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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 22, NOVEMBRO 2005

QUÍMICA E SOCIEDADE

A seção “Química e sociedade” apresenta artigos que focalizam diferentes inter-relações entre Ciência e sociedade,procurando analisar o potencial e as limitações da Ciência na tentativa de compreender e solucionar problemas sociais.Neste número a seção apresenta dois artigos.

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Recebido em 29/4/04, aceito em 9/5/05

Oxigênio dissolvido em sistemas aquáticos

Todas as formas de vida exis-tentes na Terra dependem daágua. Apesar da maior parte da

superfície do nosso planeta ser reco-berta por água, 97,3% da água domundo é água salgada, inadequadapara beber e para a maioria dos usosagrícolas. Os lagos e rios são as prin-cipais fontes de água potável; porém,constituem menos de 0,01% do su-primento total de água (Baird, 2002;Azevedo, 1999). Adicionando aos riose lagos a água subterrânea a menosde 800 m da superfície, a água docefacilmente disponível representa ape-nas 0,3% do volume total na Terra.

Diante da disponibilidade restritade águas naturais para consumo hu-mano e da sua crescente poluição, éimportante entender os processosquímicos que nelas ocorrem e comoo uso do conhecimento químico podeser empregado na avaliação da qua-lidade da água. Pretende-se neste ar-tigo, portanto, fornecer alguns subsí-dios teóricos ao professor de Químicado Ensino Médio para a abordagemdo tema “água” numa perspectiva

ambiental, proposta esta já discutidanesta revista (Silva, 2003).

Pode-se considerar a química daságuas naturais dividida em duas cate-gorias de reações mais comuns: asreações ácido-base e as de oxidação-redução (redox). Os fenômenos áci-do-base e de solubilidade controlamo pH e as concentrações de íons inor-gânicos dissolvidos na água, comoo carbonato e o hidrogenocarbonato,enquanto o teor de matéria orgânicae o estado de oxidação de elementoscomo nitrogênio, enxofre e ferro, en-tre outros presentes na água, sãodependentes da presença de oxigê-nio e das reações redox.

Oxigênio dissolvido: propriedades esolubilidade

O agente oxidante mais impor-tante em águas naturais é o oxigêniomolecular dissolvido, O2 (Baird, 2002).Em uma reação envolvendo transfe-rência de elétrons, cada um dos áto-mos da molécula é reduzido do esta-do de oxidação zero até o estado deoxidação -2, formando H2O ou OH–.

As semi-reações de redução do O2em solução ácida e neutra são, res-pectivamente:

O2 + 4H+ + 4e– → 2H2OE° = 1,229 V (1)

O2 + 2H2O + 4e– → 4OH–

E° = 0,401 V (2)

A concentração de oxigênio dis-solvido (OD) em um corpo d’água1

qualquer é controlada por vários fato-res, sendo um deles a solubilidade dooxigênio em água.

A solubilidade do OD na água, co-mo para outras moléculas de gasesapolares com interação intermolecu-lar fraca com água, é pequena devidoà característica polar da molécula deágua (Tabela 1). A presença do O2 naágua se deve, em parte, à sua disso-lução do ar atmosférico para a água:

O2(g) O2(aq) (3)

cuja constante de equilíbrio apropria-da é a constante da Lei de Henry2,KH. Outra fonte importante de oxigêniopara água é a fotossíntese.

Para o processo de dissolução doO2, KH é definida como:

KH = [O2(aq)]/pO2(4)

Antonio Rogério Fiorucci e Edemar Benedetti Filho

Nos ecossistemas aquáticos, as reações de oxidação e redução exercem papel primordial na manutenção da vida. Nopresente artigo, são discutidos: a importância do oxigênio dissolvido como agente oxidante, os fatores que afetam suasolubilidade, o balanço de oxigênio dissolvido nos sistemas aquáticos e suas variações com a profundidade da colunad’água. Essas informações podem ser utilizadas pelo professor do ensino médio na abordagem dos temas estruturadores“Química e hidrosfera” e “Reconhecimento e caracterização das transformações químicas” descritos nos ParâmetrosCurriculares Nacionais.

