No nível do mar ( 1,00000 atm e 15°C ), o ar é composto por 78,084 % de nitrogênio, N2, 20,9476 % de oxigênio, O2, 0,934 % de argônio, Ar, 0,0314 % de dióxido de carbono, CO2, e outros gases em quantidades desprezíveis. Estes gases na atmosfera encontram-se em equilíbrio com a água presente nos diversos sistemas aquáticos da biosfera terrestre.
Algumas indústrias captam água de rios para resfriamento de reatores e lançam água quente novamente nos rios, que chegam a uma temperatura de aproximadamente 70°C. Nessa situação, pode ocorrer mortandade de peixes? Justifique e mostre com cálculos.
Algumas indústrias captam água de rios para resfriamento de reatores e lançam água quente novamente nos rios, que chegam a uma temperatura de aproximadamente 70°C. Nessa situação, pode ocorrer mortandade de peixes? Justifique e mostre com cálculos.
Passo 1
O enunciado dá as composições do ar e as condições iniciais e pergunta se, quando indústrias devolvem água aquecida a aproximadamente
em rios, pode ocorrer mortandade de peixes. Informações relevantes fornecidas:
- Pressão atmosférica:
. - Temperatura ambiente citada:
(condição de referência da composição). - Fração (por volume) de oxigênio no ar:
. - A água do rio está em contato com o ar e, portanto, o oxigênio dissolvido tende a ficar em equilíbrio com a pressão parcial de
na atmosfera.
O que se pede: verificar, com cálculos, se a descarga de água apode causar mortandade de peixes (ou seja, avaliar o efeito da temperatura sobre a solubilidade do oxigênio e comparar com limites de sobrevivência dos peixes).
Passo 2
Conceitos físicos necessários (explicados de forma simples).
- Henry (lei de Henry): para um gás pouco solúvel em líquido, a concentração de gás dissolvido na fase líquida em equilíbrio é proporcional à pressão parcial do gás acima do líquido. A forma que vamos usar é
onde:
-
é a concentração molar de dissolvido em , -
é a constante de Henry dependente da temperatura, com unidade , -
é a pressão parcial de em . - A pressão parcial é a fração molar multiplicada pela pressão total:
- Para transformar concentração molar em mg·L
(unidade comum para oxigênio dissolvido, DO): multiplicar por massa molar de , , e converter em (multiplicar por ).
Observação didática: a constantedepende bastante da temperatura — quanto maior a temperatura, menor a solubilidade e menor (isto é, para a mesma pressão parcial, menos O2 fica dissolvido).
Passo 3
Calcular a pressão parcial de oxigénio (valor direto da fração fornecida).
Passo 4
Escolha de valores para
e justificativa curta.
- Na prática usa-se dados experimentais/tabelas para a solubilidade do oxigénio em água pura. Para fazer o cálculo passo a passo com Henry, vamos usar valores típicos de
(em ) encontrados em referências técnicas: -
. -
.
Esses valores são aproximações típicas usadas para obter as concentrações de saturação; o objetivo aqui é mostrar claramente como a solubilidade cai muito quando a temperatura sobe. (Alternativamente, tabelas diretas de saturação dão números muito próximos aos que se obtêm com esses.)
-
Passo 5
Calcular a concentração de
dissolvido a
.
Usando Henry:
Usando Henry:
Converter para
:
Interpretação: a água em equilíbrio com o ar a
tem saturação de
aproximadamente
.
Passo 6
Calcular a concentração de
dissolvido a
.
Usando Henry:
Usando Henry:
Converter para
:
Interpretação: a água em equilíbrio com o ar a
tem saturação de
aproximadamente
.
Passo 7
Comparar com limites de tolerância dos peixes e comentar efeitos combinados.
- Valores típicos de referência (ordem de grandeza, usados em limnologia/pecuária):
- Concentração ideal/boa para a maioria das espécies:
. - Stress para muitas espécies: entre
e . - Risco de mortalidade (dependendo da espécie e duração): abaixo de
.
- Concentração ideal/boa para a maioria das espécies:
- Resultado dos cálculos:
- A água a
saturada tem — confortável para peixes. - A água a
saturada tem — numa faixa de stress; muitos peixes vão ficar seriamente estressados e espécies sensíveis podem morrer.
- A água a
- Além disso, a própria temperatura
é muito alta para peixes de água doce: a maioria das espécies não sobrevive a temperaturas muito acima de ; é termicamente letal (choque térmico, desnaturação de proteínas, etc.). Ou seja, mesmo antes de considerar a baixa solubilidade do oxigénio, a elevada temperatura em si mata os peixes.
Passo 8
Síntese física e ecológica (por que morrem).
- Efeito direto 1: aumento da temperatura reduz fortemente a solubilidade do oxigénio, diminuindo a DO disponível para respiração.
- Efeito direto 2: aumento da temperatura eleva a taxa metabólica dos peixes (maior demanda de O2), piorando a discrepância entre oferta e demanda.
- Efeito direto 3: se a água descarregada estiver muito mais quente que o rio, há choque térmico e mortandade imediata.
Conclusão qualitativa: tanto o baixo oxigénio disponível quanto o calor extremo contribuem para mortandade.
Resposta
Sim. A solubilidade de
cai de aproximadamente
a
para aproximadamente
a
, valores obtidos assumindo
e constantes típicas de Henry; além disso
é termicamente letal para peixes, logo a descarga pode certamente provocar mortandade.