Introdução a Química Verde

Módulo Verde para Química Geral

Módulo Verde para Química Orgânica

Módulo Verde para Química Inorgânica

Módulo Verde para Bioquímica

Módulo Verde para Química Ambiental

Módulo Verde para Química de Polímeros

Química Orgânica Avançada

Módulo Verde para Química Toxicológica

Módulo Verde para Química Industrial

Química Verde na Universidade de Scranton
 
 

Este projeto foi desenvolvido graças a um auxílio do Programa Especial de Subsídio para as Ciências Químicas, da Fundação Camille e Henry Dreyfus. Fundos adicionais foram fornecidos pelo Projeto de Desenvolvimento de Materiais Educativos de Química Verde ACS/EPA e pela Universidade de Scranton.

Dicas para o Professor

Introdução à Química Verde
Michael C. Cann, Chemistry Department, University of Scranton

   No final dos anos 60 e começo dos 70, quando o meio ambiente recebeu muita atenção, incluindo a criação da Agência de Proteção ao Meio Ambiente (EPA) e a celebração do 1º Dia da Terra, ambos ocorrendo em 1970. Desde então, foram aprovadas mais de 100 leis relacionadas ao meio ambiente nos Estados Unidos. Estas incluem as doze principais leis, que estão listadas abaixo.
 

• Lei do Ar Limpo, de 1970. Regula as emissões de poluentes ao ar.
• Lei da Política Nacional do Meio Ambiente, de 1972. Exige, em parte, que a EPA revise as informações sobre o impacto ambiental dos principais projetos federais propostos (exemplos: rodovias, edifícios, aeroportos, parques e complexos militares).
• Lei da Água Limpa, de 1972. Estabelece os programas de subsídios para a construção de estações de tratamento da água de esgoto e um programa de regulamentação e cumprimento da lei para o despejo de poluentes na água nos EUA.
• Lei Federal para Inseticidas, Fungicidas e Raticidas, de 1972. Controla a distribuição, venda e uso de produtos pesticidas. Todos os pesticidas devem estar registrados (licenciados) pela EPA.
• Lei para o Descarte de Resíduos nos Oceanos, de 1972. Regula o despejo intencional de materiais dentro das águas oceânicas.
• Lei da Água Potável, de 1974. Estabelece padrões primários para água potável.
• Lei do Controle de Substâncias Tóxicas, de 1976. Exige a análise, o controle e a proteção de todos os produtos químicos produzidos até serem descartados.
• Lei de Conservação e Recuperação dos Recursos, de 1976. Regula os resíduos sólidos e perigosos desde a produção até o descarte.
• Lei de Pesquisa Ambiental e Demonstração de Desenvolvimento, de 1976. Autoriza todos os programas de pesquisa da EPA.
• Lei Ampla da Resposta Ambiental, Indenização e Responsabilidade, de 1980, mais conhecida como Superfundo. Estipula um superfundo federal para limpar locais com resíduos perigosos abandonados, vazamentos acidentais e outras emergências, como a emissão de poluentes no meio ambiente.
• Lei sobre Planos de Emergência e Direito de Saber da Comunidade. Exige que as indústrias informem as suas emissões de contaminantes e incentivem as comunidades locais a exigirem um planejamento para emergências químicas.
• Lei de Prevenção à Poluição, de 1990. Busca prevenir a poluição pelo incentivo às empresas para reduzir a geração de poluentes através de mudanças economicamente efetivas na produção, operação, e uso da matéria-prima.
  

   Todas estas leis, com uma exceção, tratam da poluição após ser gerada. Estas leis estão, em geral, focadas no tratamento e redução da poluição e tornaram-se conhecidas como leis de “comando e controle”. Em muitos casos, estas leis, as quais foram aprovadas no Congresso dos EUA, estabelecem o cumprimento dos limites e horários para emissão de poluição, com pouca preocupação com relação à possibilidade de a ciência/tecnologia poderem atingir estas metas e com pequena importância dada também aos custos econômicos destas leis. O risco associado a um produto tóxico é função apenas do Perigo e da Exposição. As leis “da saída dos canos ou das chaminés”, procuram controlar o Risco através da prevenção à exposição aos produtos tóxicos e perigosos. Obviamente, na maioria das vezes não se tem conseguido esta prevenção à exposição.

  Risco = f(Perigo, Exposição)

   Embora estas leis tenham realizado muito em termos de melhoramento do nosso ambiente, pelo controle da nossa exposição à substâncias perigosas, nós ainda temos um longo caminho a seguir. Por exemplo, com base no Inventário de Substâncias Tóxicas Emitidas (TRI), que é parte Lei sobre Planos de Emergência e Direito de Saber da Comunidade (EPCRA), as empresas são obrigadas a relatar o uso e/ou emissão de certas substâncias perigosas. Em 1997, as indústrias informaram que 10,8 milhões de toneladas de substâncias perigosas foram tratadas, recicladas, usadas para produção de energia, depositadas e/ou lançadas no ambiente. Esta lei inclui somente 650 dos 75000 produtos químicos em uso no comércio americano hoje, e somente as empresas que fabricam ou processam mais que 11000 kg ou usam mais que 4500 kg de uma substância presente na lista são obrigadas a informar.