oxigênio dissolvido, ecossistemas aquáticos, oxidação-redução

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 22, NOVEMBRO 2005Oxigênio dissolvido em sistemas aquáticos

onde pO2 é a pressão parcial do

oxigênio atmosférico.O valor de KH para o O2 a tempe-

ratura de 25 °C é de 1,29 x 10–3 mol L–1

atm–1.Desta forma, como no nível do mar

a pressão atmosférica é de 1 atm e acomposição média em volume oumolar do ar seco é de 21% de O2, po-de-se estimar a pres-são parcial do oxi-gênio como sendo0,21 atm. Substituin-do esse valor depressão na expres-são da constante de equilíbrio deHenry rearranjada, tem-se:

[O2] = KH pO2 =

1,29 x 10–3 mol L–1 atm–1 x 0,21 atm= 2,7 x 10–4 mol L–1

Portanto, estima-se a solubilidadedo O2 em água, a 25 °C e no nível domar, como sendo 8,6 mg L–1. Esse va-lor apresenta uma concordânciarazoavelmente boa com o valor me-dido de 8,11 mg L–1 mostrado na Ta-bela 1 (Connell, 1997).

Como a solubilidade é proporcio-nal à pressão parcial2 de O2 ([O2] =KH pO2

), pode-se inferir que a umadada temperatura a solubilidade dooxigênio na água decresce com o au-mento da altitude, pois com o aumen-to da altitude há uma diminuição dapressão atmosférica e o oxigênio,sendo um dos componentes do ar,terá sua pressão parcial também re-duzida. Como a composição do ar se-co em termos de O2 é praticamenteconstante em altitudes modestas,poderíamos dizer que a diminuiçãoda pressão parcial de O2 será prati-camente proporcional à diminuiçãoda pressão atmosférica.

Um fator mais importante que a

altitude no controle da solubilidade doO2 na água é a temperatura. Como asolubilidade dos gases em água di-minui com a elevação da temperatu-ra3, a quantidade de oxigênio que sedissolve a 0 °C (14,2 mg L–1) é maisdo que o dobro da que se dissolve a35 °C (7,0 mg L–1). A Figura 1 ilustraesse fato. Deste modo, águas de rios

ou lagos aquecidasartificialmente comoresultado de polui-ção térmica contêmmenos OD. A polui-ção térmica ocorre

freqüentemente como resultado daoperação de usinas geradoras deenergia elétrica, que retiram água friade um rio ou lago e a utilizam pararefrigeração, devolvendo continua-mente água aquecida à sua origem.

Baseado na solubilidade do O2,fica notório que os organismos aquá-ticos tropicais têm menos oxigêniodisponível do que os de ambientesaquáticos de clima temperado. Essaconstatação assume importânciaquando se considera que nos lagospróximos ao Equador a temperaturapode atingir até 38 °C (Esteves, 1998).Isto não significa que os organismosem um lago próximo do Equador irãoter problemas para sobreviver, poisestão adaptados para essas condi-ções ambientais.

Embora insignificante quandocomparada à temperatura, a salini-dade também influencia na capacida-de da água em dissolver oxigênio. Oaumento da salinidade diminui a solu-bilidade do O2 na água. Assim, aquantidade de minerais ou a presen-ça de elevadas concentrações desais dissolvidos na água em decor-rência de atividades potencialmentepoluidoras podem, mesmo que empequena intensidade, influenciar oteor de OD na água. Desta forma, asalinidade é a principal causa do me-nor valor de OD nas águas salgadas,em relação ao mesmo valor em águasdoces em condições idênticas detemperatura e pressão atmosférica.

Além da temperatura, pressão esalinidade que controlam a solubili-dade do oxigênio na água, existemoutros fatores bioquímicos e climáti-cos que também influenciam o teor

de OD e que serão discutidos no textoa seguir.

O balanço de oxigênio dissolvidonos sistemas aquáticos

Dentre os gases dissolvidos naágua, o oxigênio é um dos mais im-portantes na dinâmica e caracteriza-ção dos ecossistemas aquáticos (Es-teves, 1998). As principais fontes deoxigênio para a água são a atmosferae a fotossíntese. Por outro lado, asperdas de oxigênio são causadas pe-lo consumo pela decomposição damatéria orgânica (oxidação), por per-das para a atmosfera, respiração deorganismos aquáticos, nitrificação4 eoxidação química abiótica de subs-tâncias como íons metálicos - ferro(II)e manganês(II) -, por exemplo.

Essas diversas transformações doO2 nos sistemas aquáticos são repre-sentadas esquematicamente na Figu-ra 2.

