Ciclo da matéria orgânica

CICLO DA MATÉRIA ORGÂNICA

A vida está continuamente sendo recriada a partir dos mesmos átomos: carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, presentes nos principais constituintes da matéria viva: água, carboidratos, gorduras, proteínas e ácidos nucléicos. Esses átomos fazem parte de um ciclo permanente.

Ciclo do dióxido de carbono e do nitrogênio

Ciclo do enxofre

Fotossíntese e respiração

É um processo celular realizado por algas, plantas e algumas bactérias, que consiste na obtenção de açúcares a partir do CO₂ e H₂O usando energia solar absorvida pela clorofila. A fotossíntese pode ser representada assim:

6CO₂  + 6H₂O èluz solarè C₆H₁₂O₆ + 6O₂        ΔH: 2.820 kJ.mol^-1

AH: A quantidade de calor liberada ou absorvida em uma reação, a pressão constante, é chamada calor de reação ou entalpia de reação e corresponde a diferença entre as entalpias dos produtos e reagentes.

Reação endotérmica a entalpia do sistema aumenta:  ΔH: H produtos – H reagentes > 0

Reação exotérmica ocorre liberação de calor do sistema: ΔH: H produtos – H reagentes < 0

A respiração dos animais e das plantas envolve a oxidação do açúcar, formando CO₂ e H₂O e liberando energia.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂  è 6CO₂  + 6H₂O                          ΔH: - 2.820 kJ.mol^-1

Com a fotossíntese, a concentração de CO₂ tende a decrescer e com a respiração tende a aumentar. Esses processos inversos são biologicamente complementares.

Gases poluentes e sua origem:

Dióxido de carbono

Como decorrência da queima de combustíveis, foi detectada nas últimas décadas uma elevação da  concentração de CO₂ na atmosfera de nosso planeta. Isso tem gerado considerável discussão sobre a intensificação do efeito estufa que poderia conduzir a um aquecimento do planeta e a conseqüências do aquecimento global.

Sulfeto de Hidrogênio e Monóxido de nitrogênio

Resultado dos processos nas indústrias químicas, queima de combustíveis fósseis, erupções vulcânicas e decomposição da matéria orgânica, sofrem transformações formando a chuva ácida.

Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e câncer

O benzopireno faz parte do grupo de compostos conhecidos como hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados são perigosos a saúde, graças a seu potencial cancerígeno. São produzidos nas queimadas das florestas, erupções vulcânicas e na queima de combustíveis fosseis e nas minas de carvão. A fumaça dos cigarros contém várias substâncias aromáticas, que compõe o alcatrão do cigarro e formadas durante a queima do fumo. Entre ela está o benzopireno, por isso os fumantes estão mais sujeitos ao câncer de pulmão.

Ozônio

O ozônio na troposfera (camada de ar até 18 km) pode agravar sintomas de doenças respiratórias, além de provocar na população em geral, ardência nos olhos, dores de cabeça, tosse seca e cansaço. Ele é resultado da queima de combustíveis fosseis  e compostos orgânicos voláteis.

Monóxido de Carbono CO

Se a concentração de CO no ar for alta, haverá no sangue uma competição entre o CO e o O₂ pelas moléculas da hemoglobina. Em virtude da maior tendência a interagir com o CO, a hemoglobina perde sua função de transportadora de oxigênio, ficando as células com menos oxigênio do que o necessário. 

Hb + CO è HbCO

% hemoglobina  desativada com CO	sintomas
0 a 1,9	nenhum
8 a 13,9	Dores de cabeça
27 a 32,9	vômitos
Acima de 65	morte

Com a presença do azul de metileno, haverá competição entre a hemoglobina e o azul de metileno pelas moléculas de CO. Nesse processo, o azul de metileno removerá o CO, deixando a hemoglobina livre para formar HbO₂ e transportar o oxigênio as células, impedindo dessa forma, a morte do indivíduo.

 O ser humano e as águas

Captada nos rios e represas, a água é levada por adutoras até estações de tratamento, onde se torna potável.

Sistema de tratamento de água:

- a água é mistura com sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio, que são agentes coagulantes onde ocorre aglomeração das partículas que afundam(decantam).

- depois, a água passa por uma camada de areia, que funciona como filtro, para reter os flóculos restantes e completar a limpeza.

- para desinfecção dos microorganismos da água são utilizados cloro e ozônio.

Sistema de tratamento de esgoto:

Compreende as seguintes etapas

Físicos: utilizando grades, peneiras, decantadores e floculadores

Químicos: pela adição de substâncias químicas

Biológicos: pela ação de agentes biológicos

A forma mais econômica de degradação da matéria orgânica é a biológica. A degradação ocorre pela ação de bactérias, protozoários ou algas.

Esses processos biológicos podem ocorrer pela via aeróbica, realizados por microorganismos que vivem em presença de oxigênio, ou pela via anaeróbica, por microorganismos que em ausência de oxigênio.

Processo aeróbico necessita de energia para agitação e aeração.

