Impacto ambiental causado por pilhas e similares

Além da tecnologia envolvida nos processos  de obtenção de energia elétrica, é importante atentar aos aspectos ambientais que estão relacionados às transformações que ocorrem com  os materiais usados nesses processos.  

Uma questão ambiental que tem sido bastante debatida é a do destino que se deve dar a  pilhas e baterias que não podem mais ser utilizadas. 

Alguns dos materiais metálicos que as compõem são tóxicos (compostos de chumbo,  cádmio e mercúrio) e podem contaminar o solo  e a água, causando problemas ao meio ambiente e, consequentemente, à saúde da população.

Para evitar esse tipo de problema, o Decreto no 99.274, de 6 de junho de 1990, obriga os fabricantes de pilhas e baterias a recolhê-las após o uso e a providenciar a reciclagem de seus componentes ou um descarte ambientalmente adequado. Para que essa medida seja mais efetiva,  é importante também que a população colabore não jogando pilhas usadas no lixo comum, mas encaminhando-as a locais onde os fabricantes  possam recolhê-las.

O custo energético para produzir metais  

No que se refere à utilização industrial dos processos de eletrólise, questões ambientais importantes estão relacionadas ao consumo de energia elétrica. 

No caso da produção de alumínio, por exemplo, são necessários de 14 kWh a 16 kWh para se produzir 1 kg do metal. Para se ter um parâmetro de comparação, 14 kW são suficientes para manter cerca de seis chuveiros  elétricos ligados durante uma hora. 

Esse elevado  consumo pode exigir que as fontes de energia elétrica de uma determinada região sejam diversificadas ou que o potencial de geração seja ampliado, podendo causar impactos significativos nos ecossistemas e na vida da população da região.

Conclusão  

Percebe-se, então, que tanto os processos que geram eletricidade com base nas transformações químicas (pilhas e baterias) quanto aqueles em que a corrente elétrica é utilizada para provocar transformações químicas (processos eletrolíticos) têm muitas aplicações tecnológicas e envolvem uma complexa problemática ambiental. 

O  estudo das transformações químicas envolvidas  nesses processos auxiliará na compreensão dessas questões e na reflexão sobre a importância  da adoção de posturas responsáveis relativas à preservação do meio ambiente.  

Elaborado por Isis Valença de Sousa Santos e Maria  Fernanda Penteado Lamas especialmente para o São Paulo faz escola.

Fonte:    

Material de apoio ao currículo do Estado de São Paulo: Caderno do Professor, Química, Ensino Médio, 2ª Série. São Paulo: SE, 2014. 

Eletrólise, a obtenção de metais e a indústria cloro-álcali

O alumínio é obtido da bauxita – minério de alumínio composto principalmente de óxidos de alumínio hidratados –, que, ao interagir com uma solução de soda cáustica, sofre transformações químicas, produzindo a alumina (Al2O3). 

Esse material é, então, submetido à eletrólise a altas temperaturas, produzindo o alumínio líquido,  que é recolhido do fundo das cubas eletrolíticas.

Esse processo foi patenteado em 1886 e chamado de Hall-Héroult. Nesse ano, Charles Hall  produziu alumínio pela primeira vez, a partir da  eletrólise da alumina dissolvida em um banho de  criolita fundida (Na3AlF6). Também nesse ano,  Paul Héroult desenvolveu e patenteou um processo semelhante a esse. Isso explica por que o processo recebeu o nome dos dois inventores.

Os minérios mais comuns utilizados na obtenção de cobre são a calcopirita (CuFeS2), a  calcosita (Cu2S), a azurita (CuCO3) e a cuprita  (Cu2O). Os minérios são triturados e passam  por processos de purificação; os produtos são submetidos a vários tratamentos térmicos para que se obtenha uma mistura que contém aproximadamente 98% a 99% de cobre metálico. 

Essa  mistura pode ser, então, novamente purificada, utilizando-se um processo eletrolítico no qual se  formará cobre com 99,98% de pureza.

A soda cáustica é uma importante matéria-prima industrial empregada no refino de óleos,  na produção de sabões e detergentes etc. Para  obtê-la, uma solução de água e sal (salmoura) é submetida a um processo de eletrólise que produz soda cáustica, gás cloro (Cl2) e gás hidrogênio (H2).

Elaborado por Isis Valença de Sousa Santos e Maria  Fernanda Penteado Lamas especialmente para o São Paulo faz escola.

Fonte:   

Material de apoio ao currículo do Estado de São Paulo: Caderno do Professor, Química, Ensino Médio, 2ª Série. São Paulo: SE, 2014. 

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Transformações químicas e eletricidade

Em nosso dia a dia, presenciamos muitos fenômenos que ocorrem com o envolvimento de eletricidade (os raios que caem em uma tempestade, o funcionamento de diversos eletrodomésticos ou a atração dos nossos cabelos por um pente plástico, quando os penteamos em um dia seco). 

