O AR QUE RESPIRAMOS

Muitas vezes pensamos que o ar que respiramos é oxigênio puro. Mas, na realidade, o ar é formado por uma mistura gasosa. Os principais gases do ar são ooxigênio e o nitrogênio. Sem contar ainda que existem outros gases, e também os poluentes que estudaremos a seguir. Durante o processo respiratório, tanto o homem como os animais consomem o oxigênio do ar  e eliminam gás carbônico para a atmosfera. Os gases são formados por partículas muito pequenas, portanto, numa mistura gasosa, temos uma mistura homogênea, o que chamamos de solução. Apesar de o oxigênio ser muito importante para a vida no planeta, a substância que encontramos em maior quantidade no ar atmosférico é o nitrogênio. No ar encontramos aproximadamente a seguinte concentração entre os diversos gases:

Vamos conhecer um pouco mais de cada um dos componentes do ar:

Oxigênio

  Quando respiramos, o ar entra nos pulmões, e depois o oxigênio se liga ao sangue, sendo transportado para todo o organismo. O oxigênio é conhecido e utilizado há muito tempo. Ele é de grande importância para a vida, participando da formação de compostos como a água (H₂O) ou gás oxigênio (O₂). Apesar de toda a sua importância, a identificação do oxigênio ocorreu no século  XVIII e foi atribuída a Joseph Priestley, em 1774; no entanto, há muita polêmica quanto a este assunto, pois Antoine Lavoisier também obteve o gás que Priestley inicialmente obteve a partir do óxido de mercúrio que, por sua vez, foi obtido da calcinação do metal. Priestley, no início, não sabia que havia descoberto o oxigênio; acreditava que havia obtido o óxido nitroso. E foi Lavoisier que mostrou que o gás produzido no tratamento do óxido de mercúrio com ácido nítrico, seguido da decomposição do nitrato por calor, era oxigênio. O seu nome foi dado por Lavoisier, chamando-o de princípio acidificante, ou do grego, principe oxygine. O oxigênio ocorre livre nanatureza, na forma de gás oxigênio (O₂) e gás ozônio (O₃) e combinado com diversos outros elementos, formando compostos tais como: óxidos, nitratos, carbonatos, proteínas, carboidratos, entre tantos outros. O gás oxigênio é muito importante na respiração de muitos seres vivos, além de ser usado como comburente. Já o ozônio tem grande importância na chamada camada de ozônio, responsável por “filtrar” (absorver) os raios ultravioletas provenientes do Sol. Ele também é usado como desinfetante e em reações orgânicas. O oxigênio é um gás que, além de participar do processo de respiração, tem a propriedade de participar do processo de queima e enferrujamento de metais, tendo grande facilidade de ligar-se a metais como o Ferro, o alumínio, etc.  No momento em que o oxigênio se liga ao metal, dizemos que esse metal sofreu oxidação.

Nitrogênio

Apesar de estar em grande quantidade no ar atmosférico, o nitrogênio não participa da combustão e nem da respiração. Como ele não é aproveitado, sai juntamente com o gás carbônico na expiração. Apesar do nitrogênio não participar do processo respiratório, ele tem outras utilidades; na terra existem bactérias que transformam o nitrogênio em substância que se dissolvem na água e podem ser aproveitadas pelas plantas, animais e homem. Além de estar no ar atmosférico, o nitrogênio é importante para os seres vivos porque faz parte de muitos compostos que formam o nosso corpo e o de outros seres vivos. Sabemos que os compostos orgânicos têm nitrogênio porque, ao serem aquecidos com hidróxido de cálcio, forma-se a amônia, que pode ser reconhecida simplesmente pelo cheiro. O DNA, responsável pela transmissão das características hereditárias do ser humano, também é uma substância que contém nitrogênio na molécula. O DNA é formado por milhões de átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. O nitrogênio também é importante na agricultura, pois as plantas precisam muito dele. Como elas não conseguem absorver o nitrogênio diretamente do ar, a indústria química produz amônia (NH₃), uma substância que é utilizada para produzir adubos. O nitrogênio tem a característica de não se modificar facilmente, ou seja, ele é muito estável, difícil de se transformar. Por isso, muitas vezes ele é utilizado para proteger uma substância do contato com o oxigênio do ar. Em razão da sua baixa reatividade, ele é utilizado como atmosfera inerte em tanques de armazenamento de líquidos explosivos, na fabricação de aço inoxidável e durante a fabricação de componentes eletrônicos(transistores, diodos, circuitos integrados, etc.). O nitrogênio líquido, obtido pela destilação do ar líquido, se usa em criogenia, já que na pressão atmosférica condensa a -195,8 ºC. Outra aplicação importante é o seu uso como refrigerante, para o congelamento e transporte dealimentos, conservação de corpos e células de quaisquer amostras biológicas. Argônio Outra substância que encontramos no ar é oargônio, que, como o nitrogênio, não entra no processo de respiração. O argônio é um gás nobre e o mais abundante em nosso planeta. Como já estudamos, os gases nobres têm a característica de se encontrarem isolados na natureza, ou seja, seus átomos não realizam ligações químicas espontaneamente. É usado no enchimento de lâmpadas incandescentes para evitar o contato do filamento de tungstênio quando em alta temperatura com oxigênio do ar. Quando se acende uma lâmpada incandescente, o filamento de tungstênio pode alcançar temperaturas superiores a 2000°C. O argônio é empregado em espectroscopia de absorção atômica, pois é utilizado como gás de enchimento em contador de radiação e em lâmpada de catodo oco.