   Tradicionalmente, as empresas têm subestimado as regras para o meio ambiente e as têm considerado como uma dificuldade econômica. Para cumprir os regulamentos do meio ambiente está estimado um custo entre 100 e 150 bilhões de dólares para as indústrias dos EUA. Desde que a EPA foi encarregada da implementação e cumprimento destas leis, a relação entre a indústria e a EPA tem sido de adversidade e desconfiança.

   Na última década, um novo paradigma tem emergido na EPA, anunciado, em parte pela Lei de Prevenção à Poluição, de 1990. Esta é a primeira e única lei que está focada na prevenção da poluição, ao invés do típico tratamento e remediaçao. A EPA está agora tentando se associar com a indústria para encontrar métodos mais flexíveis e economicamente viáveis não somente nas regras já existentes, mas também prevenindo a poluição na sua origem. Em 1991, a química verde tornou-se um objetivo formal da EPA (química verde na EPA). A Química Verde ou a Química Benéfica ao Meio Ambiente é o desenvolvimento de produtos e processos químicos que reduzem ou eliminam o uso e geração de substâncias perigosas.¹ Desta maneira, em vez de limitar o Risco mediante à Exposição prolongada a produtos químicos perigosos, a Química Verde tenta reduzir e, preferencialmente, eliminar o Perigo, negando assim a necessidade de controlar a Exposição. O ponto chave está no fato de que, se não usarmos ou produzirmos substâncias perigosas, então o Risco é zero, e nós não teríamos que nos preocupar com o tratamento das substâncias perigosas ou limitar nossa exposição a elas.

A Química Verde vem ganhando uma forte base de apoio nas áreas de pesquisa e desenvolvimento, tanto na indústria quanto na universidade. Diversas conferências e encontros (ex.: Química Verde e a Conferência de Engenharia) são realizados a cada ano com a química/tecnologia verde como seus focos. A Revista Green Chemistry, que estreou em 1999, o Green Chemistry Institute foi criado recentemente e os Prêmios Presidenciais Desafio em Química Verde foram criados em 1995.  
 

PRÊMIOS PRESIDENCIAIS DESAFIO EM QUÍMICA VERDE

   Os Prêmios Presidenciais Desafios em Química Verde foram anunciados em 1995 pela administração Clinton e os primeiros premiados foram anunciados em 1996. Estes prêmios são um meio de reconhecer as realizações que se destacam na química/tecnologia verde aplicada e são os únicos prêmios concedidos a nível presidencial. Os indicados para estes prêmios devem demonstrar como seu trabalho contempla ou atende a um ou mais dos seguintes critérios:

• Tornar verde as condições de reação para uma síntese tradicional (ex.: substituição de um solvente orgânico por água ou não usar nenhum solvente).
• Tornar verde uma síntese que empregue uma substância química tradicional (ex.: uma síntese onde se use biomassa ao invés de reservas petroquímicas ou o uso de catalisador em vez de reagentes estequiométricos).
• A síntese de um composto que seja menos tóxico, mas tenha as mesmas propriedades desejadas do composto já existente (ex.: um novo pesticida que seja tóxico somente para os organismos alvos e que biodegrade em substâncias benéficas ao ambiente).
  

Os exemplos de química/tecnologia verde que foram desenvolvidos abrangem quase todas as áreas da química incluindo química orgânica, bioquímica, química inorgânica, química de polímeros, toxicologia, química ambiental, físico-química, química industrial, etc. Alguns exemplos de química/tecnologia verde que ganharam o Prêmio Presidencial Desafios em Química Verde são:

• O conceito de economia de átomos, de Barry Trost que olha para os átomos utilizados e para os que viram resíduos em uma reação.
• Uma nova síntese do ibuprofeno, que é bem melhor em termos de economia de átomos e prevenção de poluição.
• O uso de dióxido de carbono residual como um agente de sopro (que não destrói a camada de ozônio, diferentemente dos agentes de sopro tradicionais, como o CFC) para espumar poliestireno.
• Desenvolvimento de surfactantes para o dióxido de carbono, possibilitando o uso de CO₂ como solvente (por exemplo em lavagem a seco).
• Desenvolvimento de ativadores oxidantes para peróxido de hidrogênio. Isto permite, por exemplo, a substituição dos branqueadores contendo cloro (que atacam a camada de ozônio) por peróxido de hidrogênio, na produção de papel.
• O desenvolvimento de novos inseticidas, que são mais específicos para os organismos alvos.
  

   Anastas e Warner desenvolveram os Doze Princípios da Química Verde, para auxiliar na avaliação de quão verde é um produto químico, uma reação ou um processo.

1. É melhor evitar a formação do resíduo do que tratar ou limpar o resíduo depois que ele é formado.
   
2. É necessário desenvolver métodos sintéticos que maximizem a incorporação de todos os materiais usados no processo ao produto final.
   