Sabemos também que a corrente elétrica pode ser conduzida de diferentes formas através de diversos materiais (condutibilidade iônica ou eletrônica). Agora, poderíamos nos perguntar:  Como é possível obter energia elétrica?

Há muitas formas de se obter energia elétrica; por exemplo, por meio de pilhas e baterias. As baterias são usadas no funciona mento de celulares, computadores portáteis (laptops), automóveis, veículos elétricos, câmeras digitais, aparelhos auditivos, em aplicações aeronáuticas e em edifícios, geralmente empregadas em iluminação de emergência ou como unidades de potência auxiliar, caso do nobreak, dispositivo que fornece energia durante certo tempo após a queda do fornecimento pela rede.

Nesses casos, a obtenção de corrente elétrica se dá pela ocorrência de transformações químicas; para isso, normalmente são utilizados dois sólidos condutores associados a soluções aquosas condutoras ou a pastas feitas com base em  materiais iônicos.

Outra questão que poderia ser feita: Considerando que, nas pilhas, a corrente elétrica é  gerada a partir de transformações químicas, será que o contrário também ocorre, ou seja, será que  a corrente elétrica pode causar transformações  químicas?

A resposta a essa questão pode ser encontrada quando se estudam os processos de obtenção do alumínio, do cobre e da soda cáustica ou o revestimento de superfícies metálicas com outros metais (galvanoplastia). Nesses casos, ocorre o que chamamos de eletrólise, ou seja, a passagem de corrente elétrica causa transformações químicas.

Elaborado por Isis Valença de Sousa Santos e Maria  Fernanda Penteado Lamas especialmente para o São Paulo faz escola.

Fonte:  

Material de apoio ao currículo do Estado de São Paulo: Caderno do Professor, Química, Ensino Médio, 2ª Série. São Paulo: SE, 2014. 

Bateria de lítio

Há muitos aspectos que podem ser considerados ao analisar os pontos positivos e negativos de uma bateria. Durabilidade, quantidade de energia fornecida em relação à massa da bateria, custo, portabilidade, segurança e impactos ambientais associados ao seu descarte e à sua produção são alguns deles.

Por muito tempo, a bateria mais utilizada em aparelhos portáteis continha os metais níquel e cádmio. Porém, no início da década de 1990, surgiu uma bateria que apresentou vantagens sobre ela: a bateria de íon lítio.

Nela são utilizados compostos que contêm íons lítio e soluções condutoras não aquosas, constituídas por substâncias orgânicas, em recipientes selados. 

Tem-se, então, um sistema que possibilita uma recarga segura da bateria, associado a um fornecimento de energia considerado vantajoso. Os materiais utilizados possuem baixa densidade, o que possibilita uma relação energia/massa que é o dobro daquela apresentada por uma bateria de níquel-cádmio.

Em 1991, foi comercializada a primeira bateria de íon lítio. Avalia-se hoje que essas baterias não necessitam de manutenção frequente e não possuem o chamado “efeito memória” (como acontece com a bateria de níquel-cádmio), o que quer dizer que seu bom funcionamento não está condicionado ao fato de que a bateria precisa estar totalmente descarregada antes de ser submetida ao recarregamento.

Os custos ambientais relacionados ao seu descarte não são considerados altos, pois esse tipo de bateria não utiliza metais pesados, que são prejudiciais ao meio ambiente, como mercúrio, cádmio e chumbo.

Porém, há aspectos negativos que devem ser apontados. A corrosão do invólucro externo libera o solvente empregado, que é inflamável e tóxico, e, se o descarte da bateria não for feito de forma correta, pode ocasionar a contaminação do solo e da água. 

O custo dessa bateria ainda é considerado alto (cerca de 40% a mais do que o das baterias de níquel-cádmio).

Podemos concluir, então, que a escolha de qual bateria utilizar para cada aplicação deve ser orientada tanto por aspectos técnicos e econômicos quanto por questões relacionadas aos impactos ambientais decorrentes desses usos.

Elaborado por Isis Valença de Sousa Santos e Maria Fernanda Penteado Lamas especialmente para o São Paulo faz escola.

Fonte: 

Material de apoio ao currículo do Estado de São Paulo: Caderno do Professor, Química, Ensino Médio, 2ª Série. São Paulo: SE, 2014. 

Petróleo

O petróleo é uma fonte de materiais muito importante para a sociedade moderna por ser utilizado na produção de inúmeras matérias-primas e de diversos combustíveis.

É uma mistura menos densa do que a água, inflamável, de aspecto oleoso e de cor que pode variar desde o castanho até o preto, passando pelo verde.

Sua cor depende de sua composição e esta depende da sua região de origem.

Formação:

Acredita-se que o petróleo tenha sido formado pela decomposição de seres vivos submetidos durante milhões de anos a altas pressões e temperaturas, na presença de pouco ou nenhum oxigênio.

Faz parte da biosfera porque é formado em ambientes onde existe – ou existiu – vida.