Nas condições naturais de um sis-tema aquático não poluído, o mate-rial mais habitualmente oxidado pelooxigênio dissolvido na água é a maté-ria orgânica de origem biológica, co-mo a procedente de plantas mortase restos de animais. Esse processode oxidação, chamado de degrada-ção aeróbica, ocorre em água ricasem oxigênio, ou seja, que possuemníveis de oxigênio próximos de 100%de saturação5, e é mediado por micro-organismos aeróbicos. A reação quí-mica envolvida pode ser expressa deforma simplificada supondo que amatéria orgânica seja em sua totali-dade carboidrato polimerizado

Tabela 1: Solubilidade de alguns gasesem água e constantes da Lei de Henrya

(adaptado de Connell, 1997).

Gás Solubilidade / KH /mg L–1 mol L–1 atm–1

O2 8,11 1,29 x 10–3

N2 13,4 6,21 x 10–4

CH4 24 1,34 x 10–3

aValores para pressão atmosférica de 1atm e temperatura de 25 °C.

Figura 1: Solubilidade do gás oxigênio emágua a várias temperaturas, na pressãoatmosférica de 1 atm (760 mmHg). Osvalores de solubilidades para construçãodo gráfico foram consultados no seguintesítio na Internet: http://www.tps.com.au/handbooks/93BFDOv2_1.PDF).

No controle dasolubilidade do O2 na

água, a temperatura é ofator mais importante

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(Guimarães e Nour, 2001), com umafórmula empírica aproximada deCH2O:

(CH2O)n + nO2 → nCO2 + nH2O (5)

Considerando a matéria orgânica(MO) de uma forma mais complexa,pode-se substituir a Eq. 5 pela Eq. 6:

MO(C,H,N,S) + 5O2 → CO2 +H2O+ NO3

–+ SO42– (6)

O consumo de oxigênio por essesprocessos, em condições naturais, écompensado pelo oxigênio produzidona fotossíntese e pelo “reabastecimen-to” de oxigênio com a aeração da águaatravés do fluxo da água em cursosd’água e rios pouco profundos. Porém,a água estagnada ou a que estásituada próxima ao fundo de um lagode grande profundidade está, com fre-qüência, quase completamente semoxigênio, devido à sua reação com amatéria orgânica e à falta de qualquermecanismo que possibilite sua repo-sição com rapidez, já que a difusão,possível forma de reposição de O2, éum processo lento.

Substanciais reduções no OD po-dem ocorrer nos ambientes aquáticos,com implicações ambientais severas,se quantidades significativas de maté-ria orgânica forem a eles incorporadas.Essa situação ocorre normalmentecom o lançamento de esgotos domés-ticos e de efluentes industriais ricos emmatéria orgânica nos corpos d’água.O aumento da matéria orgânica resultana maior taxa de respiração de micro-organismos, dando origem à elevação

das quantidades de CO2 e metano (oúltimo produzido apenas por degrada-ção anaeróbica) e, principalmente, emuma demanda de oxigênio, cuja dis-ponibilidade é pequena devido à suasolubilidade bastante limitada na água.

Para avaliar a qualidade da águaquanto à concentração de OD e a pre-sença de cargas poluidoras ricas emmaterial orgânico, alguns parâmetroscomo o teor de OD e a DBO (deman-da bioquímica de oxigênio) devem serdeterminados. Uma descrição do sig-nificado químico e biológico dessesparâmetros é apresentada na Tabela2. Os valores de DBO de esgotos ealguns efluentes industriais são mos-trados na Tabela 3.

Não é raro que águas poluídascom substâncias orgânicas associa-das a resíduos de animais e de ali-mentos ou a esgoto apresentem umademanda de oxigênio superior à solu-bilidade de equilíbrio máxima de oxi-gênio. Sob tais circunstâncias, a me-nos que a água seja continuamenteaerada, a depleção de oxigênio seráalcançada rapidamente.

A construção de represas sobreáreas de florestas também pode re-sultar na formação de lagos com altademanda de oxigênio dissolvido.Nessas represas, a grande quantida-de de fitomassa inundada6, ao se de-compor, consome grande quantidadede OD, gerando déficits altos de oxi-gênio. Os primeiros anos após a inun-dação correspondem ao período demaior demanda de oxigênio. Assim,não raramente, toda a coluna d’água7

pode tornar-se desoxigenada.