Matéria orgânica: COHNS + O₂ + nutrientes è bactérias è CO₂ + NH₃ + C₅H₇NO₂ + outros produtos è C₅H₇NO₂ + 5O₂ è 5CO₂ + NH₃ + 2H₂O + energia

Na degradação anaeróbica a matéria orgânica é transformada em gás carbônico, gás metano, água e biomassa.

O ser humano e o solo

O crescimento demográfico, combinada com mudanças de hábitos, melhoria da qualidade de vida e desenvolvimento industrial, provoca aumento na quantidade de resíduos e na sua composição, com crescente participação de embalagens e outros materiais inertes, agravando os problemas de disposição do lixo. Não existe maneira de eliminar totalmente os resíduos. É cada vez mais necessário reduzir a quantidade de lixo produzida, o reuso e a recuperação de resíduos.

Devemos perguntar para onde vai toda a água que utilizamos e todo o lixo que produzimos?

Questões
1) Quais processos naturais podem estar associados a produção do dióxido de carbono (CO2) e podem contribuir para alterar a concentração desse gas na atmosfera?
2) Que atividades humanas podem estar associadas a emissão de CO2 ?
3) Quais as consequências do gás Sulfeto de Hidrogênio na atmosfera e como ele pode ser reconduzido ao solo?
4) Pessoas podem morrer envenenadas se existir monóxido de carbono (CO) em elevada concentração no ar, esse gas reage com a hemoglobina formando carboxi-hemoglobina HbCO.
Como a formação de HbCO pode interferir no processo respiratório a ponto de levar o indivíduo a morte?
5) O que é eutrofização da água?

Transformações químicas e eletricidade

TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS E ELETRICIDADE

Em nosso dia a dia presenciamos muitos fenômenos que ocorrem com o envolvimento de eletricidade: os raios que caem em uma tempestade, funcionamento de eletrodomésticos, a atração dos nossos cabelos por um pente plástico e também a passagem de corrente por diversos materiais (soluções iônicas).

A energia elétrica pode ser obtida por pilhas e baterias, pela ocorrência de transformações químicas e, para isso, são utilizados dois sólidos condutores associados com soluções aquosas condutoras ou pastas feitas a partir de materiais iônicos.

Pilha

O pólo positivo (cátodo) é sempre o eletrodo onde acontece redução, exemplo do cobre. O pólo negativo (ânodo) é onde acontece a oxidação, exemplo do zinco. Quando ocorre reação de redução, sempre deve acontecer outra reação que seja de oxidação.

                             

Poder relativo de oxidação e redução

Existe uma série de reatividade dos metais conhecidos e mostram a facilidade com que eles sofrem redução ou oxidação quando combinados com os outros.

è  Caráter oxidante crescente  è

K

Na

Ca

Mg

Al

Zn

Fe

Ni

Sn

Pb

Cu

Ag

Au

ç   Caráter redutor crescente   ç

Reações de oxirredução

A palha de aço colocada em uma solução de CuSO₄, provoca uma mudança na coloração da solução e também na palha de aço. O descoramento da solução de CuSO₄ ocorreu em função da transformação dos íons Cu²⁺ em cobre metálico.

Ocorrerá reação de deslocamento entre um metal e um íon metálico se, na série de reatividade, o metal estiver situado à esquerda do elemento que forma o íon metálico. Assim o Alumínio reage com solução aquosa de sulfato de cobre II, mas não reage com solução aquosa de cloreto de sódio. O que ocorre se colocarmos um parafuso de cobre e uma porca de zinco imersa em uma solução de ácido clorídrico diluída. Consultando a série de reatividade dos metais o cobre não reagirá e o zinco sim.

Essas associações metais/íons irão resultar na ocorrência de reações de oxirredução espontâneas. Esse tipo de reação que possibilita o funcionamento das pilhas, a partir daí é possível escolher os materiais que podem ser empregados na sua construção.

Pilha

É uma célula constituída por duas semicelulas, uma é o ânodo e outra é o cátodo.

Pilha seca comum, de rádios

Zn(s) + MnO₂(s) + 2H₂O è Zn²⁺ (aq) + Mn(OH)₂(s) + 2OH-(aq)

Potencial elétrico da pilha é a diferença entre os potenciais de seus eletrodos.

∆E^o  = zinco + cobre

Potencial padrão de redução

Zinco:-0,76

Cobre: + 0,34

∆E^o = (eletrodo cátodo) – (eletrodo ânodo)

∆E^o = (0,34V) – (-0,76V)

∆E^o = +1,10V

Bateria

É um conjunto de células ligadas em série, intercalando pares de ânodo-cátodo. Exemplo: bateria de automóvel.

Desvantagem: elevado peso e risco de contaminação ambiental.

Vantagem: possibilidade de reversão das reações. Depois de dada a partida, o motor aciona um gerador que fornece energia elétrica para a recarga da bateria.

Bateria chumbo-ácido: automóveis

Pb(s) + PbO₂(s) + 2HSO^-₄(aq) + 2H-(aq) è 2PbSO₄(s) + 2H₂O

Eletrolise

Eletrólise é o processo de indução de reações químicas de oxidação e redução não espontâneas, pela passagem de corrente elétrica em soluções iônicas ou em sais fundidos.

