Questão 3 Unicamp 2021 - 2ª fase - dia 2 - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 3

Poluição Atmosférica Ecossistemas aquáticos Reações Inorgânicas Chuva ácida

Um estudo monitorou o impacto das medidas de isolamento social na qualidade do ar em áreas urbanas da cidade de São Paulo (Marginal Tietê, Marginal Pinheiros e Centro). O monitoramento diário da composição do ar entre24 de março e20 de abril de 2020 detectou uma redução das concentrações de monóxido de carbono (CO), monóxido de nitrogênio (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2) de aproximadamente 53%, 66%e44%, respectivamente, em comparação com os valores médios registrados no mês de abril nos anos de 2015 a 2019.

(Adaptado de L. Y. K. Nakada e R. C. Urban. Science of the Total Environment, Amsterdam, v. 730, 139087, ago. 2020.)

a) Explique a relação entre a produção de CO e a utilização de veículos automotores movidos a combustível de origem fóssil. Descreva um benefício ambiental do Programa Nacional do Álcool (Proálcool) para o Brasil.

b) A água da chuva é uma combinação da composição química das gotículas que formam as nuvens e das substâncias que se incorporam às gotas de chuva durante a precipitação. Explique como um dos poluentes citados no enunciado pode levar à formação de precipitação ácida. Indique e explique um prejuízo da precipitação ácida para o ecossistema aquático.

Resolução

a) Os produtos da combustão completa dos hidrocarbonetos (C_xH_y) dos combustíveis derivados do petróleo são CO₂ e H₂O. Neste processo a quantidade de O₂ disponível é suficiente para a oxidação total de todo o carbono da cadeia dos hidrocarbonetos. No entanto, nas condições reais dos motores de automóveis, a oferta de O₂é insuficiente para garantir apenas a ocorrência da combustão completa, ocorrendo também a incompleta. Nesse processo químico a falta de O₂, que é considerado o comburente, pode levar à formação de monóxido de carbono, o CO, um gás perigoso que pode provocar intoxicação e morte por asfixia. A qualidade do combustível, bem como o estado de conservação e regulagem dos motores e de outros componentes mecânicos relacionados, podem interferir na quantidade de CO produzido, colaborando com a quantidade de CO liberado e a qualidade do ar.
Os combustíveis derivados do petróleo, ao sofrerem combustão, adicionam carbono na atmosfera, na forma de CO e CO_2. Esse carbono estava anteriormente na cadeia dos hidrocarbonetos do petróleo, que se formou ao longo de milhões de anos. O fluxo do carbono em direção à atmosfera tem sido muito maior do que o retorno às estruturas biológicas, pela fotossíntese, criando um problema crescente, como a intensificação do efeito estufa do planeta.
O Programa Nacional do Álcool (Proálcool) incentivou o uso de etanol como combustível alternativo aos de origem fóssil de modo que o benefício ambiental do programa para o ambiente está na fonte desse tipo de combustível.
A atividade fotossintética das plantas promove o sequestro do carbono da atmosfera, em forma de CO₂, fixando-o na glicose segundo a equação química global do processo:

$6 C O_{2 (g)} + 6 H_{2} O_{(l)} \overset{l u z}{\to} C_{6} H_{12} O_{6 (a q)} + 6 {O_{2}}_{(g)}$

O álcool é produzido a partir da fermentação da cana de açúcar e o carbono ali presente é justamente aquele que formava a molécula da glicose antes da fermentação, conforme descrito pela equação química da fermentação alcoólica

$C_{6} H_{12} O_{6 (a q)} \to 2 C_{2} H_{5} O H_{(l)} + 2 C O_{2 (g)}$

Dessa forma, podemos dizer que a combustão do álcool devolve à atmosfera o carbono que fora anteriormente sequestrado pela fotossíntese, configurando, portanto, um ciclo que, ao contrário dos combustíveis fósseis, contribui pouco para o aumento do saldo final de carbono atmosférico, o que faz do etanol um combustível renovável, uma vantagem notável da perspectiva ambiental.

b) Quando presente na atmosfera, o poluente NO₂ citado, em contato com o vapor d'água, sofre reação de hidratação segundo a equação química:

$N O_{2 (g)} + H_{2} O_{(g)} \to H N O_{2 (a q)} + H N O_{3 (a q)}$

Os ácidos formados sofrem ionização liberando íons H⁺:

$H N O_{2 (a q)} \to {H^{+}}_{(a q)} + N {O_{2}}^{-}_{(a q)} H N O_{3 (a q)} \to {H^{+}}_{(a q)} + N {O_{3}}^{-}_{(a q)}$

Assim, na precipitação, a chuva formada, devido à presença de íons H⁺, apresenta baixos valores de pH, o que caracteriza a chuva ácida. Esse fenômeno tem diversos efeitos negativos para os ecossistemas em geral, no entanto, conforme solicitado na questão, nos sistemas aquáticos a chuva ácida pode provocar uma redução da vida deste ecossistemas. Os efeitos iniciais podem ser descritos em termos de mudança de pH, que afetam diretamente organismos mais sensíveis, como as algas, prejudicando sua sobrevivência e reprodução. Considerando que as algas são a base da cadeia alimentar aquática, espera-se que os efeitos na base afete a teia alimentar do ambiente em questão e seu entorno. A acidificação também pode desregular a solubilização de íons, alterando a concentração iônica e as características da água, afetando diretamente a sobrevivência e a reprodução de peixes, moluscos, anfíbios e outros seres que integram o sistema. Nessa ótica, podemos concluir que a chuva ácida é um dos fatores antrópicos que pode explicar a redução da biodiversidade e da complexidade que esses ecossistemas vêm sofrendo nas últimas décadas.