As substâncias são continuamente transformadas durante a composição e a decomposição da matéria orgânica, sem escapar da biosfera. Elas são recicláveis.
Circulação na natureza de substâncias essenciais para a manutenção e reprodução dos organismos vivos. Os principais ciclos são os do carbono, átomos de carbono se incorporam em compostos orgânicos através da fotossíntese (absorvido na forma de nitratos por plantas comidas por animais, produzindo excreção de nitrato, que volta ao solo), da água (evaporação, à chuva, e assim por diante), do oxigênio, e do fósforo.
Os caminhos percorridos ciclicamente entre o meio abiótico e o biótico pela água e pelos elementos químicos carbono, oxigênio e nitrogênio constituem os ciclos biogeoquímicos.
São processos naturais que reciclam elementos em diferentes formas químicas do meio ambiente para os organismos, e, depois, vice-versa. Água, carvão, oxigênio, nitrogênio, fósforo e outros elementos percorrem estes ciclos, unindo os componentes vivos e não-vivos da Terra.
Sendo a Terra um sistema dinâmico, em evolução, o movimento e a estocagem de seus materiais afetam todos os processos físicos, químicos e biológicos.
Um ciclo biogeoquímico é o movimento ou o ciclo de um determinado elemento ou elementos químicos através da atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera da Terra.
Os ciclos estão intimamente relacionados com processos geológicos, hidrológicos e biológicos. Como exemplo, pode-se lembrar que um modesto conhecimento sobre o ciclo geológico (aqui referido como um conjunto dos processos responsáveis pela formação e destruição dos materiais da Terra, subdividido em: ciclo hidrológico e ciclo das rochas) é valioso para o conhecimento e compreensão de nosso ambiente, que é intimamente relacionado aos processos físicos, químicos e biológicos. Por exemplo, para avaliar o impacto ambiental de um material perigoso, como a gasolina, que vazou para o subsolo, as propriedades químicas, físicas e biológicas do solo, rochas e água deveriam ser entendidas. Essa compreensão ajudaria a responder perguntas como: Quão séria foi a contaminação? Quanto o contaminante poderá mover-se? Quanto o dano ambiental poderá ser minimizado?
O ciclo hidrológico é dirigido pela energia solar e compreende o movimento da água dos oceanos para a atmosfera por evaporação e de volta aos oceanos pela precipitação que leva à lixiviação ou à infiltração.
Cerca de 97% do suprimento de água está nos oceanos, 2% nas geleiras e muito menos que 1% na atmosfera (0,001%). Aproximadamente 1% do total da água contida nos rios, lagos e lençóis freáticos é adequada ao consumo humano.
A água contida na atmosfera provém de todos os recursos de água doce, através do processo da precipitação.
A água circula no planeta devido às suas alterações de estado que são, principalmente, dependentes da energia solar.
A energia proveniente do Sol não atinge a Terra homogeneamente, mas com maior intensidade no equador do que nos pólos, no verão do que no inverno, e apenas durante o dia. Essa heterogeneidade condiciona movimentos das massas de ar (ventos) e de água (correntes oceânicas), responsáveis por diversas características do clima e de suas alterações.
Apenas 3% da água do planeta não estão nos oceanos. Neles ocorre alta produção de vapor, que é deslocado por ventos até a superfície terrestre, onde a evaporação é menor.
Conforme o vapor de água sobe a atmosfera, ele encontra menor temperatura e pressão, e tende a formar gotículas que constituem nuvens. Quando os movimentos de ar deslocam as nuvens contra uma serra, ela é forçada a subir mais, o que pode provocar sua precipitação, geralmente na forma de chuva ou de neblina. O mesmo ocorre quando uma massa de ar frio (frente fria) encontra uma massa de ar quente e úmido.
A água que se precipita, seja através de chuva, neve, granizo, etc. pode, em sua forma líquida, infiltrar-se no solo e subsolo, ou escoar superficialmente, tendendo sempre a escorrer para regiões mais baixas e podendo, assim, alcançar os oceanos. Nesse percurso e nos oceanos, ela pode evaporar diretamente, como também pode ser captada pelos seres vivos.
Durante a fotossíntese dos organismos clorofilados, a água é decomposta: os hidrogênios são transferidos para a síntese de substâncias orgânicas e o oxigênio constitui o O2 que é liberado.
Durante a respiração, fotossíntese e diversos outros processos bioquímicos, são produzidas moléculas de água.
As plantas terrestres obtêm água do solo pelas raízes, e perdem-na por transpiração. Os animais terrestres que ingerem, e a perdem por transpiração, respiração e excreção.
Através desses processos, a água circula entre o meio físico e os seres vivos continuamente.
As ações humanas podem esgotar o fornecimento da água subterrânea, causando uma escassez e o conseqüente afundamento da terra ao extrair-se o líquido. Ao remover a vegetação, a água flui sobre o solo mais rapidamente, de modo que tem menos tempo para ser absorvida na superfície. Isto provoca um esgotamento da água subterrânea e a erosão acelerada do solo.