O processo de eletrolise é um método responsável pela obtenção de várias substâncias importantes, como cloro, hidróxido de sódio, hidrogênio. Na eletrólise, o pólo onde ocorre redução é o negativo e o pólo onde ocorre oxidação é o positivo.

Eletrólise da salmoura

Semi-reação anódica (eletrodo positivo) – oxidação

2Cl^1-(aq) è Cl₂(g) + 2é

Semi-reação catódica (eletrodo negativo) – redução

2Na + 2H₂O(l) + 2é è H₂ + 2NaOH^1-(aq)

A soda cáustica (hidróxido de sódio) é usada na fabricação de sabões e detergentes.

Se os produtos se misturarem, ocorrem reações secundárias:

2NaOH + Cl₂ → NaOCl + H₂

ou

2OH + Cl₂ →2OCl + H₂

e no ânodo pode ocorrer, até certo ponto, outra reação:

4OH →2H₂O + 4e

Na eletrólise o pólo positivo é o ânodo e o negativo é o cátodo. Na pilha é o contrário.

	eletrólise	pilha
Pólo positivo	ânodo	cátodo
Pólo negativo	cátodo	ânodo

Os minérios mais comuns utilizados na obtenção de cobre são a calcopirita (CuFeS₂), a calcosita (Cu₂S), a azurita (CuCO₃) e a cuprita (Cu₂O). Os minérios são triturados, passam por processos de purificação e os produtos são submetidos a vários tratamentos térmicos. Esta mistura é purificada através de um processo eletrolítico no qual se formará cobre com 99% de pureza.

O alumínio é obtido a partir da bauxita – minério composto principalmente por Al(OH)₃, que ao interagir com uma solução de soda cáustica, sofre transformações químicas, produzindo a alumina (Al₂O₃).

O óxido de alumínio Al(OH)₃, ao passar por uma corrente elétrica em criolita fundida(NaAlF₆), obtém-se alumínio fundido e oxigênio.

2Al³⁺ (dissolvido) + 3º^2- (dissolvido) è 2Al + O₂.

Galvanização

A Galvanização ou eletrodeposição é todo o processo eletrolítico que consiste em revestir superfícies de peças metálicas com outros metais. Este revestimento é feito, geralmente, para proteger a peça da corrosão e/ou como acabamento estético. Na galvanização utiliza-se dois eletrodos mergulhados numa solução eletrolítica ligados a uma fonte de corrente. A peça a ser revestida deve funcionar como cátodo (deve estar ligada ao pólo negativo da fonte). O ânodo, ligado ao pólo positivo da fonte, pode ser de um material inerte ou constituído pelo metal que se quer revestir a peça. A solução eletrolítica deve conter como eletrólito um sal que contem cátions do mesmo metal.

Um dos principais usos do zinco metálico é a proteção do ferro contra a corrosão. O ferro é mergulhado em zinco fundido ou recoberto eletroquimicamente.

LIXO ELETRÔNICO: Não devolva para a natureza o que ela não criou. Os perigos:

Na composição dos equipamentos eletrônicos existem substâncias tóxicas como mercúrio, chumbo, cádmio, belírio e arsênio – altamente perigosos à saúde humana. Além disso, para se produzir os aparelhos também são utilizados compostos químicos retardantes de chamas e PVC, que demoram séculos para se decompor no meio ambiente. Em contato com o ar, as águas e o solo, e por exposição direta ou indireta via água de abastecimento e alimentos, essas substâncias podem distúrbios no sistema nervoso, problemas renais e pulmonares, câncer e outras doenças, podendo, inclusive, afetar o cérebro.

Os metais pesados, com alta concentração no lixo eletrônico, têm a propriedade da bioacumulação nos organismos vivos e, dessa forma, se estender por toda a cadeia trófica, isto é, toda a cadeia alimentar, chegando ao topo onde se encontra o homem.

http://www.ambiente.sp.gov.br/mutiraodolixoeletronico/perigos.htm

Exercícios eletricidade e transformação química II

      1)      Na pilha o metal mais reativo é aquele que tem maior tendência de sofrer oxidação. Identifique numa pilha qual é o cátodo e qual é o ânodo:

  a) pólo positivo_______b) pólo negativo______

2)      Corrente elétrico é o movimento ordenado de partículas carregadas eletricamente. Qual é o sentido dos elétrons numa pilha: do pólo_________para o pólo_________

3)      Eletrólise é o sistema onde a corrente elétrica provoca uma reação química. Dê um exemplo de processo de eletrólise.

4)      Colocando a palha de aço numa solução de sulfato de cobre, percebe-se que a palha de aço muda de cor, adquirindo a cor do cobre metálico. Qual é o metal mais reativo, o cobre ou ferro?

5)      Soda cáustica e cloro são obtidos a partir da eletrólise de:

   a) cloreto de sódio       b|) óxido de alumínio           c) tetracloreto de carbono