Decomposição anaeróbica damatéria orgânica

Em baixa quantidade ou ausênciade OD, microorganismos anaeróbi-cos e facultativos8, principalmente asbactérias, desenvolvem a degrada-ção e decomposição da matéria orgâ-nica, através do processo de degra-dação anaeróbica. A reação de de-gradação anaeróbica pode ser ex-pressa de maneira simplificada:

(7)

Esse processo não requer nenhu-ma demanda por OD presente no cor-po d’água, sendo uma parte docarbono oxidada (para CO2) e a parterestante reduzida9 (para CH4). Ometano e o dióxido de carbono pro-duzidos são liberados no interior damassa de água e, posteriormente, naatmosfera, resultando na remoção decarbono orgânico e da demanda deoxigênio do sistema. Esse processoocorre em pântanos, nos sedimentosde fundo enriquecidos com matériaorgânica, assim como em corposd’água impactados pela poluição deresíduos orgânicos. Dado que ometano produzido nesse processo épraticamente insolúvel em água, eleforma bolhas que podem ser obser-vadas em zonas pantanosas. Poresse motivo, o metano já foi conhe-cido como “gás dos pântanos”.

Variações e perfis verticais de ODNão é raro encontrar ao mesmo

tempo condições aeróbicas e anae-róbicas em partes diferentes do mes-mo lago, particularmente no verão,devido à ocorrência de uma estratifi-cação estável em camadas de águadiferenciadas, como representado naFigura 3. A água próxima da superfíciedo lago é aquecida através da absor-ção de luz solar por materiais bioló-gicos, enquanto a parte que estáabaixo do nível de penetração da luzsolar permanece fria. Como a águamorna é menos densa que a água fria(a temperaturas próximas dos 4 °C10),a camada superior “flutua” sobre acamada inferior, ocorrendo poucatransferência de massa entre elas. Acamada superior geralmente contém

Figura 2: Balanço de oxigênio dissolvido nos sistemas aquáticos; os processos acele-rados ou aumentados pela descarga de materiais orgânicos são indicados por setasverdes (adaptado de Connell, 1997).

Oxigênio dissolvido em sistemas aquáticos

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• A dificuldade de usar aDQO como índice para ademanda de oxigênio é quea solução ácida de dicro-mato é um oxidante tão for-te que oxida substânciasque consumiriam oxigêniomuito lentamente em águasnaturais, e que, portanto,não constituem uma amea-ça real para seu conteúdode oxigênio.

Tabela 2: Alguns parâmetros para avaliação da qualidade de uma água relacionados com a química de oxidação-redução (adaptaçãoda tabela disponível em sítio do Ministério do Meio Ambiente na Internet: http://www.mma.gov.br/port/srh/acervo/publica/doc/zoneamen/anexo2.pdf).

Parâmetro

Oxigêniodissolvido(OD)

Demandabioquímicade oxigênio(DBO)

Demandaquímica deoxigênio(DQO)

Características gerais

• Representa a quantidade de oxigênio molecular (O2) dissol-vido na água;• Expresso, geralmente, em mg L-1 ou porcentagem de satu-ração em uma dada temperatura e pressão.

• Provém naturalmente de processos dedissolução/aeração das águas e comoproduto da reação de fotossíntese;• Varia em função da temperatura e sali-nidade da água e da pressão atmosférica;• Reduções significativas nos teores deOD podem ser provocadas por despejosde origem orgânica (esgotos e algunsefluentes industriais) e/ou com elevadatemperatura, que pode diminuir a solubi-lidade do oxigênio na água.

Origem na água e fatores de alteração

• Ocorre naturalmente nas águas em ní-vel reduzido em função da degradaçãode matéria orgânica (folhas, animais mor-tos, fezes de animais);• Aumentos de DBO são provocados porefluentes de origem predominantementeorgânica;• A DBO média para água superficial nãopoluída nos EUA é cerca de 0,7 mg L–1,que é consideravelmente menor que asolubilidade do O2 em água (8,1 mg L–1 a25 °C);• Valores de DBO de águas residuais,efluentes ou esgotos de indústrias sãoem geral de várias centenas de mg L-1;• Águas seriamente poluídas apresentamDBO maior que 10 mg L-1.