O C é o elemento básico da construção da vida. C está presente nos compostos orgânicos (aqueles presentes ou formados pelos organismos vivos) e nos inorgânicos, como grafite e diamante. C combina-se e é química e biologicamente ligado aos ciclos do O e H para formar os compostos da vida. CO2 é o composto orgânico de C mais abundante na atmosfera, mas compostos orgânicos como Ch2 ocorrem em menor quantidade. Parte do ciclo do C é inorgânica, e, os compostos não dependem das atividades biológicas. O CO2 é solúvel em água, sendo trocado entre a atmosfera e a hidrosfera por processo de difusão. Na ausência de outras fontes, a difusão de CO2 continua em um outro sentido até o estabelecimento de um equilíbrio entre a quantidade de CO2 na atmosfera acima da água e a quantidade de CO2 na água. Co2 entra nos ciclos biológicos por meio da fotossíntese, e, a síntese de compostos orgânicos constituídos de C, H, O, a partir de CO2 e água, e energia proveniente da luz.
Carbono deixa a biota através da respiração. Processo pelo qual os compostos orgânicos são quebrados, liberando CO2, ou seja, C inorgânico, CO2 e HCO3- são convertidos em C orgânico pela fotossíntese, CO2 é retirado pelas plantas na terra e nos processos com o auxílio da luz solar, através da fotossíntese. Os organismos vivos usam esse C e o devolvem pelo processo inverso: o da respiração, decomposição e oxidação dos organismos vivos. Parte desse C é enterrado dando origem aos combustíveis fósseis. Quando o carvão (ou petróleo) é retirado e queimado, o C que está sendo liberado (na forma de CO2) pode ter sido parte do DNA de um dinossauro, o qual em breve pode fazer parte de uma célula animal ou vegetal.
Praticamente todo o C armazenado na crosta terrestre está presente nas rochas sedimentares, particularmente como carbonatos. As conchas dos organismos marinhos são constituídas de CaCO3 que esses organismos retiram da água do mar. Quando da morte desses, as conchas dissolvem-se ou incorporam-se aos sedimentos marinhos, formando, por sua vez, mais rochas sedimentares. O processo, de bilhões de anos, retirou a maioria do CO2 da atmosfera primitiva da Terra, armazenando-o nas rochas. Os oceanos, segundo maior reservatório de CO2, em C dissolvido e sedimentado, têm cerca de 55 vezes mais quantidade de CO2 que a da atmosfera. Os solos têm 2 vezes mais que a atmosfera, as plantas terrestres têm aproximadamente à da atmosfera.
A formação dos sedimentos tectônicos contendo CO2 e a subseqüente reciclagem e decomposição nos processos tectônicos têm um tempo de residência de cerca de milhares de anos. A transformação do C presente nos organismos vivos por sedimentação e intemperismo envolve uma escala de tempo similar, embora as magnitudes sejam menores que para os carbonatos. Contudo, tais fluxos naturais estão sendo superados em muito pela quantidade de C que retorna à atmosfera pela queima dos combustíveis fósseis. Esta é a maior perturbação ao ambiente global causada pelo homem. Há ainda o desflorestamento e outras mudanças no uso da terra. Como resultado dessas perturbações, a (CO2)atm foi de 288 ppm, em 1850, para além de 350 ppm, em 1990. O aumento representa cerca de 50% do total de C que entra na atmosfera. A queima de combustíveis fósseis libera para a atmosfera 5 - 6 bilhões de m³ de C/ano, mas só são medidos cerca de 3. De 2 - 3 unidades são "perdidas". Algumas plantas terrestres podem ter respondido ao aumento do (CO2)atm, elevando sua capacidade de fotossíntese.
Cerca de 99,9% de todo o C da Terra está armazenado em rochas, como CaCO3 insolúvel ou proveniente da sedimentação da matéria orgânica. Em última instância, o CO2 extra, proveniente da queima dos combustíveis fósseis, precisa retornar à crosta. A taxa de remoção de C dos oceanos e, em última instância, da atmosfera depende do intemperismo das rochas da crosta para liberar íons metálicos como Ca+2, que formam os carbonatos insolúveis. O aumento do intemperismo deveria responder à variação da temperatura global, pois a maioria das reações químicas é acelerada como o aumento da temperatura. A presença da vida pode, portanto, acelerar o intemperismo devido ao aumento da acidez dos solos devido, por sua vez, ao aumento de CO2 e aos ácidos húmicos produzidos quando da decomposição das plantas. As raízes das plantas também facilitam a destruição física das rochas. Assim, a temperatura global pode estar ligada ao ciclo do C. Adeptos da hipótese Gaia sugerem que a vida na terra exerce controle deliberado sobre a composição da atmosfera, mantendo a temperatura adequada.
Durante o verão, as florestas realizam mais fotossíntese, reduzindo a concentração de CO2. No inverno, o metabolismo da biota libera CO2.
Sua grande importância consiste no fato dele contribuir com aproximadamente 80% do total de CO2 trocado entre a parte sólida da Terra e a atmosfera. A troca ocorre há meio bilhão de anos. CO2 atmosférico dissolve-se na água da chuva, produzindo h2CO3. Essa solução ácida, nas águas superficiais ou subterrâneas, facilita a erosão das rochas silicatadas (Si é o elemento mais abundante da crosta terrestre). Entre outros produtos, o intemperismo e a erosão provocam a liberação dos íons Ca2+ e HCO3-, que podem ser lixiviados para os oceanos. Os organismos marinhos ingerem Ca2+ e HCO3- e os usam para construção de suas conchas carbonatadas. Quando esses organismos morrem, as conchas depositam-se, acumulando-se como sedimentos ricos em carbonatos. Esse sedimento de fundo, participando do ciclo tectônico, pode migrar para uma zona cuja pressão e calor fundem parcialmente os carbonatos. A formação desse magma libera CO2 que escapa para a atmosfera pelos vulcões. Aí, pode combinar-se novamente com a água da chuva, completando o ciclo.
