Junho 02 2009

 Escola Secundária de Cascais

 
Trabalho apresentado à disciplina de
Físico – Químicas
 
                                                
 A Água
 
 
Docente: Fernando Oliveira
 
Discentes: Leonor Veríssimo       Nº16   11ºB
 Susana Ferreira         Nº21    11ºB
 Tomás Serrasqueiro Nº24    11ºB
 Enrico Piovacari         Nº28    11ºB
 
 
Cascais, 25 de Maio de 2009
 
 
Índice
 1. Introdução
2. A água na Terra e a sua distribuição
3. Problemas de abundância e escassez
4. Os consumos da àgua
5. Tipos de água
6. A gestão da água
7. Desmineralização da água do mar
8. A qualidade da água e a legislação
9. Formas e Fontes de poluição
10. Perigos e Consequências da poluição das águas
11. Chuva Ácida
12. Conclusão
 
 
1. Introdução
No âmbito da disciplina de Físico-Químicas, foi-nos solicitada a execução de um trabalho escrito, relativamente ao tema “A água”.
Os assuntos a focar seriam:
à A água na Terra
·        A água na Terra e a sua distribuição
·        Problemas de abundância e escassez
·        Os consumos da água
·        Tipos de água
·        A gestão da água
·        Desmineralização da água do mar
 
àQualidade e poluição da Água
·        A qualidade da água e a legislação
·        Formas e Fontes de poluição
·        Perigos e consequências da poluição das águas
·        Chuva ácida
 
Organizámos os tópicos segundo os temas a focar.
Esperemos que goste do nosso trabalho
 
2. A Água na Terá e a sua distribuição
           
A Terra é geralmente chamada planeta azul. Os oceanos e mares são os responsáveis pela cor azul que a Terra apresenta quando é vista do espaço.
Figura 1 - Terra, o "Planeta Azul"
            A estreita intersecção dos oceanos com a atmosfera explica o papel central que eles desempenham na regulação do clima, não só pelo controlo da temperatura, mas também por serem os intervenientes principais no mais importante ciclo biogeoquímico – o ciclo da água.
            A água, que à escala do Universo é uma substância muito rara, é abundante na Terra, cobrindo 71% da sua superfície, apesar de se encontrar distribuída de forma muito desigual.
            Cerca de 97,62% da água está armazenada nos oceanos. Os restantes 2,38% dão reservas de água doce, A água doce tem uma grande importância para a vida na Terra, mas é muito pouca. Existe uma grande assimetria água doce / água salgada.
            De toda a água, 2,08% é água doce e existente em glaciares e coberturas de gelo e neve. As águas subterrâneas, de lagos e rios, que são as mais utilizadas na actividade humana, representam apenas 0,29% das reservas do planeta. Mas as reservas de água doce nem sempre são de água potável. Compreende-se assim, uma segunda assimetria na distribuição da água: água potável / água imprópria para consumo.
            A precipitação é um dos factores decisivos no que respeita a recursos superficiais e subterrâneos. A água da chuva é parcialmente absorvida pelo solo e pela vegetação, sendo uma parte devolvida à atmosfera pela evapotranspiração. A parte que não volta À atmosfera nem penetra no solo, chamada água de superfície, escorre para as bacias hidrográficas.
            As águas de infiltração penetram no subsolo até encontrarem uma superfície impermeável.
            Quando a superfície é inclinada, a água segue o declive, podendo percorrer centenas de quilómetros, como um rio, antes de emergir. Quando a superfície é plana, ou côncava, a água acumula-se.
           
