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Metais Pesados
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Metais Pesados no Ensino de Química

Originalmente publicado em Química Nova na Escola, v. 3, n. 4, novembro 2011
Apoio: Sociedade Brasileira de Química
Edição: Leila Cardoso Teruya
Coordenação: Guilherme Andrade Marson

Metal pesado é um conceito muito usado em nosso dia a dia, sendo associado como uma substância tóxica, geralmente proveniente de um descarte inadequado de um rejeito no meio ambiente. Levando-se em consideração que a conceituação de metal e questões envolvendo química e meio ambiente são temas abordados no ensino médio, os metais pesados podem se tornar um importante tema contextualizador no ensino de química.

Diante desses fatos, no presente trabalho, realizou-se um estudo sobre esse tema. Inicialmente, foram abordados os diversos aspectos envolvidos na conceituação de metal pesado. Em seguida, buscou-se avaliar a transposição didática desse conceito, realizando uma análise de sua abordagem nos livros didáticos de química na educação básica. Por fim, foram propostas atividades didáticas que propiciaram a articulação entre o tema e os conteúdos programáticos da disciplina.

Conceituando os metais pesados

Ao longo das últimas décadas, diversos pesquisadores e autores reportaram definições para metal pesado. Duffus (2002), em um relatório técnico apresentado à União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), relatou os resultados de uma extensa revisão bibliográfica sobre as definições de metal pesado. Em relação às propriedades químicas, as principais definições identificadas foram:

- Massa específica: metais pesados apresentam massa específica elevada, sendo maior ou igual a um determinado valor de referência que, em função de cada publicação, varia entre 3,5 e 7,0 g/cm3;

- Massa atômica: metais pesados apresentam elevada massa atômica, sendo o sódio (massa atômica igual a 23) usado como referência;

- Número atômico: metais pesados apresentam elevado número atômico, sendo o cálcio (número atômico igual a 20) usado como referência.

Dentro desses critérios, alguns autores consideram que qualquer tipo de metal pode ser um metal pesado, enquanto outros incluem apenas os metais de transição. ção às propriedades

Além dessas definições principais, outras também foram relatadas em função de outras propriedades, como a capacidade de formar sabões ou definições que datam de antes de 1936 e empregam critérios variados, como o uso em armas de fogo.

Tendo em vista que a massa específica é uma propriedade muito utilizada para definir um metal pesado, na tabela periódica apresentada na Figura 1, são indicados os metais(exceto os transurânicos) em função das faixas de massa específica. Cabe lembrar que a massa específica é uma propriedade periódica que, de uma forma didática, em um grupo, aumenta de cima para baixo e, em um período, aumenta das extremidades para o centro.

Além das propriedades químicas utilizadas nessas definições, outros autores destacam aspectos importantes a serem considerados na conceituação de metal pesado. Hawkes (1997) observou que, além da elevada massa específica, existiam outras propriedades importantes para a sua definição: a formação de sulfetos e hidróxidos insolúveis, a formação de sais que geram soluções aquosas coloridas e a formação de complexos coloridos. Cabe destacar que a principal técnica de remoção de metais no tratamento de efluentes industriais é a precipitação, geralmente com a elevação do pH e a formação de hidróxidos insolúveis. De forma geral, para a maioria dessas classificações, o conceito metal pesado está associado com propriedades químicas que não expressam seu potencial tóxico.

Em sua revisão bibliográfica, Duffus (2002) constatou que, nas últimas décadas, o conceito metal pesado tem sido usado em várias publicações e legislações como um grupo de metais e semimetais associados com contaminações e potencial toxicidade e ecotoxidade. Entretanto, ao analisar os elementos listados como metais pesados, o autor constatou que existem diferenças em relação aos textos, o que representa uma incerteza em torno do uso desse conceito. Essa incerteza é um reflexo da evolução do entendimento e do refinamento desse conceito, tendo em vista que, ao longo do tempo, novos critérios foram sendo incorporados.