O ciclo do carbonato-silicato contribui para a estabilidade da temperatura atmosférica. Exemplo: se uma mudança climática aumenta a temperatura do oceano, a taxa de evaporação de água para a atmosfera aumenta e, conseqüentemente, a quantidade de chuva. Aumentando-se as precipitações, aumenta-se o intemperismo, e assim, o fluxo de Ca2+ e HCO3- para o mar. Os organismos marinhos retiram esses íons da água e quando morrem contribuem para os grandes estoques de C dos sedimentos marinhos. O resulto líquido é a remoção do CO2 atmosférico. Assim, uma menor quantidade da energia emitida pela superfície terrestre é aprisionada e a atmosfera resfria-se, completando o ciclo de contribuição negativa para o aumento da temperatura da atmosfera.
Cadeias de átomos de carbono, ligado uns aos outros, são características das moléculas orgânicas. A glicose, por exemplo, é constituída por uma cadeia de seis átomos de carbono, em torno da qual se arranjam seis átomos de oxigênio e doze de hidrogênio (C6h62O6).
Em uma teia alimentar, são os produtores que originam as substâncias orgânicas. Os consumidores e decompositores apenas transformam a matéria orgânica obtida do nível trófico anterior.
São os produtores, portanto, que retiram carbono do reservatório abiótico e o introduzem no meio biótico. É do CO2 (gás carbônico ou dióxido de carbono) que o carbono é retirado, através principalmente da fotossíntese, sendo então incorporado às substâncias orgânicas. Esse processo é denominado fixação de CO2.
Ficar incorporado aos tecidos vivos, constituindo estruturas ou participando de processos bioquímicos. O carbono pode, assim, passar de um nível trófico para o seguinte;
Retornar ao meio físico na forma de CO2, quando a substância orgânica é utilizada como fonte de energia na respiração aeróbia de produtores, consumidores e decompositores.
Note que as duas possibilidades acima ocorrem, simultaneamente, em cada ser vivo. Após sua morte, os tecidos serão lentamente decompostos, liberando-se assim o carbono remanescente.
Em certas condições a matéria orgânica pode ficar protegida da ação dos decompositores, sofrendo então lentas transformações químicas. Assim se originaram os depósitos de carvão e petróleo. Quando queimados, esses combustíveis fósseis liberam CO2, devolvendo à atmosfera átomos de carbono que há milhões de anos compunham tecidos vivos.
N é essencial para todas as formas de vida, pois está presente na estrutura dos aminoácidos. A vida mantém o N na forma molecular, N2, na atmosfera em quantidade maior que Nh2 ou em óxidos, N2O, NO e NO2, ou em compostos com H, NH, HNO2 e HNO3. N2 é pouco reativo, tendendo a formar pequenos compostos inorgânicos. A maioria dos organismos não pode usar N2 diretamente sendo necessária muita energia para quebrar a ligação N - N. Uma vez isolados, os átomos de N podem converter-se em amônia, nitrato ou aminoácidos: o processo chama-se fixação e só ocorre por ação da luz ou da vida, sendo o último o grande responsável.
O processo biológico é tão importante, que várias plantas estabelecem uma simbiose com bactérias capazes de fixar nitrogênio. A diminuição de nitrogênio em solos agrícolas pode ser reduzida por rotação de culturas. Ex: soja, que fixa N, pode estar em rotatividade com milho, que não fixa, e, assim, aumentar a fertilidade do solo. Se as bactérias apenas fixassem nitrogênio, N2 seria removido da atmosfera. As bactérias também realizam o processo inverso: a imobilização. Tanto a remoção de N2, como a incorporação são processos controlados por bactérias. N é fertilizante e contaminante das águas subterrâneas. Fontes industriais e descargas elétricas podem fixar N. N fixo significa N não ligado, ou seja, N atômico. Fixação industrial é hoje a maior fonte de N. Óxidos de N são formados a altas temperaturas quando N2 e O2 estão presentes. Os óxidos de N são a maior fonte poluidora proveniente dos automóveis. N2O diminui a camada de O3 na estratosfera. N é ao mesmo tempo essencial e tóxico. É essencial a todas as formas de vida e participa de vários processos industriais, liberando produtos tóxicos.
O nitrogênio participa das moléculas de proteínas, ácidos nucléicos e vitaminas. Embora seja abundante na atmosfera (78% dos gases), a forma gasosa (N2) é muito estável, sendo inaproveitável para a maioria dos seres vivos. O processo que remove N2 do ar e torna o nitrogênio acessível aos seres vivos é denominado fixação do nitrogênio.
A fixação de N2 em íons nitrato (NO3-) é a mais importante, pois é principalmente sob a forma desse íon que as plantas absorvem nitrogênio do solo.