 
3. Problemas de abundância e escassez
 
A distribuição da água é desigual também do ponto de vista geográfico. As zonas tropicais e equatoriais possuem reservas abundantes de água, enquanto as regiões desérticas são desfavorecidas desse ponto de vista. Mas a abundância não é boa quando se torna numa calamidade, isto é, quando há cheias e inundações. Estas provocam a lixiviação dos solos: a água arrasta os principais nutrientes do solo, o que resulta na degradação da qualidade do solo e da água. Em certas regiões, apesar de água doce existir em abundância, escasseia a água potável. A diversidade geográfica resulta da assimetria entre regiões auto-suficientes e regiões deficitárias em água.
            A maior parte do continente africano, do Médio Oriente, da Austrália e de algumas zonas do continente americano debatem-se com problemas graves de escassez de água.
Figura 3 - Escassez de água na Terra
            Portugal é privilegiado pela abundância e pela qualidade da sua água. Nas zonas norte e centro de Portugal as captações estão disseminadas, o que dificulta o controlo da qualidade e o tratamento das águas de abastecimento público. No litoral, as práticas agrícolas e industriais têm levado à contaminação de fontes, poços e furos, o mesmo sucedendo nos Açores com as lagoas. No Alentejo, a escassez de água tem sido um dos principais entraves ao desenvolvimento da agricultura. No Algarve tem-se assistido ao esgotamento dos recursos hídricos do subsolo, um processo causado pela exploração intensa da água em furos artesianos. Em Porto Santo é necessário recorrer à dessalinização para suprir a necessidade de água.
 
 
 
4. Os consumos de água
 
            Nos países ricos e desenvolvidos gasta-se muito mais água do que nos países pobres e menos desenvolvidos. Há disparidades enormes no consumo médio per capita de água em diferentes partes do mundo. Verifica-se outra assimetria: consumo individual excessivo / consumo individual exíguo.
            Estima-se que a média anual do consumo de água é de 600m³ por pessoa e por ano, sendo cerca de 50m³ de água potável – o que corresponde a um consumo diário de 137 litros de água. Nos países desenvolvidos gastam-se, em média, 350 a 1000 litros por dia, per capita, enquanto há quem sobreviva apenas com 5 litros de água por dia.
            O crescimento demográfico, o desenvolvimento industrial e a irrigação multiplicaram as utilizações da água, fazendo aumentar enormemente a sua procura.
            Nas sociedades pré-industriais, o consumo é baixo, mantendo-se constante ou aumentando lentamente. Em compensação, o consumo de água cresce muito em países em vias de industrialização e naqueles em que a agricultura irrigada tende a corresponder a um forte crescimento demográfico.
            A agricultura é a responsável por um elevado consumo de água, como, por exemplo, o México e a Índia.
            A indústria é o principal responsável pelo consumo da água, como na Alemanha.
 
 
5. Tipos de água
 
            A água quimicamente pura, exclusivamente constituída por moléculas de água, sem quaisquer substâncias dissolvidas e com o pH igual a 7 não existe na Natureza.
            Na Natureza, se não houvesse poluição, a água que mais se aproximaria da água pura seria a água da chuva, que para além das moléculas de água conteria apenas algum dióxido de carbono proveniente da atmosfera.
            A água da chuva pode comparar-se a água destilada natural, pois obtém-se por condensação da água que se evaporou. Nos laboratórios e na indústria produz-se água destilada através de um processo de evaporação, por aquecimento, seguido da condensação do vapor de água, formado por arrefecimento.
            Quando nos rótulos das garrafas se lê “água pura” , quer dizer água pura sob o ponto de vista alimentar e não quimicamente pura.
 
 
6. A gestão da água
 
            A crise mundial da água traduz-se na sua escassez crescente, na diminuição da sua qualidade em consequência da poluição e também nas secas.
            A água disponível bastaria para satisfazer as necessidades mundiais se fosse gerida adequadamente, tendo em vista um aproveitamento eficaz e uma repartição equitativa.
            A gestão da água tem de se enquadrar no conceito de desenvolvimento sustentável, de modo que satisfaça os objectivos da sociedade no presente e no futuro e que assegure, em simultâneo, a preservação ambiental dos sistemas de recursos hídricos.
            Segundo a Organização Mundial da Saúde há mais de mil milhões de pessoas em todo o mundo que não têm acesso a água limpa.
            Os problemas com a água são responsáveis pela morte de 1,6 milhões de pessoas todos os anos.
            Cerca de 6000 crianças morrem todos os dias de doenças que poderiam ser evitadas, caso se melhorasse a qualidade da água e do saneamento.
            Melhorar a qualidade da água requer meios financeiros, técnicos e culturais, que a maioria dos países não tem.
            Em Portugal, a legislação estabelece critérios e normas de qualidade com a finalidade de proteger, preservar e melhorar a água em função das suas principais utilizações.
 