3. Sempre que praticável, é preciso desenvolver metodologias sintéticas que usem e gerem substâncias que possuam pouca ou nenhuma toxicidade à saúde humana e ao ambiente.
   
4. É preciso desenvolver produtos químicos que preservem a eficácia da sua função ao mesmo tempo em que sua toxicidade é reduzida.
   
5. O uso de substâncias auxiliares (p.ex. solventes, agentes de separação, etc.) precisa se tornar desnecessário sempre que possível e, quando usados, devem ser inócuos.
   
6. A demanda de energia precisa ser reconhecida por seus impactos econômicos e ambientais e deve ser minimizada. Os métodos sintéticos devem ser conduzidos à temperatura e pressão ambientes.
   
7. Sempre que viável econômica e tecnicamente, deve-se utilizar matéria-prima de fonte renovável.
   
8. Deve-se evitar, sempre que possível, derivatizações desnecessárias (grupos bloqueadores, proteção/desproteção, modificação temporária de processos físicos/químicos).
   
9. Reagentes catalíticos (tão seletivos quanto possível) são superiores aos reagentes estequiométricos.
   
10. É necessário desenvolver produtos químicos que, ao final de sua função, não persistam ao ambiente e se degradem em produtos inócuos.
    
11. Será necessário o desenvolvimento de metodologias analíticas que permitam um monitoramento e controle em tempo real dentro do processo, antes que substâncias danosas se formem.
    
12. Deve-se escolher substâncias e maneira de se utilizá-las em um processo químico de tal forma que o potencial para acidentes químicos, incluindo vazamentos, explosões e incêndios, seja minimizado.
    

EXPONDO OS ESTUDANTES À QUÍMICA VERDE

Em 2000, Daryle Busch, presidente da Sociedade Americana de Química disse que “a química verde representa os pilares que manterão o nosso futuro sustentável. É imperativo que se ensine o valor da química verde para os químicos do amanhã.”

 É claro que muitas indústrias e pesquisadores de muitas universidades reconhecem o significado da química verde. No entanto, muito pouca discussão sobre química verde tem encontrado o seu lugar dentro do currículo da química. Embora nós e outros² tenhamos feito somente tentativas isoladas para trazer a química verde para dentro das salas de aula, a EPA e a ACS reconheceram a necessidade de fazer um esforço em conjunto e com sustentação para esverdear o currículo de tal modo que os futuros químicos sejam ensinados a “pensar verde”. O Projeto de Desenvolvimento de Materiais Educativos para Química Verde da EPA/ACS, começou em um workshop em outubro de 1998. O objetivo deste projeto é desenvolver materiais que ajudarão na inclusão da Química Verde no currículo. Os maiores focos deste projeto são o desenvolvimento de uma Bibliografia Comentada de Química Verde, Experimentos Química Verde para o Laboratório, Exemplos de Química Verde do Mundo Real (Real-Word Cases in Green Chemistry) e cursos rápidos de química verde. John Warner, da U. Mass. Boston, está encarregado dos dois primeiros projetos e o terceiro é um projeto realizado por Michael Cann e Marc Connellly, da Universidade de Scranton.

Real-Word Cases in Green Chemistry foi publicado em março de 2000. Este trabalho, que foi publicado pela ACS, é uma tentativa de compilar e editar informação de química verde para que os professores de química possam usar esta informação para esverdear o currículo da química em suas instituições. Cada exemplo enfoca um ganhador ou indicado ao Prêmio Presidencial Desafio em Química Verde.

Para poder colorir de verde o currículo de química seguindo etapas lógicas, estamos desenvolvendo módulos de química verde para incluí-los em disciplinas específicas de química. Estes módulos estão sendo desenvolvidos pelos professores que lecionam estas disciplinas. A introdução à química verde que você está lendo agora é parte deste empreendimento.

QUESTÕES

1. O que as onze primeiras leis americanas do meio ambiente têm em comum? Como isto contrasta com a Lei da Prevenção da Poluição, de 1990?
2. Quais são os três critérios do Prêmio Presidencial Desafios em Química Verde?
3. Defina química verde.
4. Qual(is) dos Doze Princípios da Química Verde trata(m) da economia de átomos?
5. Em uma reação química, o que quer dizer substância auxiliar? Procure um exemplo de uma reação orgânica que você tenha feito e liste as substâncias auxiliares que você usou.
6. Porque os catalisadores são superiores aos reagentes estequiométricos (em sua resposta é necessário que você explique os termos catalítico e estequiométrico)?
7. O que é o Inventário de Substâncias Tóxicas Emitidas?
8. Considere um produto ou um processo químico que você conheça. Com os Doze Princípios da Química Verde como seu guia, invente formas para fazer este produto ou processo mais verde.
   

REFERÊNCIAS

1. Anastas, Paul T., and Warner, John C. Green Chemistry Theory and Practice, Oxford University Press, New York, 1998.

2. a) http://jchemed.chem.wisc.edu/Journal/Issues/1995/Nov/abs965.html
    b) Teaching green chemistry, Albert Matlack, Green Chemistry, 1999, 1
        (001), G19-G20