A fixação pode ocorrer por processos físicos, como sob ação de relâmpagos durante tempestades, e também por processos industriais, quando se criam situações de altíssima pressão e temperatura para a produção de fertilizantes comerciais. A fixação biológica, porém, é a mais importante, representando 90% da que se realiza no planeta.
A fixação biológica do nitrogênio é realizada por bactérias de vida livre no solo, por bactérias fotossintéticas, por cianofíceas (algas azuis), e principalmente por bactérias do gênero Rhizobium, que somente o fazem quando associadas às raízes de plantas leguminosas - soja, alfafa, ervilha, etc. Nessas raízes formam-se nódulos densamente povoados pelas bactérias, onde ocorre a fixação de N2 até a formação de nitrato. Essas plantas podem assim desenvolver-se mesmo em solos pobres desse íon.
Além da atmosfera, outro reservatório de nitrogênio é a própria matéria orgânica. Os decompositores que promovem a putrefação transformam compostos nitrogenados em amônia (Nh2), processo denominado amonificação.
As bactérias Nitrosomonas transformam a amônia em nitrito (NO2-) (nitrosação) e as Nitrobacter o transformam em nitrato (nitratação). Esse processo todo é denominado nitrificação, e estas bactérias são conhecidas genericamente como nitrificantes.
O retorno do nitrogênio á atmosfera é promovido no processo de desnitrificação, realizado por bactérias desnitrificantes, que transformam o nitrato em nitrogênio gasoso (N2).
O solo, fonte de nitrato para as plantas terrestres, é também importante exportador de sais para os ecossistemas aquáticos, geralmente veiculados pela água de chuvas.
P é um dos elementos essenciais à vida, é um nutriente limitante do crescimento de plantas, especialmente em ambientes aquáticos e, por outro lado, se presente em abundância causa sérios problemas ambientais. Se, por exemplo, grande quantidade de P, geralmente utilizado como fertilizante e em detergentes, entra em um lago (principalmente se este for o caso), esse nutriente pode causar aumento da população de bactérias e algas verdes (fotosssintéticas). Devido ao crescimento intenso, esses organismos podem cobrir toda a superfície do lago, inibindo a entrada de luz e provocando, conseqüentemente a morte de plantas que vivem abaixo da superfície. Quando as plantas subsuperficiais morrem, assim como as algas e bactérias superficiais, todas são consumidas por outras bactérias que usam o CO2 dissolvido no lago ao se alimentares. Se o nível de O2 tornar-se muito baixo, a vida aquática fica comprometida. Os peixes morrerão e desenvolver-se-ão bactérias anaeróbias.
Fonte: www.coladaweb.com
Materialmente a Terra é um sistema quase fechado; muito pouca matéria entra ou sai; as transformações sobre ou dentro dela precisam vir de combinações de matéria já existente. Energeticamente, contudo, a Terra é um sistema aberto. Recebe energia constante do sol que precisa re-irradiar de volta para o espaço a fim de manter uma temperatura controlada. A energia flui para a terra e retorna para fora novamente. A matéria precisa fluir em ciclos.
Os elementos necessários à vida - água, carbono, oxigênio, nitrogênio, etc. - passam por ciclos biogeoquímicos que mantêm sua pureza e a capacidade de serem aproveitados pelas coisas vivas.
A biogeoquímica é o estudo das trocas de materiais entre os componentes vivos (biótica) e não vivos (abiótica).
O ciclo da água é movido pela energia solar. Esta energia faz evaporar a água dos oceanos, dos lagos, dos rios e das superfícies úmidas do solo e provoca transpiração das folhas e dos corpos de outros organismos vivos.
As moléculas de água vão da superfície terrestre para a atmosfera, onde, junto com outros compostos moleculares, dão origem às nuvens. O retorno dessa água para a superfície se dá na forma líquida (chuva) ou na forma sólida (neve, granizo).
Quando a chuva ou a neve atingem o chão, uma parte é absorvida pelo solo, onde forma os lençóis subterrâneos, ou é absorvida pelas plantas. O restante forma a água de escoamento que se junta às nascentes e às fontes de lençóis freáticos para formar os lagos e os rios que alimentam os oceanos, fechando assim o ciclo da água.
O carbono é o elemento essencial na composição da matéria orgânica. Depois da água, é o elemento que entra em maior quantidade na constituição dos organismos vivos. O ciclo do carbono envolve um estágio sólido e um gasoso. O estágio sólido representa o carbono encerrado nas rochas (pedras calcárias) e nos combustíveis fósseis, como hulha e petróleo, fixados pela fotossíntese durante milhões de anos.
Quando estes são queimados, ou através de atividades vulcânicas, o carbo, sob a forma de CO2 (dióxido de carbono), é transferido para a atmosfera. A respiração dos organismos vivos, a decomposição de organismos mortos, a queima de combustíveis dos veículos automotivos e das máquinas a motor também contribuem com CO2 para a atmosfera. Nos vegetais, o carbono entra na forma de CO2 pelas folhas, através dos estômatos, no processo fotossintético. Também na forma de CO2 sai pela respiração dos vegetais, dos animais e dos decompositores.
O nitrogênio constitui aproximadamente 79% de nossa atmosfera.Os organismos vivos, excetuando-se algumas bactérias e algas, não conseguem fixá-lo diretamente na forma como o encontram no ar. Através de fenômenos eletroquímicos (raios) e fotoquímicos (sol), o N2 combina-se com o oxigênio e a água da atmosfera, formando os nitratos (NO3) - forma mais utilizada pelas plantas - que se precipitam para o solo.
