UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM UFAM FACULDADE DE TECNOLOGIA – FT FT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
CIÊNCIAS DO AMBIENTE
MANAUS - AMAZONAS 2015
CAIO VASCONCELOS JEFTÉ ALVES MATHEUS FERNANDES PEDRO HENRIQUE RODRIGO MEIRELES TATIANNE DE ARAÚJO GOMES
CICLO DO OXIGÊNIO
Trabalho apresentado a disciplina de Ciências do Ambiente, do curso de Engenharia Mecânica, ministrada pela professora Lilyanne Garcez, na Universidade Federal do Amazonas como requisito parcial para obtenção de nota no 8° período.
MANAUS - AMAZONAS 2015
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 ...................................................................................................................................... 6 Figura 2 ......................................................................................................................................7 Figura 3 ......................................................................................................................................8 Figura 4 ...................................................................................................................................... 9 Figura 5 ..................................................................................................................................102 Figura 6 ..................................................................................................................................113 Figura 7 ..................................................................................................................................123
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 4 1 Oxigênio ..................................................................................................................................5 2 O ciclo do Oxigênio ................................................................................................................ 6 3 Alterações no Ciclo do Oxigênio ........................................................................................... 8 3.1 Destruição da Camada de Ozônio .....................................................................................9 3.1.1 Os Clorofluorcarbonos (CFCs) e a Camada de Ozônio ................................................. 9 3.2 Protocolo de Montreal .................................................................................................... 10 3.2.1 Outras Alternativas ...................................................................................................... 11 3.2.2 Recuperação da Camada de Ozônio ............................................................................ 12 4 Aplicações do Oxigênio ....................................................................................................... 12 CONCLUSÃO ......................................................................................................................... 15 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................16
4
INTRODUÇÃO O oxigênio é o elemento mais abundante na crosta terrestre e nos oceanos, e o segundo na atmosfera. É um elemento vital para a vida na terra pois todos os seres aeróbicos precisam dele para realizar a respiração, e também na forma de ozônio, compõe a camada de ozônio protegendo a terra dos raios ultravioletas, além de ser utilizado em diversos ramos industriais e ter aplicações importantes em diversos processos. Entender seu ciclo é de suma importância, pois podemos assim prevenir certas intervenções que possam provocar desequilíbrios no mesmo, provocando assim, diversos problemas para o nosso meio ambiente.
5
1 Oxigênio O oxigênio é o elemento mais abundante na superfície da Terra; como elemento livre ele constitui cerca de 23% da atmosfera, em massa, e 46% da litosfera, e mais do que 85% da hidrosfera. Paradoxalmente, ele é o elemento mais abundante da superfície da Lua onde, em média, 3 em cada 5 átomos são de oxigênio (44,6% em massa). O oxigênio tem uma variedade alotrópica, o ozônio, O3. Esta forma alotrópica do oxigênio tem grande importância na manutenção da vida na Terra uma vez que a sua presença na camada gasosa que envolve o nosso planeta ajudar a filtrar grande parte das radiações ultravioletas que nos atingiriam de forma catastrófica. Certos poluentes que atingem grandes altitudes, catalisam a destruição do ozônio, interferindo nesse processo de proteção; entre estes destruidores de ozônio estão certos compostos orgânicos fluorclorados empregados em compressores de ar-condicionado e geladeiras, assim como, ao que tudo indica, gases expelidos pelos jatos e foguetes espaciais. Enquanto em grandes altitudes o ozônio tem um papel predominantemente protetor, na baixa atmosfera onde vivemos ele cumpre o papel de um importante poluente: grande parte dos acidentes de carros é atribuída às falhas de pneus que sofrem com o ataque do ozônio que reage com as ligações duplas dos polímeros reduzindo o comprimento da sua cadeia e alterando a sua resistência. No ar ele danifica os tecidos da pele e dos pulmões levando lentamente a doenças próprias dos grandes centros urbanos poluídos. O oxigênio sólido, ou líquido, é azul-claro. É importante notar que esta cor azul do sólido deve-se a uma transição eletrônica (entre o estado fundamental triplete e estados excitados singletes). Por outro lado, a cor azul do céu deve-se ao espalhamento do tipo Rayleigh da luz solar pelas moléculas de oxigênio do ar. Cerca de 70% do oxigênio usado comercialmente é para remover o excesso de carbono dos aços. Na medicina o seu uso mais comum é na produção de ar enriquecido de O2 para uso médico. Grande parte do O2 é usado em soldas de metais com os maçaricos de oxihidrogênio e oxiacetileno. No entanto, cerca de 3/4 do oxigênio puro produzido é para o preparo de outras substâncias. Industrialmente, o oxigênio puro é preparado pela destilação fracionada do ar liquefeito, e assim o é também no Brasil.
