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Química do meio ambiente

Química do IGCSE · Tópico 10

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10:40

Química do Ambiente

Olhe para um copo d'água e o ar nesta sala. Ambos parecem limpos e simples. Mas a água natural carrega oxigênio dissolvido, minerais e, às vezes, esgoto e…

Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas

10.1

Água

Programa
Central Suplementar
1 Descreva testes químicos para a presença de água usando cloreto de cobalto(II) anidro e sulfato de cobre(II) anidro
2 Descreva como testar a pureza da água usando ponto de fusão e ponto de ebulição
3 Explique que a água destilada é usada em química prática em vez de água da torneira porque contém menos impurezas químicas
4 Afirme que a água de fontes naturais pode conter substâncias, incluindo: (a) oxigênio dissolvido (b) compostos metálicos (c) plásticos (d) esgoto (e) microrganismos nocivos (f) nitratos de fertilizantes (g) fosfatos de fertilizantes e detergentes
5 Afirme que algumas dessas substâncias são benéficas, incluindo: (a) oxigênio dissolvido para a vida aquática (b) alguns compostos metálicos fornecem minerais essenciais para a vida
6 Afirme que algumas dessas substâncias são potencialmente nocivas, incluindo: (a) alguns compostos metálicos são tóxicos (b) alguns plásticos prejudicam a vida aquática (c) o esgoto contém microrganismos nocivos que causam doenças (d) nitratos e fosfatos levam à desoxigenação da água e danos à vida aquática Detalhes do processo de eutrofização não são necessários
7 Descreva o tratamento do abastecimento doméstico de água em termos de: (a) sedimentação e filtração para remover sólidos (b) uso de carvão para remover sabores e odores (c) cloração para matar microrganismos

Fonte: Programa Cambridge International

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.

Dois testes de mudança de cor mostram que a água está presente: cloreto de cobalto azul para rosa e sulfato de cobre branco para azul; pontos fixos de fusão e ebulição de 0 e 100 graus mostram que é pura
Testes de mudança de cor mostram que a água está presente; pontos fixos de fusão e ebulição mostram que é pura

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.
Um fluxograma: sedimentação, depois filtração, depois passagem por carvão, depois cloração, resultando em água potável segura
A água torna-se segura para beber em etapas: assentar grandes partículas, filtrar, remover sabores com carvão, depois clorar
Explorar

Laboratório de tratamento de água

Classifique processos de água pelo que eles removem ou alteram.

10.2

Fertilizantes

Programa
Central Suplementar
1 Afirme que sais de amônio e nitratos são usados como fertilizantes
2 Descreva o uso de fertilizantes NPK para fornecer os elementos nitrogênio, fósforo e potássio para crescimento vegetal melhorado

Fonte: Programa Cambridge International

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.

Três cartões para NPK: N nitrogênio para crescimento de folhas e caules, P fósforo para raízes fortes, K potássio para flores e frutos
Fertilizantes NPK fornecem os três elementos que as plantas mais precisam: nitrogênio, fósforo e potássio
Explorar

Rota de laboratório de fertilizantes

Siga o nitrogênio das matérias-primas ao crescimento da cultura.