 
7. Desmineralização da água do mar
            A água do mar contém enormes quantidades de iões Na e Cl, bem como de outros iões.
            Define-se salinidade como a massa de sais dissolvidos por quilograma de água.
            Embora a salinidade varie entre os vários oceanos e mares, a proporção relativa dos seus componentes é constante.
            Esses constituintes são o cloro, o sódio, o magnésio, o enxofre, o cálcio, o potássio e outros em porções diminutas.
            A escassez de água potável que se verifica actualmente em muitas zonas do globo torna a dessalinização da água do mar um desafio e uma tarefa premente.
            A dessalinização da água do mar é ainda um processo caro, de tecnologia pesada. Existem três processos importantes de dessalinização: a destilação, a osmose inversa e a nanofiltração.
Destilação
            Na destilação, a água é vaporizada por aquecimento e depois por arrefecimento:
 
            A vaporização da água é um processo endotérmico, requerendo uma grande quantidade de energia, o que torna o processo de destilação dispendioso.
            Na destilação normal a água é vaporizada elevando a temperatura até cerca de 110ºC. O vapor atravessa um circuito, sendo depois condensado após a recolha.
            Em zonas do globo com muito sol, mas apenas com água salgada, como algumas ilhas e costas desérticas, pode usar-se um “destilador solas”, para dessalinizar a água por destilação.
            Neste caso, a água não é fervida, mas apenas suficientemente aquecida pelos raios solares, que a evaporam rapidamente.
            O ar húmido, contendo a água evaporada sobe, volta a condensar-se, escorrendo para as calhas, onde a água é recolhida e depois transportada ou guardada para uso posterior.
 
Osmose Inversa
            As moléculas de água de uma solução podem passar através de membranas porosas semipermeáveis, mas as dos solutos nela contidos não. Este fenómeno designa-se osmose.
            Na osmose, as moléculas passam, através de uma membrana semipermeável, da solução de menor concentração no soluto para a solução de maior concentração.
            No caso da dessalinização da água do mar, o que interessa é que as moléculas do solvente passem da solução mais concentrada para a solução mais diluída, o que se consegue através da técnica da osmose inversa.
            Nesta técnica, a água da solução mais concentrada é forçada, por pressão, a passar pelas membranas da solução mais concentrada para a solução menos concentrada, diminuindo a concentração dos sais e originando a água dessalinizada. 
            A água doce obtida por dessalinização da água domar tem de ser posteriormente sujeita a tratamentos para a adequar aos VMR estabelecidos para uma água potável.
            Dado que o consumo de água doce tem vindo a aumentar, prevê-se que, no futuro, os oceanos venham a ser um dos maiores fornecedores de água doce.
Figura - Processo de osmose inversa
Nanofiltração
            A nanofiltração é um método de separação por membrana que não é tão eficaz como a osmose inversa. Requer, contudo, menos energia, já que as pressões necessárias não são tão elevadas. Enquanto a nanofiltração remove espécies químicas com diâmetro 1nm, a osmose inversa pode remover partículas com 0,1nm.
 
 
8. A qualidade da água e a legislação
            Nem sempre a água é suficientemente pura para ser directamente utilizada na indústria, nas actividades domésticas e, muito menos, para consumo humano. Encontra-se muitas vezes poluída, sobretudo pela matéria orgânica dos solos, pelos fertilizantes e pelos pesticidas.
            Existe legislação para estabelecer os teores em que certas espécies químicas podem existir na água utilizável. São os chamados parâmetros de qualidade, que podem variar, consoante os objectivos de utilização. Para cada um dos parâmetros, a legislação indica os seguintes valores:
·         VMA – Valor Máximo Aceitável. Este valor não pode ser ultrapassado, sob o risco de prejudicar a saúde.
·         VMR – Valor Máximo Recomendado. Este valor não deve ser ultrapassado, pois tal poderá colocar em risco a saúde, podendo até ser indício de contaminação.
É menos frequente aplicar-se um valor mínimo recomendado, VmR, ou um valor mínimo admissível, VmA.
            A legislação portuguesa (Decreto-Lei nº 236/98 de 1 de Agosto) estabelece os critérios e normas de qualidade de água em função dos seus principais usos, nomeadamente, os valores de VMR e VMA.
            Para o consumo humano, os critérios de pureza são naturalmente os mais rígidos.
            Actualmente, é uma Directiva Europeia de 1980 que define a potabilidade da água por meio de mais de sessenta parâmetros organolépticos, físico-químicos, tóxicos e microbiológicos. Esses parâmetros só podem ser modificados no sentido de uma maior rigidez.
            O Decreto-Lei nº234 de 5 de Setembro de 2001 trata da qualidade da água para consumo humano.
 