• Parâmetro mais usual de indicação da poluição por matériaorgânica;• A determinação envolve a medida do oxigênio dissolvidoutilizado pelos microrganismos na oxidação bioquímica damatéria orgânica;• A DBO é avaliada experimentalmente determinando a con-centração de OD antes e após um período durante o qual umaamostra de água é mantida no escuro a temperatura de 20 ou25 °C. A DBO é igual à quantidade de oxigênio consumida comoresultado da oxidação de matéria orgânica dissolvida da amostra.As reações de oxidação são catalisadas pela ação de bactériasjá presentes na amostra de água natural;• Usualmente, permite-se que a reação se prolongue por 5 diasantes da determinação do oxigênio residual. A demanda deter-minada por este tipo de teste (DBO5) corresponde a cerca de80% do que seria determinada se o experimento fosse realizadoapós um período de tempo muito longo - o que naturalmentenão é prático,• A DBO é expressa em mg L-1 (miligramas de O2 por litro de H2O);• A DBO é empregada na determinação da quantidade aproxi-mada de oxigênio que será necessária para oxidar biologica-mente a matéria orgânica presente na água.

• Possibilita uma determinação mais rápida da demanda deoxigênio de uma amostra de água do que a DBO;• Representa a quantidade de oxigênio necessária para oxidaçãoda matéria orgânica através de um agente químico;• É um parâmetro utilizado no monitoramento de sistemas detratamento de efluentes e na caracterização de efluentes indus-triais;• Usualmente o íon dicromato, Cr2O7

2–, na forma de um de seussais, como o Na2Cr2O7, é dissolvido em ácido sulfúrico, resul-tando em um poderoso agente oxidante. Esta solução preparadaé usada no lugar do O2 para oxidar a matéria orgânica presentena amostra. A semi-reação de redução do íon dicromato duran-te a oxidação da matéria orgânica é: Cr2O7

2– + 14H+ + 6e– →2Cr3+ + 7H2O. A DQO também é expressa em mg L-1;• A DQO está relacionada com a matéria orgânica total - nãobiodegradável e biodegradável. O teste de DQO é importantena medida da matéria orgânica em despejos que contenhamsubstâncias tóxicas à vida, inclusive as bactérias e outros micro-organismos que oxidam a matéria orgânica biodegradável;• A diferença entre DBO e DQO é que a última refere-se à oxi-dação de matéria orgânica e outros compostos através de rea-gentes químicos, enquanto na DBO essa oxidação é realizadapor microorganismos.

• Aumentos de DQO decorrem principal-mente de despejos de origem industrial;• O teste é valioso na medida de matériaorgânica em efluentes que contenhamsubstâncias tóxicas. Neste caso, valoresde DBO baixos são encontrados mesmona presença de grande quantidade de ma-téria orgânica, pois as substâncias tóxicaslevam à morte os microorganismos quecatalisam a decomposição aeróbica damatéria orgânica;• A DQO em um efluente industrial, emgeral, é mais alta que a DBO, em virtudeda maior facilidade com que grande nú-mero de compostos pode ser oxidado porvia química em vez da via biológica. Essescompostos que são oxidados apenas porvia química são os chamados não biode-gradáveis.

Potencialde oxi-redução(POR oupE)

• Mede a capacidade de oxidação ou redução de uma subs-tância ou amostra;• A medida do potencial de oxi-redução de uma amostra é feitapor meio de dois eletrodos que medem uma diferença depotencial que é correlacionável com o grau de oxidabilidade ouredutibilidade de uma amostra;• Diferenças de potencial positivas entre 200 mV e 600 mV indi-cam um meio fortemente oxidante. Diferenças de potencial en-tre -100 mV e -200 mV revelam meios redutores.

• As condições de um rio não poluído sãofracamente oxidantes, graças à presençade quantidades limitadas de oxigênio dis-solvido.

Inconvenientes

• Apesar de essencial à vi-da, o oxigênio é fator signi-ficativo na corrosão detubulações de ferro e aço.

• Altos índices podem gerara diminuição e até a elimi-nação do oxigênio presentenas águas. Nessas condi-ções, os processos aeróbi-cos de degradação orgâ-nica podem ser substituí-dos pelos anaeróbicos,gerando alterações subs-tanciais no ecossistema, in-clusive extinção das formasde vida aeróbicas;• O tempo elevado de de-terminação da DBO é uminconveniente deste parâ-metro.

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níveis de oxigênio dissolvido próximosà saturação (solubilidade), condiçãoque se deve tanto ao seu contato como ar quanto à presença de O2 produzi-do na fotossíntese das algas e plantasaquáticas. As condições da camadasuperior são aeróbicas e, conseqüen-temente, os elementos dessa regiãoexistem em suas for-mas mais oxidadas9:o carbono como CO2,H2CO3 ou HCO3

–; oenxofre como SO4

2–;o nitrogênio comoNO3

– e o ferro comoFe(OH)3 insolúvel (estado de oxidação:+3). Perto do fundo ocorre depleção11

do oxigênio, visto que não existe conta-to com o ar e que o O2 é consumido nadecomposição de material biológicoabundante. Sob tais condições anae-róbicas, os elementos químicos exis-tem em suas formas mais reduzidas9:o carbono como metano, CH4; o enxo-fre como gás sulfídrico, H2S; o nitrogê-nio como NH3 e NH4

+ e o ferro comoFe2+ solúvel.