Os impactos ao ambiente e à saúde humana decorrentes do descarte de metais fizeram com que fatores ambientais e toxicológicos fossem associados à definição de metal pesado. Esses argumentos indicaram a necessidade de uma articulação multi/interdisciplinar de conceitos para melhor descrever a atual compreensão dos metais pesados. A toxicologia é a ciência que estuda os efeitos nocivos das interações das substâncias com os seres vivos (Moraes et al., 1991). Com o estudo da toxicologia, constatou-se que cada metal pode vir a apresentar um efeito toxicológico específico sobre determinado ser vivo. Além disso, outros fatores, como biodisponibilidade e espécie química, influenciam na toxidade de um elemento químico (Valls e Lorenzo, 2002).

Espécies químicas e biodisponibilidade dos metais

Um fator que afeta significativamente a toxicidade de um metal é sua espécie, que consiste na forma química na qual esse elemento se encontra. Em um estudo sobre os efeitos de um metal ao ambiente ou à saúde humana, a determinação de sua concentração total é um parâmetro importante, porém limitado, pois as propriedades variarão em função da forma química em que o elemento está presente. Na avaliação dos riscos que envolvem a presença de um determinado metal, é fundamental levar em consideração a forma de transporte e a biodisponibilidade, fatores que dependerão de sua espécie (Barra et al., 2000).

A biodisponibilidade de um elemento químico corresponde à medida do potencial que este tem para ser absorvido pelos seres vivos (Guimarães e Sígolo, 2008). A biodisponibilidade é um parâmetro diretamente associado com a espécie do elemento químico. A acumulação de metais nos organismos depende diretamente da fração de metais biodisponíveis no meio. Pode-se encontrar um metal em diferentes compartimentos de um ecossistema, mas em função da forma química como ele está presente, tem-se uma maior ou menor absorção por parte da biota.

Em corpos d’água, a toxicidade de um metal em água varia em função do pH e dos teores de carbono dissolvidos e em suspensão, visto que os metais interagem com o carbono e seus compostos, formando complexos ou sendo adsorvidos (Baird, 2002).

A forma mais tóxica de um metal não é a livre, mas quando este se encontra como cátion ou ligado a cadeias carbônicas. Nos organismos, o principal mecanismo de ação tóxica dos metais decorre de sua afinidade pelo enxofre. Assim, quando presentes em suas formas catiônicas, os metais reagem com o radical sulfidrila (-SH) presente na estrutura proteica das enzimas, alterando suas propriedades, o que pode resultar em consequências danosas ao metabolismo dos seres vivos (Baird, 2002).

Como exemplo, tem-se as espécies químicas de mercúrio. Sua principal espécie catiônica (Hg2+) está associada às partículas em suspensão que se depositarão em sedimentos nos corpos d’água. Nos sedimentos, micro-organismos convertem esse cátion em dimetilmercúrio, Hg(CH3)2, o qual, em função do pH do meio, é convertido em metilmercúrio, HgCH3. Em função de sua lipossolubilidade em ambientes aquáticos, ao passar pelas brânquias dos peixes, o metilmercúrio se difunde e acumula no tecido adiposo, em um fenômeno conhecido por bioconcentração. No interior do organismo, o metilmercúrio exercerá sua ação tóxica, interagindo com os grupos sulfidrila das enzimas.

De forma análoga ao mercúrio, outros metais pesados têm suas formas mais tóxicas quando ligados a grupamentos carbônicos. Outro exemplo é o tetrametilchumbo, Pb(CH3)4, um composto orgânico que já foi muito usado como aditivo da gasolina, mas em função de sua elevada toxidade, deixou de ser utilizado (Moreira e Moreira, 2004).

Impactos causados pelo descarte de metais pesados no meio ambiente

Os metais desempenham funções importantes no metabolismo dos seres vivos. Suas propriedades demonstram-se fundamentais na manutenção da estrutura tridimensional de biomoléculas essenciais ao metabolismo celular. No entanto, enquanto alguns metais são necessários em quantidades mínimas para os seres vivos, outros não apresentam função biológica relevante, podendo causar danos ao metabolismo (Valls e Lorenzo, 2002).