 
9. Formas e Fontes de poluição
            O problema da água é que ela não se renova ao ritmo a que os seres humanos a poluem. A acção humana conduz a alterações apreciáveis no ciclo hidrológico natural.
            A faculdade de regeneração natural das águas doces, ou auto-depuração, é definida como a faculdade que um rio, um troço de rio ou um lago tem de absorver, sem dificuldade, uma determinada carga de poluição e de assegurar a destruição ou a mineralização dos elementos poluentes.
            A par dos desperdícios de água que se verificam em quase todo o mundo, a procura aumenta mais depressa do que a capacidade de reposição pelo ciclo hidrológico natural.
            A poluição da água pode ter várias origens e tipos diversos.
 Figura 4 - Poluição das águas
Efluentes domésticos
São responsáveis por uma elevada carga poluente nos cursos de água, constituindo ainda uma ameaça à qualidade das águas subterrâneas. As suas cargas orgânicas bem como as grandes quantidades de agentes microbiológicos - bactérias e vírus - descarregados com as águas residuais, são uma ameaça para a saúde das populações.

Efluentes industriais
A indústria é responsável pela forma mais grave de poluição da água. Não só devido às elevadas cargas poluentes descarregadas mas também à sua perigosidade.
Em muitos casos, para além do efeito tóxico imediato ou cancerígeno de alguns poluentes, existe o perigo de bioacumulação nos organismos, com consequências em toda a cadeia alimentar. São exemplo disso alguns metais pesados, como o mercúrio.
As águas da lavagem de equipamentos industriais e as águas de arrefecimento, descarregadas em grandes volumes, e as temperaturas mais elevadas que o meio receptor, podem modificar as condições ecológicas dos cursos de água.

Efluentes da pecuária
Muitas explorações de pecuária têm efluentes equivalentes a povoações de média dimensão com a particularidade de os teores de azoto orgânico e amoniacal serem muito elevados, o que tem consequências nas águas.

Lixiviação de solos e resíduos
Os aterros de resíduos sólidos urbanos ou deposições selvagens de resíduos industriais, sem condições adequadas de impermeabilização nem cuidados de gestão, dão origem a efluentes de lixiviação altamente contaminadas que poluem as águas de superfície e as subterrâneas.

Agricultura intensiva
A aplicação excessiva de adubos e pesticidas nas actividades agrícolas pode provocar a sua possível migração para o meio hídrico. A aplicação de pesticidas por via aérea, quando não realizada com os cuidados especiais, também pode atingir as linhas da água.
            Dos vários tipos de poluição, destacam-se:
·         A poluição biológica: por microrganismos patogénicos que podem provocar doenças e até a morte;
·         A poluição térmica: aquecimento da água por descargas de águas residuais usadas nos processos de arrefecimento industriais e nas centrais térmicas;
·         A poluição química: a mais grave é causada pela presença de produtos químicos prejudiciais.
 