6
2 O ciclo do Oxigênio
Figura 1: Ciclo do Oxigênio Fonte:http://hidro.ufcg.edu.br/twiki/pub/CADayse/MaterialDaDisciplina/Aula6_Ciclos.pdf
O ciclo do oxigênio se encontra intimamente ligado com o ciclo do carbono, uma vez que o fluxo de ambos está associado aos mesmos fenômenos: fotossíntese e respiração . Os processos de fotossíntese realizada por plantas, algas e algumas bactérias liberam oxigênio para a atmosfera, enquanto os processos de respiração e combustão o consomem. Embora as plantas consumam parte deste oxigênio em sua própria respiração a quantidade de oxigênio produzida pela fotossíntese pode ser 30 vezes maior do que a consumida. As algas, organismos autotróficos, dispostos na superfície oceânica (compondo o fitoplâncton), consomem o gás oxigênio dissolvido na água para a sua respiração e liberam através do processo fotossintético cerca de 70 a 90% do oxigênio contido na atmosfera. Recebendo, portanto, a denominação de pulmão do mundo.
7
As algas ainda levam a vantagem de ocupar uma área bem maior que as árvores, afinal, 70% do planeta é coberto de água e todos os oceanos são habitados por algas microscópicas produtoras de oxigênio As espécies mais simples, as algas azuis, lançaram oxigênio na atmosfera primitiva da Terra há 3,5 bilhões de anos. Se isso não tivesse acontecido, plantas e animais nunca teriam surgido Este foi um dos fatores que possibilitou o surgimento de todas as formas de vida que temos hoje no planeta e o principal repositor de oxigênio para a atmosfera.
Figura 2: Fotossíntese realizada pelas algas Fonte:http://www.todamateria.com.br/ciclo-do-oxigenio/
Outra forma de produção do oxigênio é a fotólise: reação pela qual a radiação ultravioleta que entra na atmosfera decompõe a água atmosférica em óxido de azoto. 2H2O + energia --> 4H + O 2
8
O principal meio de consumo do oxigênio é por meio da respiração dos seres vivos. As plantas utilizam o oxigênio para realizar a fotossíntese como já foi referido e os animais o utilizarão em seu metabolismo. {CH2O} + O2 --> CO2 + H2O Outra forma de consumo do oxigênio é a decomposição da matéria orgânica e a oxidação de minerais em exposição. Um exemplo de oxidação é a ferrugem. O oxigênio também é um gás comburente, ou seja, alimenta combustões.
Figura 3: Resumo do ciclo do oxigênio
3 Alterações no Ciclo do Oxigênio O acúmulo de gás carbônico na atmosfera, gerado principalmente pela queima de combustíveis fósseis, pelo desmatamento, pavimentação de terras anteriormente verdes e a utilização de CFC’s, contribui para o Aquecimento Global através do
Efeito Estufa.
9
Figura 4: Efeito estufa Fonte: http://www.mundoeducacao.com/quimica/oxidos-efeito-estufa.htm
3.1 Destruição da Camada de Ozônio Infelizmente o homem vem produzindo substâncias que destroem a camada de ozônio, tornando-a fina, em alguns lugares do mundo, principalmente sobre as regiões próximas ao Polo Sul e Polo Norte. Das substâncias prejudiciais se encontram o grupo:
Gases clorofluorcarbonos (CFCs) - os mais perigosos;
Dos óxidos nítricos e nitrosos - expelidos pelos exaustores dos veículos;
Dióxido de Carbono (CO²), produzido pela queima de combustíveis fósseis (como o carvão e o petróleo).