Na Figura 2, é esquematizada a influência da concentração de um metal sobre o desenvolvimento de um ser vivo. Na Figura 2a, tem-se um metal essencial ao organismo, para o qual, inicialmente, o aumento da concentração acarreta melhoria em seu desenvolvimento, que passa de deficiente para ótimo. Entretanto, acima de uma faixa de concentração ótima, o metal passa a exercer uma ação tóxica sobre o desenvolvimento do ser vivo, sendo que há um limite de concentração, acima do qual o metal é letal. Na Figura 2b, tem-se um metal não essencial ao organismo. Para este, há uma faixa de concentração em que o organismo tolera sua presença. Novamente, acima de determinados limites de concentração, este se torna tóxico e, em seguida, letal. É importante destacar que a essencialidade não é característica única dos metais, ocorrendo com outros elementos químicos.

Figura 2. Comportamento de metais no organismo: (a) essencial e (b) não essencial.

Figura 2. Comportamento de metais no organismo: (a) essencial e (b) não essencial.

Para o ser humano, existem 14 metais essenciais: cálcio, potássio, sódio, magnésio, ferro, zinco, cobre, estanho, vanádio, cromo, manganês, molibdênio, cobalto e níquel (Emsley, 2001). Dessa relação, pode-se constatar que até alguns metais considerados tóxicos em concentrações elevadas, como zinco, cobre, cromo e níquel, são fundamentais ao meta- bolismo em baixas concentrações.

A presença de um metal em um corpo d’água pode afetar os seres que ali habitam de duas formas básicas: pode ser tóxico ao organismo ou pode ser bioacumulado, tendo seu efeito potencializado ao longo da cadeia alimentar. A biomagnificação 1 ou amplificação biológica consiste no aumento progressivo da concentração do metal à medida que se avança na cadeia alimentar. A biomagnificação decorre dos seguintes fatores: a necessidade de um grande número de seres do nível trófico anterior para alimentar um ser do nível trófico posterior e o contaminante não é metabolizável, mas é lipossolúvel, acumulando-se nos tecidos gordurosos dos seres vivos. Em função desse processo, mesmo um descarte de um metal em concentração reduzida pode trazer dano a um ecossistema (Braga et al., 2002).

Um evento marcante em termos de contaminação por metais pesados e que exemplifica a biomagnificação foi registrado na década de 1950 na Baía de Minamata (Japão). Nesse local, o contínuo descarte de resíduos contendo mercúrio contaminou os peixes e, em consequência, milhares de pessoas que se alimentavam desses peixes (Baird, 2002).

Os metais podem ser encontrados em despejos de diferentes tipos de indústrias, como mineradoras, galvanoplastia, curtumes e manufaturas de produtos eletrônicos. Em relação aos metais, na Tabela 1, são apresentados os limites estabelecidos pela legislação brasileira para o descarte de efluentes e de potabilidade de água para consumo humano. Apesar dos efeitos tóxicos diferirem em relação às espécies de um metal, a legislação faz menção apenas à concentração total de cada metal.

Como se pode constatar, a legislação não se aplica a todos os metais conhecidos, mas apenas àqueles que são comumente encontrados em águas naturais ou residuárias e que podem acarretar riscos à saúde e ao meio ambiente. Analisando a tabela, observa-se que o mercúrio é o metal que apresenta a maior toxidade, visto que tem as menores concentrações limites, tanto para descarte quanto para potabilidade: 001 e 0001 mg/L, respectivamente. Já o sódio é o de menor toxidade, não havendo limite para descarte em efluentes e sua concentração máxima permitida em água potável chega a 200 mg/L.

Nota

Originalmente, o artigo também apresenta uma análise do conceito metal pesado em livros didáticos e faz considerações a respeito desse assunto como tema contextualizador no ensino de química.

  • Referências
    1. BAIRD, C. Química ambiental. Trad. M.A.L. Recio e L.C.M. Carrera. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.
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    3. BRAGA, B. Introdução à engenharia ambiental. São Paulo: Prentice Hall, 2002.
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