 
10. Perigos e consequências da poluição das águas
De acordo com a sua natureza e concentração, os poluentes apresentam diferentes efeitos sobre o meio ambiente e a saúde pública, apresentando-se a seguir alguns dos mais relevantes:
Efeitos da poluição aquática sobre a saúde humana:
- Gastroenterites;
- Diminuição da taxa de fixação do oxigénio;
- Alterações do sistema nervoso central;
- Alteração das reacções enzimáticas naturais;
- Anomalias bioquímicas.
Efeitos da poluição aquática sobre o meio ambiente:
- Desoxigenação da água;
- Variações de salinidade e de temperatura;
- Turvação;
- Alteração/destruição da fauna e da flora;
Em Portugal, mais de metade dos rios e lagos estão poluídos. A poluição hídrica resulta do desenvolvimento descontrolado das actividades económicas e do crescimento demográfico, que não foram acompanhados pela construção de infra-estruturas de saneamento básico.
Um derrame de cianeto numa mina de ouro a Norte da Roménia destruiu os ecossistemas de vários rios da Roménia, Hungria e Jugoslávia. O cianeto (um produto químico usado para limpar o ouro, proveniente de uma barragem existente na mina de ouro, infiltrou-se na Hungria e na Jugoslávia, através dos rios Szamos e Tisza, antes de entrar no Danúbio. Cerca de cem mil metros cúbicos de água poluída com cianeto escorreram para a Natureza.
A delegação da Direcção de Saúde Pública romena anunciou que os níveis de cianeto em cinco poços de água das imediações da mina ficaram 70 vezes mais elevados do que o limite aceitável.
A Agência para a Protecção do Meio Ambiente de Satu Mare (noroeste da Roménia) advertiu que o cianeto infiltrado na terra afectaria os lençóis freáticos e, a prazo, deixaria em perigo a população, os animais e a vegetação locais.
Os peritos húngaros calculam que serão precisos dez anos para reparar os prejuízos provocados no Meio Ambiente.

Pontos Críticos
CHINA
Mais de 40 cidades consomem água proveniente de lençóis contaminados.
ESTADOS UNIDOS
Entre 1993 e 1994, 53 milhões de americanos consumiram água contaminada por chumbo e pesticidas. Cerca de 11 milhões beberam água que continha coliformes fecais e outros 43 milhões estiveram expostos ao criptosporidium, microorganismo que matou mais de uma centena de pessoas em Milwaukee.
BRASIL
Apenas 10 por cento dos esgotos são tratados e não existe fiscalização para controlar a emissão de poluentes pelas indústrias.
ROMÉNIA
Um derrame de cianeto numa mina de ouro a Norte da Roménia destruiu os ecossistemas de rios da Roménia, Hungria e Jugoslávia.

A poluição das águas superficiais e subterrâneas tem diversas origens.
10. Chuva Ácida
O que é a chuva ácida?
            A água da chuva, na ausência de poluição, tem um pH ligeiramente ácido (pH≈5,6), devido à acidificação provocada pelo dióxido de carbono existente no ar. No entanto, as chamadas chuvas ácidas têm um pH muito inferior a esse valor.
            O termo chuva ácida é usado para descrever os vários tipos de acidez atmosférica. Essa acidez tem duas formas: a forma húmida e a forma seca.
            A forma húmida refere-se à chuva, nevoeiro e neve que caem sobre a terra. A forma seca refere-se a partículas sólidas e gases.
            Cerca de metade da acidez atmosférica deposita-se na superfície terrestre sob a forma de depósitos sólidos ou de gases, os quais aderem à superfície de edifícios, carros, árvores, etc. Estas superfícies são “lavadas” pelas chuvas, que assim se tornam ainda mais ácidas.
Como se forma a chuva ácida?
            A água da chuva tem uma acidez natural resultante da dissolução do CO2 atmosférico, tem sofrido alterações alarmantes no valor do seu pH em algumas regiões.
            Nas últimas décadas, acidez das chuvas caídas no Norte da Europa, no Oeste dos Estados Unidos, no Canadá e no Japão aumentou imenso.
            O pH da chuva nessas regiões pode chegar ao valor 2. Em 1978, na Pensilvânia, o pH da chuva atingiu mesmo o valor de 1,5.
            As chuvas ácidas formam-se normalmente a grandes altitudes, nas nuvens onde os óxidos de enxofre e óxidos de azoto reagem com a água, o oxigénio e outros oxidantes, formando uma solução de ácido nítrico e ácido sulfúrico.
            Parte do SO2 atmosférico provém de processos naturais como as erupções dos vulcões. No entanto, a actividade humana é também responsável pela produção de uma quantidade significativa de SO2.
            Das actividades humanas que produzem SO2 destacam-se a extracção dos metais Zn, Pb, Cu e Ni, a partir dos seus minérios sulfurosos e a combustão dos combustíveis fósseis, principalmente o carvão, nas centrais termoeléctricas.
             Os óxidos de azoto formam-se sobretudo durante a combustão nos motores de automóveis e centrais térmicas. A elevadas temperaturas os óxidos de azoto são oxidados a pentóxido de diazoto (N2O5) que em solução aquosa, forma o ácido nítrico (HNO3).
NOx→ N2O5  -  4NO + 3O2 → 2 N2O5
               -  4NO2 + O→ 2 N2O5
                                         N2O5 + H2O → 2 HNO3
            O dióxido de enxofre é oxidado a trióxido de enxofre que, reagindo com a água, forma o ácido sulfúrico.
SO2 + 1/2O  → SO3
SO3+ H2O → H2SO4
 