As plantas dependem do nitrato contido no solo para seu crescimento. Essa forma de nitrogênio inorgânico transfere-se para o organismo animal pela alimentação.
O nitrogênio é um dos elementos mais importantes para a constituição das células e, portanto, de todos os seres vivos. Participa obrigatoriamente das moléculas de proteínas e de outros compostos orgânicos essenciais à vida.
Durante suas vidas, as aves os répteis e os insetos eliminam resíduos nitrogenados na forma de ácido úrico. Os mamíferos excretam os restos nitrogenados na forma de uréia. Com a morte desses seres, os compostos nitrogenados são decompostos em substâncias simples por organismos que habitam o solo. AS bactérias decompositoras agem, liberando o nitrogênio na forma de amônia (Nh2) que se transforma em nitritos (NO2) e estes em nitratos (NO3), que podem ser reaproveitados pelos vegetais ou, sob a ação de outras bactérias, são transformados em N2 livre, retornando à atmosfera e fechando assim o ciclo.
O oxigênio representa cerca de 21% do ar atmosférico, sendo de vital importância para os seres vivos, quer usado nos processos energéticos, quer nos processos respiratórios.
As únicas fontes que convertem o CO2 em O2 (oxigênio) são os vegetais clorofilados realizadores de fotossíntese.
Desse O2 livre produzido, uma parte é absorvida pelos seres vivos através do processo da respiração e devolvida à atmosfera sob a forma de CO2 e h2O, isto é, oxigênio combinado. Outra parte é dissolvida nas águas que também possuem O2 livre proveniente da atividade fotossintetizadora de algas e de outros vegetais aquáticos. Quando a temperatura da água se eleva ou ocorre saturação de O2, ela começa desprendê-lo, retornando à atmosfera parte desse oxigênio dissolvido.
O fósforo constitui um importante componente da substância viva, além de estar ligado ao metabolismo respiratório e fotossintético. Daí seu uso com adubo.
Na natureza é um elemento encontrado em pequena quantidade em relação às necessidades dos seres vivos e seu grande reservatório são as rochas fosfatadas.
A erosão do solo pelas águas ou pelos ventos desagrega essas rochas e esses fósforo mineral é levado para os oceanos. Uma grande parte é sedimentada nas profundezas e não será aproveitada. A pequena parte aproveitada pelos seres marinhos, entre eles certas aves marinhas, é restituída ao solo, de onde pode novamente ser retirado pela plantas.
O organismo animal entra no ciclo ao se alimentar desses vegetais. Após sua morte ou por excreções (fezes, urina) lançadas por esses organismos durante sua vida, os compostos contendo fósforo retornam ao solo onde são decompostos por bactérias e fungos, fechando assim seu ciclo.
É um ciclo que envolve um estágio sólido e um gasoso onde os organismos (especialmente os microorganismos), que obtêm energia a partir da oxidação química de compostos inorgânicos, exercem papéis fundamentais. Processos geoquímicos e metereológicos tais como erosão, lixiviação (arraste por lençóis freáticos) e ação da chuva são importantes na recuperação do enxofre dos sedimentos mais profundos.
Quando as plantas e os animais mortos são decompostos pelos microorganismos saprófitos aeróbios e anaeróbios, destes últimos desprende-se gás sulfídrico (h2S). Parte desse gás é reconvertidaem sulfato por bactérias sulfurosas especializadas. A outra parte é transformada em enxofre (S) por certas bactérias que obtêm sua energia a partir dessa transformação química.
Assim, os ciclos biogeoquímicos combinam-se para formar um mecanismo de controle complexo que mantém condições favoráveis à vida.
Fonte: www.pr.gov.br
Os animais obtêm nitrogênio para a elaboração das proteínas essenciais à vida a partir dos vegetais ou de outras proteínas animais presentes nos alimentos, enquanto as plantas sintetizam suas proteínas a partir de compostos nitrogenados inorgânicos que retiram do solo e, até certo ponto, do nitrogênio livre na atmosfera.
O nitrogênio é um ametal do grupo Va da tabela periódica, de símbolo químico N. É o elemento mais abundante da atmosfera terrestre e está presente em todos os seres vivos. Apresenta dois isótopos estáveis e forma o gás nitrogênio (N2), insípido, inodoro e incolor. Por sua alta energia de ligação, o nitrogênio molecular não reage facilmente com outras substâncias e, sob condições normais, é relativamente inerte à maioria dos reagentes.
Atribui-se a Daniel Rutherford a descoberta do nitrogênio em 1772, porque o cientista foi o primeiro a publicar suas descobertas, mas, na Grã-Bretanha, os químicos Joseph Priestley e Henry Cavendish e, na Suécia, Carl Wilhelm Scheele também descobriram o elemento na mesma época. Lavoisier, o primeiro a reconhecer que se tratava de um elemento químico independente e a identificá-lo em certos compostos minerais, deu-lhe o nome de azoto (do grego a, “sem”, e zoe, “vida”) em razão de sua incapacidade para manter a vida e alimentar a combustão. O nome nitrogênio foi criado em 1790, por Jean-Antoine Chaptal, após a descoberta de sua relação com o ácido nítrico.