3.1.1 Os Clorofluorcarbonos (CFCs) e a Camada de Ozônio Os CFCs são usados como propelentes em aerossóis, como isolantes em equipamentos de refrigeração e na produção de materiais plásticos. Depois de liberados no ar demoram cerca de oito anos para chegar à estratosfera que, atingidos pela radiação ultravioleta se desintegram e liberam cloro. O cloro reage com o ozônio, que logo depois é transformado em oxigênio (O2). Porém, o oxigênio não tem a capacidade de proteção como o ozônio. Cada átomo de cloro de CFC pode destruir 100 mil moléculas de oxigênio.
10
A destruição da camada de ozônio permite a entrada dos raios UV, contribuindo para:
O aquecimento global;
A redução da fotossíntese;
A destruição dos fitoplânctons, provocando desequilíbrio nos ecossistemas aquáticos;
O aumento dos casos de câncer de pele.
Quando os CFCs começaram a ser utilizados, houve um marco na história da indústria, e supostamente, achavam que eles não interagiam com outras substâncias, ou seja, eram inertes. Mas, na década de 80, descobriu-se que ele era inerte apenas na superfície, e ao chegar na alta atmosfera, tinha um efeito devastador. A partir desse momento, diversos estudos foram feitos com base nos satélites e descobriu-se que os efeitos eram imediatos e as consequências gravíssimas para o planeta terra. No Brasil, a camada de ozônio ainda não chegou a perder nem 5% do seu tamanho original, pois a produção de CFCs sempre foi muito baixa, diferentemente dos países da Europa, os maiores produtores. Os EUA, Europa, norte da China e Japão, já perderam 6% da proteção do ozônio. Desde 1 de janeiro de 2010, foi proibida a produção dos CFCs no mundo. 3.2 Protocolo de Montreal O Protocolo de Montreal foi um tratado feito internacionalmente, com o objetivo de fazer os países se comprometerem a acabar e substituir o uso do CFCs e de outras substâncias que contribuem para a destruição da camada de ozônio. O tratado ficou aberto para adesão a partir do dia 16 de setembro de 1987, e entrou em vigor no dia 1º de janeiro de 1989. Mais de 150 países aderiram ao protocolo e estipulou-se 10 anos para que diminuíssem de forma significante ou acabassem com o uso das substâncias. Foi um acordo internacional muito bem sucedido e em comemoração, a ONU declarou dia 16 de setembro como o Dia Internacional para a Preservação da Camada de Ozônio. Segundo o ranking divulgado pela Divisão de Estatística das Nações Unidas, atualmente o Brasil é o quinto país que mais reduziu o consumo de CFCs após o protocolo. Na nossa frente, estão: a Rússia, o Japão, os Estados Unidos e a China.
11
Um dos problemas para se alcançar a máxima redução do uso de CFC são as pequenas indústrias que não possuem capacidade financeira para se adaptar ao que foi proposto no protocolo, além dos governos que não investem em projetos e medidas de redução e também não fiscalizam as empresas e indústrias. 3.2.1 Outras Alternativas Após o tratado, estudos e pesquisas se intensificaram com o objetivo de descobrir uma forma de substituir o CFC, e o proposto foi o uso de uma mistura do butano com propano, uma forma significativamente mais barata e que substitui completamente o CFC. Outra alternativa encontrada foi o uso de HCFC, um “CFC melhorado ecologicamente”,
que combina características físicas e químicas com alta eficiência volumétrica, e pode ser usado em aplicações civis de refrigeração. Porém, é um gás que está sob observação de seus efeitos, pois ainda tem em sua molécula um átomo de cloro, que mais cedo ou mais tarde também pode atacar a camada de ozônio, porém com menos agressividade que o CFC. Para converter ou substituir um equipamento operado com CFC foram criados dois tipos de refrigerantes alternativos: HCFC’s e HFC’s.
HCFC - Alguns átomos de cloro são substituídos por hidrogênio (Exemplo: R-22). Utilização: ar condicionado de janela, split, self, câmaras frigoríficas etc.
HFC - Todos os átomos de cloro são substituídos por hidrogênio (Exemplo: R-134a, R404A, R-407C etc.). Utilização: ar condicionado automotivo, refrigeração comercial, refrigeração doméstica (refrigeradores e freezers), etc.