Dióxido de Carbono ou Gás Carbônico

O gás carbônico, além de ser um componente natural do ar atmosférico, é resultado da expiração dos animais. Durante o processo de fotossíntese, as plantas absorvem o gás carbônico do ar e liberam o oxigênio. Apesar de não ser um poluente, o seu excesso na atmosfera pode trazer conseqüências como o efeito estufa (visto no capítulo 8).

Poluição do Ar

Com o progresso da ciência e a revolução industrial a partir do século XIX, ocorreu cada vez mais a necessidade de utilização de máquinas. Com esse progresso, houve também um aumento da necessidade de energia para a movimentação de todas essas máquinas, do transporte individual e coletivo, aparelhos eletrodomésticos, iluminação e outros confortos do mundo moderno. No Brasil, a energia é proveniente praticamente das usinas hidroelétricas e alguns veículos já utilizam o álcool; porém, em todo o mundo é grande a utilização de combustíveis fósseis: petróleo, carvão mineral e gás natural (metano). A queima de todo esse combustível fóssil libera para atmosfera o gás carbônico (dióxido de carbono) que, como já estudado, é o grande vilão do Efeito Estufa. Mas a queima de todo esse combustível fóssil não libera apenas gás carbônico, outros poluentes também são lançados na atmosfera, como: Dióxido de Enxofre (SO₂), Dióxido de Nitrogênio (NO₂), Monóxido de Carbono (CO), Ozônio (O₃) e Material Particulado (MP), tendo este último três indicadores a saber: Partículas Totais em Suspensão (PTS), Partículas Inaláveis (PI) e a Fumaça. No estado de São Paulo, o ar é monitorado pela CETESB (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental); ela utiliza de tabelas que você acompanha abaixo para medir a qualidade do ar:

O ar é composto de vários gases, sendo que os principais são o nitrogênio e o oxigênio

O ar, também conhecido por atmosfera, é uma parte extremamente importante do meio ambiente, tanto do ponto de vista biológico quanto do químico, sendo responsável em grande parte pela manutenção da vida na Terra. A composição da atmosfera depende não só das condições iniciais de sua formação, mas também dos processos físicos e químicos contínuos, que permanecem se desenvolvendo e que podem acrescentar ou retirar gases dela.

Mas, basicamente, a composição atual do nosso ar é de 78% do volume em massa de gás nitrogênio (N₂), 21% de gás oxigênio e 1% de outros gases, principalmente o gás nobre argônio (Ar), que está presente em uma porcentagem de quase 1%, e o dióxido de carbono (CO₂), com cerca de 0,035%. Além disso, um componente variável muito importante da atmosfera é o vapor de água. Existem também vários gases poluentes, sobre os quais falaremos mais adiante.

Composição média do ar

* Nitrogênio: Muitas pessoas pensam que o oxigênio é o principal componente da atmosfera; mas, na realidade, o nitrogênio, na forma de sua molécula diatômica (N₂ → N ≡ N), está presente em uma proporção bem maior do que qualquer outro gás.

Ele é importante porque constitui as proteínas e o DNA dos seres vivos, sendo obtido da atmosfera. Mas, para tal, é preciso que ele passe por um processo chamado de fixação de nitrogênio, pois as plantas e os animais não conseguem utilizá-lo diretamente. Essa fixação é qualquer processo que transforme o N₂ da atmosfera em outros compostos do nitrogênio.