Entre os elementos, o nitrogênio é o sexto em abundância no universo. Constitui cerca de 78% do volume atmosférico. Encontra-se nitrogênio livre em muitos meteoritos, nos gases de vulcões, minas e em algumas fontes minerais, no Sol, em estrelas e nebulosas. Em combinação com outros elementos, ocorre nas proteínas; no salitre do Chile (nitrato de sódio, NaNO3), muito usado como fertilizante; na atmosfera, na chuva, no solo e no guano (adubo natural formado a partir da decomposição dos excrementos e cadáveres de aves marinhas), sob a forma de amônia e sais de amônio; e na água do mar, como íons de amônio (Nh2+), nitrito (NO2¯) e nitrato (NO3¯).
A produção comercial de nitrogênio se realiza por destilação fracionada do ar líquido, mediante a qual se elimina o oxigênio da mistura. Esse processo é possível graças à grande diferença entre os pontos de ebulição de ambos os elementos. Em escala reduzida, o nitrogênio puro é obtido em laboratório por inúmeras reações de oxidação da amônia e seus derivados ou por redução de compostos oxigenados do nitrogênio. Entre os mais comuns, citam-se a decomposição térmica do dicromato de amônio e do nitrito de amônio.
Quase inerte, o nitrogênio gasoso se emprega na indústria química como solvente, como protetor de outros produtos contra eventuais riscos de oxidação ou deterioração ou como inibidor de possíveis combustões e explosões.
Na indústria alimentícia, é utilizado em estado gasoso para prevenir a oxidação e o aparecimento de mofo ou insetos. Em estado líquido, é usado nos sistemas de refrigeração e como congelante seco. O baixo ponto de ebulição do nitrogênio recomenda seu uso como agente criogênico para a maioria das substâncias químicas e proporciona valiosos dados sobre o comportamento da matéria a baixas temperaturas.
As indústrias metalúrgica e elétrica recorrem ao nitrogênio para prevenir a oxidação. O caráter estável e a baixa reatividade do nitrogênio gasoso recomendam seu emprego no fabrico de espumas de borracha e plásticos, na obtenção de aerossóis e na pressurização de propulsores líquidos para jatos de reação. Na medicina, a substância também é largamente aproveitada, por seu rápido congelamento, como conservante de sangue, sêmen, tecidos, bactérias etc.
O nitrogênio é um dos elementos indispensáveis à vida. Incapazes de assimilar nitrogênio livre ou proveniente de compostos inorgânicos, os animais retiram-no de outros animais ou de vegetais, estes sim capazes de assimilar compostos nitrogenados inorgânicos extraídos do solo. O consumo do nitrogênio do solo se compensa pela adição de fertilizantes ou por processos naturais: o nitrogênio do ar pode ser fixado por meio de descarga elétrica na atmosfera; forma-se ácido nítrico, que é conduzido pela chuva ao solo, onde forma nitratos.
Outra forma de fixação do nitrogênio pode ser observada em dois tipos de bactérias: (1) as do gênero Rhizobium, que se alojam nos nódulos das raízes das leguminosas e sintetizam, com o nitrogênio do ar, compostos orgânicos nitrogenados utilizados pela planta na síntese das proteínas; (2) as saprófitas (Azotobacter e Clostridium), que combinam o nitrogênio atmosférico com carboidratos. Na decomposição de restos animais e vegetais, o nitrogênio dos mesmos se transforma principalmente em amônia (amonificação), por ação das bactérias amonificantes. A amônia formada pode ser atacada pelas bactérias nitrificantes, para produzir nitrito. Este, sob a ação das Nitrobacter, passa a nitrato. As bactérias desnitrificantes podem reduzir nitratos novamente a nitrogênio, que retorna à atmosfera.
Como as jazidas de salitre do Chile têm capacidade limitada, tornou-se necessário utilizar o nitrogênio atmosférico, que é praticamente inesgotável. Esse aproveitamento exige a fixação do nitrogênio, isto é, sua combinação com outros elementos.
A passagem de uma descarga elétrica através do ar provoca a combinação do nitrogênio com o oxigênio para formar NO, que passa depois a NO2. O NO2 dissolvido em água produz ácido nítrico. Em água de cal produz nitrato de cálcio.
Submetido a temperatura elevada, o nitrogênio produz, com carbureto de cálcio, a cianamida cálcica: CaC2 + N2 =>CaCN2 + C. O carbureto de cálcio se obtém por aquecimento da cal em forno elétrico. O nitrogênio, que deve ter a pureza de pelo menos 99,8%, é obtido do ar líquido. A hidrólise da cianamida produz amoníaco: CaCN2 + 3h2O =>2Nh2 + CaCO3.
Quando se passa nitrogênio sobre uma mistura de carbono e carbonato de sódio aquecida ao rubro, obtém-se cianeto de sódio, segundo a equação: Na2CO3 + 4C + N2 =>2NaCN + 3CO. O ferro age como catalisador. As tentativas de aplicação industrial não obtiveram sucesso.
Método da síntese direta do amoníaco:
O nitrogênio combina-se com o hidrogênio, no principal processo de obtenção de Nh2, segundo a reação: 2N2 + 3h2 =>2Nh2.