É importante também levar em con-ta o efeito da sazonalidade no perfil de

Tabela 3: Valores típicos de DBO5 de al-guns efluentes industriais e domésticossem tratamento (adaptado de Mota, 1995).

Fonte poluidora DBO5 / mg L–1

Esgotos domésticos 300

Engenhos de açúcar 1000

Destilarias de álcool > 7000

Cervejaria (maltaria) 400-1500

Cervejaria 1000-2000

Curtumes 1000-1500

Matadouros e frigoríficos 800-32000

Laticínios 500-2000*

*Quando não há recuperação do soro doleite, a DBO5 pode atingir até 3000 mg L–1.

Tabela 4: Concentrações mínimas de oxi-gênio dissolvido (OD) e de temperaturanecessárias à existência continuada de al-guns peixes (Connell, 1997, p. 347).

Organismo Temperatura / OD /°C mg L–1

Truta marrom 6-24 1,3-2,9(Salmo trutta)

Salmão de Coho 16-24 1,3-2,0(Oncohynchus kisutch)

Truta arco-íris 11-20 1,1-3,7(Salmo gairdnerii)

Figura 3: Representação esquemática da estratificação térmica e química das águasde um lago no verão, mostrando as principais espécies químicas presentes (adaptadode Baird, 2002).

OD com a profundidade. Normalmen-te, as condições anaeróbicas das re-giões mais profundas de um lago declima temperado não perduram indefi-nidamente. Durante o outono e o inver-no, a camada superior da água éresfriada pelo ar frio que passa sobreela, de modo que, finalmente, a águarica em oxigênio da parte superiortorna-se mais densa que a da parteinferior e ocorre uma mistura por con-vecção das camadas de água comdiferentes temperaturas, ou seja, a ca-mada superior mais fria e densa tendea se deslocar para o fundo, ao mesmotempo que a camada inferior maisquente e menos densa tende a se mo-ver para a superfície. Assim, durante oinverno e primeiros dias da primavera,o ambiente próximo ao fundo de umlago é, em geral, aeróbico.

Diferentemente, condições de hipo-xia (baixa concentração de oxigênio) oumesmo anoxia12 podem ocorrer na su-perfície de lagos tropicais, totalmente

livres de poluição. Emecossistemas da re-gião amazônica e doPantanal, observa-seo fenômeno da “fria-gem” ou “dequada”,respectivamente. Nes-

ses fenômenos, há a queda de tem-peratura da água de até cerca de 20 °C,como conseqüência do vento e dachuva fria. Como resultado da quedada temperatura, há uma mistura total damassa d’água de diferentes profundi-dades, com conseqüente redução daconcentração de oxigênio na partessuperiores até níveis de 10% de satu-ração. Esse fenômeno pode persistirpor três dias e é suficiente para provocarintensa mortandade de peixes e causara redução acentuada da população defitoplâncton13 e zooplâncton14.

Importância do oxigênio dissolvidoO OD é necessário para a respi-

ração de microorganismos aeróbicos,bem como outras formas aeróbicas devida. A sobrevivência dos peixes, porexemplo, requer concentrações mí-nimas de OD entre a 10% e 60% desaturação, dependendo da espécie eoutras características do sistemaaquático. A Tabela 4 mostra exemplosde concentrações mínimas de OD ne-cessárias à sobrevivência de algumasespécies de peixes.

A importância do OD não se res-tringe apenas à sobrevivência dosseres aquáticos. A presença de OD emáguas residuárias (águas servidas)industriais ricas em material orgânicoé desejável por prevenir a formação desubstâncias com odores desagradá-veis que comprometem os diversosusos da água como, por exemplo,fonte de água potável ou meio de re-creação. Em condições anaeróbicas,a decomposição de matéria orgânicacontendo enxofre leva à formação degás sulfrídrico (H2S) e mercaptanas15,enquanto a decomposição de mate-rial protéico produz, entre outros, o in-dol16 e o escatol17 (compostos deriva-dos da decomposição do aminoácidotriptofano18). Todas essas substânciasapresentam odores desagradáveis (vi-de Figura 4). A Figura 5 apresenta viasbiossintéticas que têm o aminoácidotriptofano como precursor do indol edo escatol e de outras substâncias derelevância biológica, como o neuro-transmissor serotonina e os hormôniosmelatonina e ácido 5-hidroxiindola-cético.