10.3

Qualidade do ar e clima

Programa
Central Suplementar
1 Afirme a composição do ar limpo e seco como aproximadamente 78% nitrogênio, $\text{N}_2$, 21% oxigênio, $\text{O}_2$ e o restante como uma mistura de gases nobres e dióxido de carbono, $\text{CO}_2$
2 Afirme a fonte de cada um desses poluentes do ar, limitado a: (a) dióxido de carbono da combustão completa de combustíveis contendo carbono (b) monóxido de carbono e particulados da combustão incompleta de combustíveis contendo carbono (c) metano da decomposição de vegetação e gases digestivos em animais (d) óxidos de nitrogênio de motores de carros (e) dióxido de enxofre da combustão de combustíveis fósseis que contêm compostos de enxofre
3 Afirme o efeito adverso desses poluentes do ar, limitado a: (a) dióxido de carbono: níveis mais altos de dióxido de carbono levando ao aumento do aquecimento global, que leva às mudanças climáticas (b) monóxido de carbono: gás tóxico (c) particulados: maior risco de problemas respiratórios e câncer (d) metano: níveis mais altos de metano levando ao aumento do aquecimento global, que leva às mudanças climáticas (e) óxidos de nitrogênio: chuva ácida, smog fotoquímico e problemas respiratórios (f) dióxido de enxofre: chuva ácida 7 Descreva como os gases de efeito estufa dióxido de carbono e metano causam o aquecimento global, limitado a: (a) a absorção, reflexão e emissão de energia térmica (b) reduzindo a perda de energia térmica para o espaço
4 Afirme e explique estratégias para reduzir os efeitos desses problemas ambientais, limitado a: (a) mudanças climáticas: plantio de árvores, redução da pecuária, diminuição do uso de combustíveis fósseis, aumento do uso de hidrogênio e energia renovável, ex.: eólica, solar (b) chuva ácida: uso de conversores catalíticos em veículos, redução das emissões de dióxido de enxofre usando combustíveis de baixo enxofre e dessulfurização de gases de chaminé com óxido de cálcio 8 Explique como os óxidos de nitrogênio se formam em motores de carros e descreva sua remoção por conversores catalíticos, ex.: $2\text{CO} + 2\text{NO} \rightarrow 2\text{CO}_2 + \text{N}_2$
5 Descreva a fotossíntese como a reação entre dióxido de carbono e água para produzir glicose e oxigênio na presença de clorofila e usando energia da luz
6 Afirme a equação verbal da fotossíntese, dióxido de carbono + água $\rightarrow$ glicose + oxigênio 9 Afirme a equação simbólica da fotossíntese, $6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$

Fonte: Programa Cambridge International

Uma usina liberando emissões
A queima de combustíveis fósseis polui o ar e altera o clima.

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 ($\text{CO}_2$).
Um gráfico de setores do ar seco e limpo: uma grande fatia de nitrogênio (78%), uma fatia de oxigênio (21%) e uma fatia fina para o restante (1%)
O ar limpo e seco contém cerca de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases (gases nobres e dióxido de carbono)

Poluentes do ar e suas fontes

Poluente Fonte principal
dióxido de carbono ($\text{CO}_2$) combustão completa 完全燃烧 de combustíveis contendo carbono
monóxido de carbono 一氧化碳 e partículas 颗粒物 combustão incompleta 不完全燃烧 de combustíveis contendo carbono
metano 甲烷 decomposição de plantas e gases residuais da digestão animal
óxidos de nitrogênio 氮氧化物 motores de carros
dióxido de enxofre queima de combustíveis fósseis 化石燃料 que contêm enxofre 硫

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.

O núcleo cerâmico em favo de mel retirado de um catalisador, mostrando milhares de pequenos canais
Dentro de um conversor catalítico há uma colmeia revestida com metais catalisadores; os muitos pequenos canais dão uma enorme área superficial

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.

A luz solar atravessa a atmosfera para aquecer a Terra, que emite calor; os gases de efeito estufa absorvem parte desse calor e o devolvem para baixo
Os gases de efeito estufa deixam a luz solar passar, mas retêm parte do calor que a Terra emite, então a Terra esquenta

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:

$$2\text{CO} + 2\text{NO} \rightarrow 2\text{CO}_2 + \text{N}_2$$

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:

$$6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$$
Explorar

Laboratório de poluentes do ar

Classifique gases do ar pela fonte e efeito ambiental.