O amoníaco (Nh2), conhecido pelo odor característico e irritante, é um gás incolor resultante da combinação direta do nitrogênio com o hidrogênio sob temperatura elevada, comercializado normalmente como solução aquosa. Se emprega como fertilizante e como fonte de vários compostos nitrogenados comercialmente importantes. O principal método comercial de síntese de amoníaco é o processo de Haber-Bosch.
Outro composto nitrogenado, o ácido nítrico (HNO3) é um ácido forte, também de larga aplicação científica e industrial. O caráter oxidante, comparável ao do ácido sulfúrico, justifica seu uso nos processos de oxidação-redução de metais para produzir sais (nitratos). Prata, mercúrio e cobre reagem com o ácido concentrado para produzir NO2 e com ácido diluído para dar origem a NO. Ouro, platina, irídio, ródio, lantânio e titânio não são atacados. Misturado ao ácido clorídrico na proporção de um para três, é chamado água-régia, pois ataca os metais nobres, inclusive o ouro.
De menor ação corrosiva, o ácido nitroso não existe em estado puro, mas só em solução resultante da decomposição à temperatura ambiente em óxido, ácido nítrico e água. Os nitritos e nitratos, sais respectivamente derivados dos ácidos nitroso e nítrico, são habitualmente usados em fertilizantes.
Os óxidos nitroso e nítrico são substâncias de alta reatividade, enquanto o dióxido de nitrogênio apresenta maior estabilidade interna. Juntamente com o óxido nítrico, o dióxido de nitrogênio se encontra em pequena proporção na atmosfera. Oriundo de resíduos industriais da indústria química, é um poderoso agente de contaminação ambiental.
Fonte: www.tabelaperiodica.hpg.com.br
Materialmente a Terra é um sistema quase fechado; muito pouca matéria entra ou sai; as transformações sobre ou dentro dela precisam vir de combinações de matéria já existente. Energeticamente, contudo, a Terra é um sistema aberto. Recebe energia constante do sol que precisa re-irradiar de volta para o espaço a fim de manter uma temperatura controlada. A energia flui para a terra e retorna para fora novamente. A matéria precisa fluir em ciclos.
Os elementos necessários à vida - água, carbono, oxigênio, nitrogênio, etc. - passam por ciclos biogeoquímicos que mantêm sua pureza e a capacidade de serem aproveitados pelas coisas vivas.
A biogeoquímica é o estudo das trocas de materiais entre os componentes vivos (biótica) e não vivos (abiótica).
O ciclo da água é movido pela energia solar. Esta energia faz evaporar a água dos oceanos, dos lagos, dos rios e das superfícies úmidas do solo e provoca transpiração das folhas e dos corpos de outros organismos vivos.
As moléculas de água vão da superfície terrestre para a atmosfera, onde, junto com outros compostos moleculares, dão origem às nuvens. O retorno dessa água para a superfície se dá na forma líquida (chuva) ou na forma sólida (neve, granizo).
Quando a chuva ou a neve atingem o chão, uma parte é absorvida pelo solo, onde forma os lençóis subterrâneos, ou é absorvida pelas plantas. O restante forma a água de escoamento que se junta às nascentes e às fontes de lençóis freáticos para formar os lagos e os rios que alimentam os oceanos, fechando assim o ciclo da água.
O carbono é o elemento essencial na composição da matéria orgânica. Depois da água, é o elemento que entra em maior quantidade na constituição dos organismos vivos. O ciclo do carbono envolve um estágio sólido e um gasoso. O estágio sólido representa o carbono encerrado nas rochas (pedras calcárias) e nos combustíveis fósseis, como hulha e petróleo, fixados pela fotossíntese durante milhões de anos.
Quando estes são queimados, ou através de atividades vulcânicas, o carbo, sob a forma de CO2 (dióxido de carbono), é transferido para a atmosfera. A respiração dos organismos vivos, a decomposição de organismos mortos, a queima de combustíveis dos veículos automotivos e das máquinas a motor também contribuem com CO2 para a atmosfera. Nos vegetais, o carbono entra na forma de CO2 pelas folhas, através dos estômatos, no processo fotossintético. Também na forma de CO2 sai pela respiração dos vegetais, dos animais e dos decompositores.
O nitrogênio constitui aproximadamente 79% de nossa atmosfera.Os organismos vivos, excetuando-se algumas bactérias e algas, não conseguem fixá-lo diretamente na forma como o encontram no ar. Através de fenômenos eletroquímicos (raios) e fotoquímicos (sol), o N2 combina-se com o oxigênio e a água da atmosfera, formando os nitratos (NO3) - forma mais utilizada pelas plantas - que se precipitam para o solo.
As plantas dependem do nitrato contido no solo para seu crescimento. Essa forma de nitrogênio inorgânico transfere-se para o organismo animal pela alimentação.
O nitrogênio é um dos elementos mais importantes para a constituição das células e, portanto, de todos os seres vivos. Participa obrigatoriamente das moléculas de proteínas e de outros compostos orgânicos essenciais à vida.
