Química do meio ambiente

Testando presença de água

Dois testes químicos mostram que a água está presente:

• Cloreto de cobalto(II) 无水 anidro muda de azul para rosa quando água é adicionada.
• Sulfato de cobre(II) anidro muda de branco para azul quando água é adicionada.

Esses testes só mostram que a água está lá. Para mostrar que a água é pura, teste seu ponto de fusão 熔点 e ponto de ebulição 沸点: a água pura funde-se exatamente em $0\,{}^{\circ}\text{C}$ e ferve exatamente em $100\,{}^{\circ}\text{C}$. Qualquer substância dissolvida altera esses valores.

É por isso que água destilada 蒸馏水 é usada em química em vez de água da torneira — ela tem muito menos impurezas 杂质 químicas.

O que há na água natural

Água de rios, lagos e mares não é pura. Pode conter oxigênio 氧气 dissolvido, compostos metálicos, plásticos, esgoto 污水, microrganismos 微生物 nocivos, e nitratos 硝酸盐 e fosfatos 磷酸盐 (que vêm de fertilizantes e detergentes).

Alguns desses são benéficos:

• oxigênio dissolvido permite que a vida aquática 水生生物 (peixes e plantas) respire;
• alguns compostos metálicos fornecem minerais 矿物质 essenciais.

Outros são prejudiciais:

• alguns compostos metálicos são tóxicos 有毒 (venenosos);
• alguns plásticos danificam a vida aquática;
• esgoto carrega microrganismos que causam doenças;
• nitratos e fosfatos causam hipóxia 缺氧 (perda de oxigênio) na água, o que prejudica a vida aquática.

Tratamento de água potável

Para tornar a água segura para beber, o abastecimento é tratado em etapas:

• sedimentação 沉降 e filtração 过滤 removem partículas sólidas;
• passar por carvão 碳 remove maus sabores e odores;
• cloração 氯消毒 (adição de cloro) mata microrganismos nocivos.

Fertilizantes 肥料 são adicionados ao solo para ajudar as plantas a crescer. Sais de amônio e nitratos são fertilizantes comuns.

Fertilizantes NPK contêm os três elementos que as plantas mais precisam: nitrogênio 氮气, fósforo 磷 e potássio 钾.

Ar limpo e seco é aproximadamente:

• 78% nitrogênio ($\text{N}_2$)
• 21% oxigênio ($\text{O}_2$)
• o resto é uma mistura de gases nobres 稀有气体 e dióxido de carbono ($\text{CO}_2$).

Poluentes do ar e suas fontes

Efeitos desses poluentes

• Dióxido de carbono 二氧化碳 e metano são gases de efeito estufa 温室气体: mais deles causa aquecimento global 全球变暖, que leva à mudança climática 气候变化.
• O monóxido de carbono é um gás tóxico.
• As partículas aumentam o risco de problemas respiratórios 呼吸 (respiração) e câncer 癌症.
• Os óxidos de nitrogênio causam chuva ácida 酸雨, smog fotoquímico 光化学烟雾 e problemas respiratórios.
• O dióxido de enxofre causa chuva ácida.

Exemplo resolvido. Uma usina queima carvão contendo enxofre e um lago a favor do vento torna-se lentamente ácido. Nomeie o poluente, explique a ligação e dê uma maneira de impedir isso. Queimar um combustível fóssil que contém enxofre libera dióxido de enxofre, que causa chuva ácida, então a chuva caindo sobre o lago é ácida. Para impedir isso na fonte, use dessulfurização de gases de chaminé, onde o óxido de cálcio remove o dióxido de enxofre dos gases residuais antes que saiam pela chaminé, ou mude para um combustível com baixo teor de enxofre. Corresponda a correção ao poluente: um conversor catalítico trata os óxidos de nitrogênio de um carro e não faria nada sobre o dióxido de enxofre de uma usina movida a carvão.

Reduzindo esses problemas

Para retardar a mudança climática: plante árvores, cultive menos animais, queime menos combustíveis fósseis e use mais hidrogênio e energia renovável 可再生能源, como eólica e solar.

Para reduzir a chuva ácida: instale conversores catalíticos 催化转化器 nos carros, use combustíveis com baixo teor de enxofre e utilize dessulfurização de gases de chaminé 烟气脱硫 com óxido de cálcio 氧化钙 para remover o dióxido de enxofre dos gases residuais.

Como os gases de efeito estufa aquecem a Terra

Gases de efeito estufa, como dióxido de carbono e metano, deixam a luz solar passar, mas eles absorvem a energia térmica 热能 emitida pela Terra quente e devolvem parte dela para baixo. Isso reduz a energia térmica perdida para o espaço, então a Terra fica mais quente.

Em um motor de carro, a alta temperatura faz com que o nitrogênio e o oxigênio do ar reajam para formar óxidos de nitrogênio. Um conversor catalítico os remove, por exemplo:

Fotossíntese

Fotossíntese 光合作用 é o oposto da combustão — ela remove dióxido de carbono do ar. As plantas usam energia luminosa e clorofila 叶绿素 para transformar dióxido de carbono e água em glicose 葡萄糖 e oxigênio:

• Dois testes mostram que a água está presente (cloreto de cobalto(II) azul → rosa; sulfato de cobre(II) branco → azul), mas apenas pontos de fusão e ebulição fixos (0 °C e 100 °C) mostram que ela é pura.
• O ar limpo e seco contém cerca de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases (na maioria gases nobres e dióxido de carbono).
• Correspondência de cada poluente à sua fonte e efeito: monóxido de carbono (combustão incompleta; tóxico); dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio (chuva ácida); dióxido de carbono e metano (gases de efeito estufa → aquecimento global).
• Os gases de efeito estufa deixam a luz solar passar, mas absorvem o calor que a Terra quente emite e devolvem parte dele para baixo, então a Terra esquenta.