Apesar de desejável nos sistemasaquáticos naturais, a presença de altasconcentrações de OD não é conveni-

Oxigênio dissolvido em sistemas aquáticos

Em condições anaeróbicas,a decomposição de

matéria orgânica contendoenxofre leva à formação de

gases fétidos

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ente em águas que percorrem tubu-lações de ferro e aço, por favorecer acorrosão. Esse fato resulta do poderoxidante do O2 (Eq. 1) e, por esse moti-vo, em águas tratadas é recomendadoque os valores de OD sejam menoresque 2,5 mg L–1.

Considerações finaisAs informações apresentadas no

presente artigo evidenciam como ouso do conhecimento químico podeser usado na avaliação da qualidadeda água do ponto de vista ambiental(Tabela 2). Essas informações podemser utilizadas pelo professor de Quí-mica no Ensino Médio para contex-tualização de conceitos de oxidaçãoe redução e na abordagem dos temasestruturadores “Química e hidrosfera”e “Reconhecimento e caracterizaçãodas transformações químicas” descri-tos nos Parâmetros Curriculares Na-cionais (Brasil, 2002).

Notas1. Também denominado de corpo

hídrico, refere-se a uma denominaçãogenérica para rio, ribeirão, riacho, cór-rego, lago, reservatório, laguna ouaqüífero.

2. William Henry, amigo pessoal deJohn Dalton, dispensou muito tempoestudando a solubilidade de gases

re alta taxa de fotossíntese.6. É a quantidade de matéria orgâ-

nica submersa que pode ser expressapor toneladas de carbono por hec-tare, indicando a carga orgânica pre-sente no corpo d’água.

7. Perfil de espessura de um lago,rio ou oceano, desde o leito até a su-perfície do corpo d’água.

8. Microorganismos anaeróbicosé o termo que designa qualquer orga-nismo inferior que consegue viver naausência de oxigênio e microorga-nismos anaeróbicos facultativos sãoorganismos que podem viver em am-bientes com ou sem oxigênio (Lincolnet al., 1982).

9. Os conceitos de oxidação e re-dução no texto também se relacio-nam a perda e ganho de elétrons,porém com certa especificidade paracompostos orgânicos. Um elementoou composto é oxidado quando liga-se ou adquire átomos de oxigênio. Umcomposto é oxidado quando perdeátomos de hidrogênio e é reduzidoquando ganha átomos de hidrogênio(Hill et al., 1993).

10. A temperatura na qual a águaapresenta sua densidade máxima éde 3,94 °C (Esteves, 1998).

11. Termo usado para designar adiminuição do teor de certas substân-cias ou de íons em uma solução (Lin-coln et al., 1982).

12. Insuficiência ventilatória deuma célula ou de um tecido celular;pouco ou nenhum oxigênio disponívelpara uso celular, o que implica o acú-mulo de íons hidrogênio no protoplas-ma e conseqüente acidose metabó-lica, com morte da célula (Soares,1993).

13. No século 19, o fisiologista ale-mão Johannes Müller, ao filtrar água domar através de uma rede de malha fina,descobriu uma comunidade cons-tituída de pequenos animais e plantas.Em 1887, Viktor Hensen (outro fisiolo-gista), denominou essa comunidadede “plâncton” e a definiu como sendoo conjunto de organismos que não dis-põe de movimentos próprios capazesde se opor ao movimento da água. Oplâncton é constituído pelo fitoplâncton(algas), pelo zooplâncton (pequenosanimais) e pelo bacterioplâncton(Esteves, 1998).

em líquidos. Em 1801, ele resumiusuas descobertas na lei que conhe-cemos hoje como Lei de Henry. Eledescobriu que a solubilidade de umgás dissolvido em um líquido a umadada temperatura é diretamente pro-porcional à pressão do gás na super-fície do líquido (Hill et al., 1993).

3. Diferentemente da maioria dossolutos sólidos, os gases se tornammenos solúveis quando a tempera-tura aumenta. O calor aumenta a mo-bilidade das moléculas de soluto esolvente. Em oposição aos solutossólidos, as moléculas de gases po-dem escapar da solução quando es-tas atingem a superfície de um líquidoem um sistema aberto.