Durante suas vidas, as aves os répteis e os insetos eliminam resíduos nitrogenados na forma de ácido úrico. Os mamíferos excretam os restos nitrogenados na forma de uréia. Com a morte desses seres, os compostos nitrogenados são decompostos em substâncias simples por organismos que habitam o solo. AS bactérias decompositoras agem, liberando o nitrogênio na forma de amônia (Nh2) que se transforma em nitritos (NO2) e estes em nitratos (NO3), que podem ser reaproveitados pelos vegetais ou, sob a ação de outras bactérias, são transformados em N2 livre, retornando à atmosfera e fechando assim o ciclo.
O oxigênio representa cerca de 21% do ar atmosférico, sendo de vital importância para os seres vivos, quer usado nos processos energéticos, quer nos processos respiratórios.
As únicas fontes que convertem o CO2 em O2 (oxigênio) são os vegetais clorofilados realizadores de fotossíntese.
Desse O2 livre produzido, uma parte é absorvida pelos seres vivos através do processo da respiração e devolvida à atmosfera sob a forma de CO2 e h2O, isto é, oxigênio combinado. Outra parte é dissolvida nas águas que também possuem O2 livre proveniente da atividade fotossintetizadora de algas e de outros vegetais aquáticos. Quando a temperatura da água se eleva ou ocorre saturação de O2, ela começa desprendê-lo, retornando à atmosfera parte desse oxigênio dissolvido.
O fósforo constitui um importante componente da substância viva, além de estar ligado ao metabolismo respiratório e fotossintético. Daí seu uso com adubo.
Na natureza é um elemento encontrado em pequena quantidade em relação às necessidades dos seres vivos e seu grande reservatório são as rochas fosfatadas.
A erosão do solo pelas águas ou pelos ventos desagrega essas rochas e esses fósforo mineral é levado para os oceanos. Uma grande parte é sedimentada nas profundezas e não será aproveitada. A pequena parte aproveitada pelos seres marinhos, entre eles certas aves marinhas, é restituída ao solo, de onde pode novamente ser retirado pela plantas.
O organismo animal entra no ciclo ao se alimentar desses vegetais. Após sua morte ou por excreções (fezes, urina) lançadas por esses organismos durante sua vida, os compostos contendo fósforo retornam ao solo onde são decompostos por bactérias e fungos, fechando assim seu ciclo.
É um ciclo que envolve um estágio sólido e um gasoso onde os organismos (especialmente os microorganismos), que obtêm energia a partir da oxidação química de compostos inorgânicos, exercem papéis fundamentais. Processos geoquímicos e metereológicos tais como erosão, lixiviação (arraste por lençóis freáticos) e ação da chuva são importantes na recuperação do enxofre dos sedimentos mais profundos.
Quando as plantas e os animais mortos são decompostos pelos microorganismos saprófitos aeróbios e anaeróbios, destes últimos desprende-se gás sulfídrico (h2S). Parte desse gás é reconvertidaem sulfato por bactérias sulfurosas especializadas. A outra parte é transformada em enxofre (S) por certas bactérias que obtêm sua energia a partir dessa transformação química.
Assim, os ciclos biogeoquímicos combinam-se para formar um mecanismo de controle complexo que mantém condições favoráveis à vida.
Fonte: www.pr.gov.br
O nome já diz tudo. Ciclo, pois os elementos em estudo realizam uma volta, uma ciclagem, que envolve a participação de organismos vivos ("bio"), etapas abióticas de escala planetária ("geo") e diversas transformações ou reações químicas.
Um pequeno esforço de memória e os quatro ciclos mais importantes aparecem em sua mente: o da água, o do gás carbônico, o do oxigênio e o do nitrogênio. O da água quase pode ser resumido na palavra evapotranspiração. Só falta a chuva para completar o ciclo.
No ciclo do carbono, devemos lembrar a possibilidade de fixação do elemento nos organismos vivos, sobretudo nas plantas, que fazem uma primeira fixação através da fotossíntese. A respiração, a decomposição e a queima dos organismos devolvem à atmosfera o carbono (no CO2). A queima de combustíveis fósseis também entra nessa categoria de retorno. Lembre-se também de que o CO2 é um grande vilão na questão do efeito estufa.
O ciclo do oxigênio depende do equilíbrio entre fotossíntese e respiração. Não fosse a questão do ozônio (nosso filtro solar natural), esse ciclo provavelmente seria ignorado. Nesse caso, o vilão mais famoso é o CFC, que nas altas camadas da atmosfera (onde está o ozônio) se quebra em Cl+CF. O cloro (Cl) combina-se com o ozônio (O3) e forma O2+ClO.
Finalmente, o ciclo que aparece em 99% das questões de vestibular: o do nitrogênio. E o motivo é simples: é o que apresenta maior dificuldade por envolver mais etapas e a participação de diferentes tipos de organismo. (Para os pessimistas, o motivo verdadeiro é que é o que tem mais nomes para decorar).
O nitrogênio corresponde a 79% da atmosfera. Nós o usamos nas nossas proteínas, só que não conseguimos retirar nitrogênio (gasoso) diretamente da atmosfera. Só as bactérias fixadoras fazem isso, produzindo amônia, que é então transformada em nitrito e depois em nitrato por outras bactérias (Nitrosomonas e Nitrobacter), sendo este absorvido pelas plantas. O fim do ciclo, com o retorno do N2 à atmosfera, dá-se pela excreção de compostos nitrogenados e pela decomposição dos organismos, seguidas da ação das bactérias desnitrificantes (amônia-N2).
Fonte: www1.uol.com.br