Na termosfera (altitude maior que 90 km), o N₂ pode ser fotolizado ou ionizado, mas é extremamente estável nas outras partes da atmosfera.

* Oxigênio: É o segundo maior componente do ar, mas é o mais importante para a manutenção da vida, pois está presente no processo de respiração dos humanos e animais. Além disso, ele é necessário para as muitas reações de combustão que produzem energia, propicia o preparo de alimentos, permite o funcionamento de indústrias onde são produzidos fármacos e muitos produtos necessários para nossas vidas, contribui para o aquecimento e iluminação e assim por diante.

Para o oxigênio atingir a composição de 21% de volume em massa do ar foi necessário 1,5 bilhão de anos, tendo em vista que praticamente todo oxigênio do ar é resultado da fotossíntese das plantas.

O oxigênio passa também por reações importantes na atmosfera, sendo que a principal é a que forma a camada de ozônio na estratosfera. A radiação UV do Sol causa a decomposição do gás oxigênio, formando oxigênio livre que reage, em uma segunda etapa, com o gás oxigênio:

1ª etapa: O_2(g) → 2 O_(g)

2ª etapa: O_(g) + O_2(g) → 1 O_3(g)

Formam-se, então, um equilíbrio químico na camada de ozônio:

2 O_2(g) ↔ 1 O_3(g) + O_(g) ∆H = + 142,35 kJ/mol

Infelizmente, o ser humano lançou ao longo do tempo alguns compostos poluentes que deslocaram esse equilíbrio no sentido de decomposição do ozônio, diminuindo a sua concentração na estratosfera e deixando o planeta mais desprotegido. Entre esses gases lançados na atmosfera estão os CFCs ((Clorofluorcarbonetos, também conhecidos como Fréons®), que são compostos formados por átomos de carbono, flúor e cloro. Os CFCs são lançados na atmosfera principalmente pelo seu uso como propelente de aerossóis (sprays), em geladeiras e refrigeradores, como agente expansor de plásticos e em solventes para limpar circuitos eletrônicos.

* Dióxido de carbono: O dióxido de carbono possui ocorrência natural na atmosfera, sendo proveniente da respiração de seres vivos e de erupções vulcânicas. Sua presença é importante porque ele é o principal gás do efeito estufa que mantém o clima terrestre ameno, sem grandes variações, permitindo que a vida se mantenha.

Porém, a concentração do dióxido de carbono na atmosfera vem crescendo cada vez mais, sendo proveniente também das reações de combustão completas, tais como as dos combustíveis fósseis.

* Argônio: A sua maior parte vem do decaimento radioativo de um isótopo do potássio, o potássio-40, em minerais que o contêm. Assim, o gás argônio produzido vai migrando lentamente das rochas para a atmosfera. Ele e outros gases nobres que estão presentes também em menor quantidade no ar são todos inertes.

* Vapor de água: A sua concentração é variável, sendo proveniente da evaporação de rios, lagos, mares, da água do solo, de dejetos, como urina e fezes, da transpiração das plantas e da respiração dos seres vivos. A umidade do ar é importante para uma melhor respiração, bem como para a formação de nuvens.

Um aspecto preocupante do aquecimento global é que ele provoca uma maior evaporação das águas, o que aumenta a concentração de vapor de água no ar.

As atividades humanas, principalmente nos últimos 150 anos, vêm causando modificações nas porcentagens de gases presentes no ar. A poluição causada pelo ser humano resulta em muitos outros gases lançados no ar, tais como outros gases-estufa, como o monóxido de carbono (CO), os óxidos de enxofre (SO₂ e SO₃), os óxidos de nitrogênio (NO e NO₂), alguns hidrocarbonetos, como o metano e os HPAs (hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, que são cancerígenos), além de macromoléculas sólidas e líquidas, como a fuligem. A maioria deles vem da combustão incompleta de combustíveis fósseis como o carvão e os derivados do petróleo.

Poluição atmosférica causada por queima de combustíveis fósseis em fábrica

Esses gases, além de intensificarem o efeito estufa, levando ao aquecimento global, também podem causar outros problemas ambientais. É o caso, por exemplo, dos óxidos de enxofre e nitrogênio que reagem com a água e causam a chuva ácida.

Por Jennifer Rocha Vargas Fogaça