Explorar

Rota de clima e qualidade do ar

Rastreie emissões traço da combustão aos efeitos atmosféricos.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
anhydrous/ænˈhaɪdrəs/ 无水 wú shuǐ
melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ 熔点 róng diǎn
boiling point/ˈbɔɪlɪŋ pɔɪnt/ 沸点 fèi diǎn
distilled water/dɪˈstɪld ˈwɔːtə/ 蒸馏水 zhēng liú shuǐ
impurities/ɪmˈpjʊərɪtiz/ 杂质 zá zhì
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ 氧气 yǎng qì
sewage/ˈsuːɪdʒ/ 污水 wū shuǐ
microbes/ˈmaɪkrəʊbz/ 微生物 wēi shēng wù
nitrates/ˈnaɪtreɪts/ 硝酸盐 xiāo suān yán
phosphates/ˈfɒsfeɪts/ 磷酸盐 lín suān yán
aquatic life/əˈkwætɪk laɪf/ 水生生物 shuǐ shēng shēng wù
minerals/ˈmɪnərəlz/ 矿物质 kuàng wù zhì
toxic/ˈtɒksɪk/ 有毒 yǒu dú
deoxygenation/diːˌɒksɪdʒəˈneɪʃn/ 缺氧 quē yǎng
sedimentation/ˌsedɪmənˈteɪʃn/ 沉降 chén jiàng
filtration/fɪlˈtreɪʃn/ 过滤 guò lǜ
carbon/ˈkɑːbən/ 碳 tàn
chlorination/ˌklɔːrɪˈneɪʃn/ 氯消毒 lǜ xiāo dú
fertilisers/ˈfɜːtəlaɪzəz/ 肥料 féi liào
nitrogen/ˈnaɪtrədʒn/ 氮气 dàn qì
phosphorus/ˈfɒsfɔːrəs/ 磷 lín
potassium/pəˈtæsɪəm/ 钾 jiǎ
noble gases/ˈnəʊbl ˈɡæsɪz/ 稀有气体 xī yǒu qì tǐ
complete combustion/kəmˈpliːt kəmˈbʌstʃn/ 完全燃烧 wán quán rán shāo
carbon monoxide/ˈkɑːbən mʌˈnɒksaɪd/ 一氧化碳 yī yǎng huà tàn
particulates/pəˈtɪkjʊleɪts/ 颗粒物 kē lì wù
incomplete combustion/ɪŋkəmˈpliːt kəmˈbʌstʃn/ 不完全燃烧 bù wán quán rán shāo
methane/ˈmiːθeɪn/ 甲烷 jiǎ wán
oxides of nitrogen/ˈɒksaɪdz ɒv ˈnaɪtrədʒn/ 氮氧化物 dàn yǎng huà wù
fossil fuels/ˈfɒsl ˈfjuːəlz/ 化石燃料 huà shí rán liào
sulfur/ˈsʌlfɜː/ 硫 liú
carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ 二氧化碳 èr yǎng huà tàn
greenhouse gases/ˈɡriːnhaʊs ˈɡæsɪz/ 温室气体 wēn shì qì tǐ
global warming/ˈɡləʊbl ˈwɔːmɪŋ/ 全球变暖 quán qiú biàn nuǎn
climate change/ˈklaɪmət tʃeɪndʒ/ 气候变化 qì hòu biàn huà
respiratory/rɪˈspɪrətəri/ 呼吸 hū xī
cancer/ˈkænsə/ 癌症 ái zhèng
acid rain/ˈæsɪd reɪn/ 酸雨 suān yǔ
photochemical smog/ˌfəʊtəʊˈkemɪkl smɒɡ/ 光化学烟雾 guāng huà xué yān wù
renewable energy/rɪˈnjuːəbl ˈenədʒi/ 可再生能源 kě zài shēng néng yuán
catalytic converters/ˌkætəˈlɪtɪk kənˈvɜːtəz/ 催化转化器 cuī huà zhuǎn huà qì
flue gas desulfurisation/fluː ɡæs diːˌsʌlfjʊəraɪˈzeɪʃn/ 烟气脱硫 yān qì tuō liú
calcium oxide/ˈkælsɪəm ˈɒksaɪd/ 氧化钙 yǎng huà gài
thermal energy/ˈθɜːml ˈenədʒi/ 热能 rè néng
photosynthesis/ˌfəʊtəʊˈsɪnθəsɪs/ 光合作用 guāng hé zuò yòng
chlorophyll/ˌklɔːrəʊˈfɪl/ 叶绿素 yè lǜ sù
glucose/ˈɡluːkəʊs/ 葡萄糖 pú táo táng
10.3

Dicas de prova

  • 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.

Aulas interativas sobre este tópico

Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.

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