Figura - Formação das chuvas ácidas
Os efeitos das chuvas ácidas
            A chuva ácida tem repercussões negativas a vários níveis.
  • Os seres vivos são sensíveis à acidez
Está provado que os seres vivos que têm os seus habitats nos rios e nos lagos começam a morrer quando o pH cai abaixo de 5 e que as águas ácidas inibem o crescimento das plantas e a germinação das sementes. O pH de numerosos lagos canadianos é inferior a 3,5 e admite-se que metade dos lagos deste país estão biologicamente inertes.
  • As águas ácidas caem sobre as florestas e tornam os solos cada vez mais ácidos. As doenças das árvores, originadas por processo, têm aumentado significativamente.
  • A lixiviação dos solos pelas chuvas ácidas conduz à diminuição dos teores em iões Ca2+, Mg2+ e K+, necessários aos vegetais. Estes catiões são substituídos por iões H+, acidificando os solos.
  • Quando a chuva ácida é neutralizada pelos carbonatos que existem no solo, liberta iões Al3- de certas rochas e do solo. Estes iões são tóxicos, já que actuam sobre as guelras, dificultando a sua respiração.
  • A chuva ácida acelera a corrosão dos metais e produz a decomposição de monumentos, principalmente os que são feitos de calcário e mármore.
  • Os efeitos dos óxidos de azoto e de enxofre sobre a nossa saúde são também significativos. A dissolução de CO2 e SO2 na água que os órgãos respiratórios contêm provoca complicações respiratórias e pulmonares. Esta acidificação fragiliza os brônquios face a infecções microbianas. Mais graves são os efeitos do monóxido de carbono, pois este provoca asfixia, mesmo em teores muito baixos.
  • Figura - Efeito das chuvas ácidas em estátuas 
Controlo e Correcção das chuvas ácidas
            Os países mais desenvolvidos limitaram em grande parte os efeitos das chuvas ácidas através de imposições governamentais que exigem que a indústria reduza a emissão de gases que provocam as chuvas ácidas.
            Há três tipos de actuação que podem servir para diminuir os efeitos das chuvas ácidas:
  • redução da emissão de dióxido de enxofre
  • redução da emissão de óxidos de azoto
  • neutralização dos ácidos que caem sobre a superfície terrestre.
Redução da emissão do dióxido de enxofre
            A eliminação total da emissão de SO2 de origem antropogénica não é possível por razões económicas e técnicas. Pode, no entanto, conseguir-se uma redução significativa acrescendo pedra cal ou cal nos fornos onde se queima o combustível. O dióxido de enxofre formado reage com o carbonato de cálcio ou com a cal, formando sulfato de cálcio, que pode ser recuperado e posteriormente utilizado na construção civil.
            Este processo aumenta em cerca de 10% a 15% o consumo de energia eléctrica.
Redução da emissão dos óxidos de azoto
            Pode conseguir-se uma redução significativa da emissão de NOx controlando o processo de combustão nos motores dos veículos e nas centrais térmicas.
            A temperatura de combustão e a proporção ar-combustível são factores importantes para o controlo da formação dos óxidos de azoto.
            Os fornos das novas centrais térmicas têm em conta estes factores.
            Nos automóveis, os novos motores são desenhados de forma a produzirem menos NOx. Estes motores têm uma baixa relação combustível-ar e integram no seu sistema de escape catalisadores que reduzem os óxidos de azoto.
publicado por wannabescientists às 20:47

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