enxofre e de nitrogênio na atmosfera. Esses gases combinam-se com o hidrogênio presente na atmosfera sob a forma de vapor de água. O resultado são as chuvas ácidas. As águas da chuva, assim como a geada, neve e neblina, ficam carregadas de ácido sulfúrico ou ácido nítrico. Ao caírem na superfície, alteram a composição química do solo e das águas, atingem as cadeias alimentares, destroem florestas e lavouras, atacam estruturas metálicas, monumentos e edificações.

Tanto o gás carbônico como outros óxidos ácidos, por exemplo, SO2 e NOx, são encontrados na atmosfera e as suas quantidades crescentes são um fator de preocupação para os seres humanos, pois causam, entre outras coisas, as chuvas ácidas.

Um dos problemas das chuvas ácidas é o fato destas poderem ser transportadas através de grandes distâncias, podendo vir a cair em locais onde não há queima de combustíveis.

Figura 6. Chuva ácida

Hidrocarbonetos totais (THC)

São gases vapores com odor desagradável, irritante aos olhos, nariz, pele, e trato respiratório superior, resultante da queima incompleta e evaporação de combustíveis e outros produtos voláteis. Podem vir a causar dano celular, sendo que diversos hidrocarbonetos são considerados carcinogênicos e mutagênicos. Participam também da formação dos oxidantes fotoquímicos na atmosfera, juntamente com óxidos de nitrogênio.

Material Particulado (PTS e PM10)

Conjunto de todas as substâncias presentes na atmosfera em estado sólido ou líquido, exceto aquelas provenientes da condensação da água. As partículas portanto, não constituem uma espécie bem definida, isto do ponto de vista químico, mas um grupo de substâncias e materiais em estado sólido ou líquido. As partículas totais em suspensão (PTS) formam um grupo especial de material particulado que se distingue por sua dimensão (diâmetro aerodinâmico) superior a 10 mícrons.

As partículas menores que 10 mícrons (PM10) emitidas pelos veículos, principalmente os movidos a diesel, penetram mais profundamente no aparelho respiratório não sendo retidas pelas defesas do organismos, tais como, pelos de nariz, mucosas etc. Causam irritação nos olhos, e gargantas, reduzindo a resistência às infecções e ainda provocando doenças crônicas (STERN, 1984).

Gás Carbônico (O3)

O efeito estufa é bastante análogo ao objeto que lhe dá o nome, isto é, alguns gases presentes na atmosfera têm a propriedade de reter e reenviar o calor refletido pela superfície, de forma similar aos vidros de uma estufa para cultivo de plantas.

É um fenômeno que ocorre naturalmente. Sem o efeito estufa, a temperatura média da Terra seria algo perto de -20ºC, o que certamente inviabilizaria a existência de vida. O que causa preocupação é o aumento do efeito estufa provocado pelo aumento da concentração de certos gases devido à atividade humana.

Os principais responsáveis pelo aumento do efeito estufa são: dióxido de carbono (aumento da concentração 30% em 150 anos), metano (140%), óxido nitroso (11%) e compostos de cloro-flúor-carbono (sem referência anterior pois foi introduzido com uso de sistemas de refrigeração). São gases resultantes de atividades industriais, agrícolas, transportes, mineração e outras.




Figura 7 . Efeito Estufa


Ozônio (O3)

O ozônio existente no ar dos centros urbanos proveniente de reações fotoquímicas entre outros contaminantes pode causar sérios danos, mesmo em baixa concentração. Este gás pode causar irritação dos olhos, nariz e garganta, causa tosse, dor de cabeça, náuseas, cansaço, leva ao envelhecimento precoce da pele, diminui a resistência a infecções, agrava doenças respiratórias e pode ainda estar relacionado ao câncer de pulmão. Além disso, possui forte ação corrosiva e reduz a vida útil dos materiais.
Na estratosfera o ozônio é produzido naturalmente pela ação fotoquímica dos raios ultravioleta sobre as moléculas de oxigênio. Esses raios são suficientemente intensos para separar os dois átomos que compõe a molécula de O2, produzindo assim o oxigênio atômico, que na presença de um catalisador reagem com O2 e produzem O3.

A camada de ozônio e uma "capa" de ozônio que envolve a terra e a protege de vários tipos de radiação, sendo a principal delas a radiação ultravioleta que é a principal causadora de câncer de pele. No último século, devido ao desenvolvimento industrial, passaram a ser utilizados produtos que emitem clorofluorcarbono, um gás que, ao chegar a camada de ozônio destrói as moléculas que a formam (O3) e assim causa a destruição dessa camada da atmosfera. Sem essa camada, a incidência de raios ultravioletas nocivos sobre a terra fica sensivelmente maior, aumentando as chances de contração do câncer. Nas últimas décadas, tentou-se evitar ao máximo a utilização do CFC. Mesmo assim, o buraco na camada de ozônio continua aumentando, o que cada vez mais preocupa a população do mundo todo. A ineficiência das tentativas de diminuir a produção de CFC no mundo, devido a dificuldade de substituir esse gás principalmente nos refrigeradores, fez com que o buraco da camada continua-se aumentando, o cada vez mais prejudica a própria humanidade. Um exemplo do fracasso de uma tentativa de eliminar a produção de CFC no mundo foi a dos EUA, o maior produtor desse gás em todo o planeta. Em 1978, os EUA produziam, em aerossóis, 470 mil toneladas de CFC que passaram a ser 235 mil em 1988. Em compensação, a produção de CFC em outros produtos, que era de 350 mil toneladas em 1978, passou a ser de 540 mil em 1988, mostrando a necessidade que se tem de utilizar esse gás na nossa vida quotidiana. E muito difícil encontrar uma solução para esse problema, mas de qualquer maneira, temos que evitar ao máximo a utilização desse gás para podermos garantir a sobrevivência de nossa própria espécie.









8. Referências Bibliográficas


SEINFELD J. H. e PANDIS S. N. (1998), Atmospheric Chemistry and Physics – From Air Pollution to Climate Change, Wiley Interscience, USA.

LORA, E. E, Prevenção e controle da poluição nos setores energético, industrial e de transporte – 2ª ed.- Rio de Janeiro, Interciência, 2002.

STERN, A.; BOUBEL,R.; TURNER, D.; FOX, D. , Fundamentals of Air Pollution – Academic Press,1984.

FILAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. N. Chemistry of the upper and lower atmosphere – Academic Press, 2000.

CASTRO, J. G. S. Os gases que adoecem ao mundo. 1998. Fundação S.O.S Planeta Terra. Artigos