4. Em decorrência da decompo-sição da matéria orgânica em siste-mas aquáticos, há formação de com-postos nitrogenados reduzidos, porexemplo, a amônia e o íon amônio. Aoxidação biológica desses compos-tos a nitrato (NO3

–) é denominada nitri-ficação.

5. Entende-se 100% de saturaçãode oxigênio a quantidade máxima deoxigênio que pode ser dissolvida naágua em determinada pressão, tem-peratura e salinidade. Valores de ODacima de 100% de saturação podemocorrer em águas naturais durante al-guns períodos do dia, nos quais ocor-

Oxigênio dissolvido em sistemas aquáticos

Figura 4: Vista parcial da Lagoa da Jansen, mais famosa lagoa de São Luís, capital doMaranhão. Localizada no bairro Ponta D’Areia, sua beleza tem sido ofuscada pelo malcheiro que de suas águas exala, fruto da decomposição anaeróbica de matéria orgânica.Esse problema pode ser minimizado, ou quiçá até eliminado, arejando-se a água da lagoa.

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 22, NOVEMBRO 2005

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CONNELL, D.W. Basic concepts of en-vironmental chemistry. Boca Raton:Lewis, 1997.

Abstract: The Importance of Dissolved Oxygen in Aquatic Ecosystems – Oxidation and reduction reactions play a prime role in the sustenance of life in aquatic ecosystems. In this paper theimportance of dissolved oxygen as an oxidizing agent, the factors that affect its solubility, the dissolved-oxygen balance in aquatic ecosystems and its variations with water column depth arediscussed. High-school teachers can use this information when dealing with the structuring themes “chemistry and the hydrosphere” and “recognition and characterization of chemical transforma-tions” described in the National Curricular Parameters.Keywords: dissolved oxygen, aquatic ecosystems, oxidation-reduction

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Para saber maisSobre o uso de experimentação sim-

ples para determinação do oxigênio dis-solvido em água, recomendamos aleitura do artigo:

FERREIRA, L.H.; DE ABREU, D.G.; IA-MAMOTO, Y. e ANDRADE, J.F. Experi-mentação em sala de aula e meio am-biente: Determinação simples deoxigênio dissolvido em água. QuímicaNova na Escola, n. 19, p. 32-35, 2004.

14. Zooplâncton é o termo genéri-co para um grupo de animais de dife-rentes categorias sistemáticas, tendocomo característica comum a colunad’água como seu habitat principal. Nagrande maioria dos ambientes aquá-ticos, o zooplâncton é formado porprotozoários e por vários grupos demetazoários (Esteves, 1998).

15. Um grupo de compostos orga-nossulforados que são derivados dosulfeto de hidrogênio (H2S), da mes-

Oxigênio dissolvido em sistemas aquáticos

Figura 5: Biossíntese de diversas moléculas de relevância biológica a partir do aminoácidotriptofano como precursor (adaptado de Hill et al., 1993).

ma forma que os álcoois são deriva-dos da água. Têm um odor desagra-dável característico. São tambémchamados de tióis, com uma fórmula

genérica R-SH, na qual R é um grupoalquila.

16. Também conhecido como 2,3-benzopirrol. É um sólido cangerígenode cor branca amarelada e de aromadesagradável. Usado como um rea-gente químico para as indústrias deperfume e medicamentos (Parker,1997). Também pode ser formado emambientes naturais pela degradaçãodo aminoácido triptofano.

17. Também conhecido como 3-metilindol. É um sólido branco quefunde a 93-95 °C. É responsável peloodor característico das fezes, apesarde sua estrutura química ser muitosemelhante à do indol usado na com-posição de perfumes.

18. Aminoácido essencial da dietados seres humanos. É precursor desubstâncias biológicas relevantescomo o neurotransmissor serotonina(Figura 5).

Antonio Rogério Fiorucci (arfiorucci@uems.br),licenciado e bacharel em Química (com AtribuiçõesTecnológicas) e doutor em Ciências (Química Analí-tica) pela Universidade Federal de São Carlos(UFSCar), é docente do Curso de Química na Uni-versidade Estadual de Mato Grosso do Sul (CQ-UEMS), em Dourados - MS. Edemar Benedetti Filho(edemar@uems.br), licenciado e bacharel emQuímica, mestre e doutor em Ciências (Química Ana-lítica) pela UFSCar, também é docente do CQ-UEMS.