Camada pré-sal

Se localiza abaixo da camada salina situada no fundo dos oceanos. Na costa sudeste brasileira, na Bacia de Santos, foram encontradas, em 2006, as primeiras jazidas de petróleo nessa camada.

A camada pré-sal inicia-se entre 5 mil e 7 mil metros abaixo da superfície do mar; logo, as perfurações devem atingir profundidades maiores que essas.

Comercialização

A unidade de comercialização do petróleo é o barril.

Um barril equivale a 158,98 litros.

A cotação do petróleo é feita usando-se como referência os petróleos Brent e WTI.

Composição

É uma mistura formada principalmente por hidrocarbonetos.

Estes são compostos formados unicamente por átomos de carbono e de hidrogênio.

Possuem outras substâncias, tais como: metilciclopentano, cicloexano, dimetilciclopentano.

Processamento

Todos esses processos são realizados para obtenção de produtos com diferentes especificações de consumo.

1. Destilação fracionada:

É um processo de separação de mistura de substâncias que apresentam temperaturas de ebulição próximas. Esse processo é usado para separar as principais frações do petróleo (as que dão origem à gasolina, ao GLP, ao querosene).

2. Craqueamento:

Moléculas saturadas e com alta massa molecular são quebradas e transformadas em outras com massas moleculares menores e insaturadas.

3. Reforma:

Moléculas de baixas massas moleculares são transformadas em outras com altas massas moleculares.

4. Alquilação:

São obtidas moléculas mais ramificadas.

Refino do petróleo

O refino pode ser descrito como uma série de operações de beneficiamento do petróleo bruto para que se obtenham produtos específicos.

O petróleo bruto é submetido à destilação fracionada e os resíduos são redestilados.

Refino e Uso do petróleo

Gás natural: usado como combustível e fabricação de plástico.

GLP: usado como combustível, gás de cozinha, fabricação de borracha.

Éter de petróleo: usado em lavagem a seco de tecido.

Benzina: usado como solvente orgânico.

Nafta ou ligroína: usado como solvente na indústria petroquímica.

Gasolina: usado como combustível.

Querosene: usado em iluminação, como solvente, como combustível doméstico e de aviões.

Óleo diesel: usado como combustível para ônibus, caminhões e tratores.

Óleo lubrificante: usado em máquinas e motores.

Vaselina: usado na fabricação de pomadas, cosméticos e indústria alimentícia.

Parafina: usado na fabricação de velas, indústria de alimentos e de cosméticos, impermeabilização e como revestimento de papel.

Asfalto: usado na pavimentação de ruas, vedação de encanamentos e paredes, impermeabilização de cascos de embarcações e revestimento antioxidante.

Coque: usado em usinas siderúrgicas (para redução do ferro e aquecimento dos altos-fornos), no revestimento de fornos refratários, na obtenção do alumínio e como fonte de gás de síntese. 

Fonte: Material de apoio ao currículo do Estado de São Paulo: Caderno do Professor, Química, Ensino Médio, 3ª Série, Volume 2. São Paulo: Nova edição, 2014-2017. 

Símbolos e Fórmulas

Símbolos
São conhecidos atualmente mais de 100 elementos químicos. Cada um deles tem um nome e um símbolo diferente.

Os símbolos são a representação dos elementos químicos. São formados por uma, duas ou três letras. A primeira é sempre maiúscula e a segunda, é sempre minúscula. O símbolo de um elemento vem de uma ou duas letras tiradas de seu nome em latim. 

Por causa disso, nem todos os símbolos têm relação lógica com o nome do elemento em português.

Os que têm três letras não têm nomes oficiais, atribuídos pela Iupac (União Internacional de Química Pura e Aplicada).

Fórmulas
Todas as substâncias são formadas por átomos. As substâncias simples são formadas por átomos de um único elemento e as substâncias compostas são formadas por átomos de dois ou mais elementos diferentes.

As moléculas são as menores unidades que apresentam a composição característica de uma substância. As moléculas são formadas pela união de dois ou mais átomos.

Para representar graficamente as moléculas de uma substância, seja ela simples ou composta, os químicos utilizam fórmulas. A fórmula da água é H2O. Outras fórmulas usadas pelos químicos são CO2 (gás carbônico), N2 (gás nitrogênio), O2 (gás oxigênio), O3 (gás ozônio), C2H6O (etanol), C6H12O6 (glicose), NH3 (amônia) e H2SO4 (ácido sulfúrico).

Na fórmula de uma substância são colocados os símbolos dos elementos que tornam parte de sua composição e os índices de atomicidade (ou, simplesmente, atomicidade), que indicam a proporção em que os átomos do elemento estão presentes na substância. Se o índice de atomicidade não for escrito, é porque seu valor é 1.

Fonte: CANTO, Eduardo Leite do. Ciências Naturais: Aprendendo com o cotidiano. São Paulo: Editora Moderna, 2009.  Fonte: Caderno do Professor: Ciências, Ensino Fundamental – 9º Ano, Volume 1. São Paulo: SEE, 2009.