HFC - R-134a O R-134a (Tetrafluoretano) tem propriedades físicas e termodinâmicas similares ao R-12. Possui potencial de destruição do ozônio (ODP) igual a zero (devido a ausência de cloro). Devido ao menor tempo de vida na atmosfera (16 anos contra 120 anos para o R12), apresenta uma redução no potencial de efeito estufa de 90% comparado ao R-12.
12
Figura 5: Tipos de Refrigerantes
3.2.2 Recuperação da Camada de Ozônio Alguns anos após o acordo do Protocolo de Montreal já começaram a aparecer evidências da queda acentuada no nível de emissões globais das substâncias prejudiciais para a camada de ozônio. Mas em determinadas épocas essa queda não ocorreu, o que deixa claro o uso dos CFCs em alguns países mesmo depois do acordo. Porém, nos últimos 10 anos a velocidade de destruição vem diminuindo e pesquisas prevêem que por volta de 2065 ela estará recuperada.
4 Aplicações do Oxigênio A principal utilização do oxigênio é como oxidante devido à sua elevada eletronegatividade superada somente pela do flúor. Por isso, o oxigênio líquido é usado como comburente nos motores de propulsão dos foguetes, apesar de que nos processos industriais o oxigênio para a combustão é obtido diretamente do ar. Outras aplicações industriais são na soldagem, como no processo de soldagem a gás, e na fabricação de aço e metanol.
13
Figura 6: Processo de soldagem a gás – Oxi-Acetileno Fonte: TANIGUCHI, Célio; Okumura, Toshie, Engenharia de Soldagem e Aplicações
É utilizado também em um processo chamado Oxi-corte, onde é utilizado oxigênio puro para efetuar corte em metais resistentes a oxidação.
Figura 7: Processo de Corte em metais utilizando oxigênio – Oxi-corte Fonte: TANIGUCHI, Célio; Okumura, Toshie, Engenharia de Soldagem e Aplicações
A medicina usa o oxigênio administrando-o como suplemento em pacientes com dificuldades respiratórias Também é engarrafado para ser respirado em diversas práticas desportivas como, por exemplo, o submarinismo ou em atividades profissionais para acessar a locais de pouca ou nenhuma ventilação ou em atmosferas contaminadas. O oxigênio provoca uma resposta de
14
euforia quando inalado. No século XIX era utilizado misturado com o óxido nitroso como analgésico. Atualmente, esta mistura ressurgiu para evitar a dor em tratamentos dentários. O Oxigênio-15, radioativo com emissão de pósitron é usado no exame PET do cérebro em medicina nuclear.
15
CONCLUSÃO
A importância do oxigênio para a vida na terra é fundamental. Através desse trabalho, entendemos como funciona o seu ciclo, nas etapas de produção e consumo. Entendemos também que qualquer intervenção humana, provoca desequilíbrios no ciclo, como por exemplo a produção excessiva de gás carbônico através das queimadas, prejudicando por exemplo a camada de ozônio, que por sua vez não consegue desempenhar seu papel de proteger a terra de forma eficiente dos raios ultravioletas, causando diversos problemas, como o aquecimento global, que faz com que haja a redução de fotossíntese, destruição do fitoplâncton, etc. O equilíbrio desse ciclo biogeoquímico precisa ser preservado, pois a vida na terra depende do oxigênio.
16
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
TANIGUCHI, Célio; Okumura, Toshie, Engenharia de Soldagem e Aplicações Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1978 PEIXOTO, Eduardo Motta Alves. Química Nova Na Escola. Elemento Químico. N° 7, MAIO 1998
Ciclos Biogeoquímico . Disponível em: < http://www5.iqsc.usp.br/>. Acesso em: 4 novembro 2015. Ciclos. Disponível em: < www.ufpi.br > Acesso em: 4 novembro 2015 Aula 6, Ciclos. Disponível em: < http://hidro.ufcg.edu.br/> Acesso em: 4 novembro 2015 Biogeoquimicos. Disponível em: < http://icb.ufmg.info> Acesso em: 4 novembro 2015
