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O ciclo do nitrogênio na Terra

Publicado por 
novaescola
Objetivo(s) 
  • Compreender conceitos de ciclos que são importantes na manutenção da vida e preservação do meio ambiente.
  • Identificar um grupo de substâncias formadas por ligações covalentes, no estado gasoso, e relacionar com as substâncias existentes no meio ambiente.
Conteúdo(s) 
 
  • Ligações covalentes
  • Conceito de atomicidade
  • Formação de ácidos na atmosfera.

Reportagem de VEJA:

Ano(s) 
Tempo estimado 
Duas aulas
Material necessário 
  • Cópias da reportagem "O imperador Visionário", da Revista Veja
  • Tabela periódica
Desenvolvimento 
1ª etapa 

Distribua para a sala cópias da matéria da Veja dessa semana, "O Imperador Visionário", leia o texto em voz alta com a classe e chame a atenção para o seguinte parágrafo

"Além da mudança climática, duas outras fronteiras planetárias foram ultrapassadas. Uma é a importância do uso do nitrogênio, principalmente, mas não exclusivamente, na agricultura. Os níveis atuais de nitrogênio biologicamente ativos são o dobro do normal, o que causa prejuízos enormes. O principal deles é o aumento das zonas costeiras mortas, que, desprovidas de oxigênio e peixes, tem dobrado de tamanhos a cada dez anos ao longo das ultimas quatro décadas."


Comente então que o gás nitrogênio compõe 78% do ar atmosférico, e que em condições normais de temperatura e pressão, ele não sofre nenhuma reação com outros elemento. No entanto submetido a altas temperaturas ele sofre processo de combustão. É o que acontece nos motores dos carros, por exemplo.

O que explicar para a turma

A gasolina utilizada como combustível não é um produto puro, contém substâncias como átomos de nitrogênio de origem do próprio petróleo. Quando essa gasolina sofre combustão, as substâncias nitrogenadas presentes dão origem a óxidos nitrosos.

Em altas temperaturas, um dos produtos desta reação de combustão é o gás monóxido de nitrogênio (NO), que reage facilmente com o oxigênio presente no motor originando o gás dióxido de nitrogênio (NO2), castanho e de odor forte.

É nesse ponto que se forma o nitrogênio ativo, ou seja, na forma de óxidos gasosos. Esses gases são capazes de reagir com a água da chuva, rios e lagos, dando origem ao ácido nítrico, responsável pela chuva ácida.

Pergunte então aos alunos porque esses compostos ativos, à base de nitrogênio, estão aumentando na atmosfera. Caso eles não acertem a resposta comente que, com o aumento de carros nas ruas e outros meios de transportes que utilizam derivados de petróleo como combustível, a tendência é que a quantidade desses óxidos na atmosfera aumente, gerando, portanto, cada vez mais chuvas ácidas que levam o composto para o solo, mares, rios, lagos e águas do subsolo.

A acidez da chuva ácida, por sua vez, prejudica o meio ambiente, tanto queimando as plantas, como impedindo o crescimento de outros vegetais. É por isso que temos, na presença excessiva de nitrogênio, zonas costeiras mortas. Isso acontece porque o nitrogênio ativo isto é, na forma de ácido nítrico (HNO3), reduz o pH do solo, causando queimaduras das plantas locais e impedindo o crescimento da vegetação local. Já no mar, a chuva ácida reduz o pH da água levando à morte dos peixes que não estão habituados a viver em meio ácido.

Por outro lado, o nitrogênio é um nutriente fundamental para o crescimento das plantas. Na forma de gás N2, ele é aproveitado apenas por um tipo de bactéria e algumas algas cianofíceas que conseguem transformá-lo e incorporá-lo às suas moléculas orgânicas. Exceto esse processo, o N2 não é aproveitado diretamente pela natureza mas está inserido em um grande ciclo na natureza que envolve vegetação, animais, atmosfera e mesmo o homem.

Ciclo do Nitrogênio 

O nitrogênio está presente na estrutura molecular das proteínas, substância existente em todos os organismos vivos. Tais proteínas são moléculas grandes, e, portanto, quando entram em contato com o solo por meio da decomposição de tecidos vegetais e animais, por exemplo, são atacadas por bactérias e fungos que as transformam em novas substâncias que contém o íon amônio (NH4 +) . Nessa forma iônica, bactérias nitrificantes residentes nas raízes das plantas e no próprio solo transformam o amônio em nitratos (NO3-) e então, desta forma , o nitrogênio é absorvido pelas raízes das plantas, passando a fazer parte de sua composição, formando novas proteínas. Quando um animal se alimenta dessa planta ele ingere as proteínas, ele também as distribui para o homem, ou as devolve ao solo.

É bom informar seus alunos que no solo há outras bactérias capazes de realizar a desnitrificação, ou seja, retiram nitrogênio do amônio e dos nitratos transformando esse nitrogênio no gás N2, devolvendo-o futuramente para a atmosfera na sua forma inerte. E assim, o ciclo do nitrogênio é fechado como mostra a figura no início do plano. 

Demonstre à sala o ciclo do nitrogênio e solicite que participem em localizar as fontes de proteínas, as bactérias transformadoras de substâncias grandes a substâncias menores, e também, a etapa ruim do nitrogênio, aquela que transforma o gás em compostos químicos, tema amplamente discutido durante a conferência Rio + 20.
 

2ª etapa 

Peça para que a classe identifique o elemento químico da tabela periódica que forma o gás nitrogênio. Mostre, por meio de um desenho em lousa, que o elemento é formado por cinco elétrons na última camada, e que, para completar oito elétrons - sua forma estável, ele compartilha três pares de elétrons com outro átomo de nitrogênio, fazendo três ligações covalentes.

Explique então, que a ligação covalente é aquela em que os elétrons compartilhados circulam pela nuvem eletrônica dos dois átomos envolvidos. Sendo assim, nesse caso, teremos três pares de elétrons se movimentado ao redor dos átomos, garantindo a sua estabilidade e formando o gás com a seguinte fórmula estrutural:

Descrição da imagem


O gás formado é inerte, incolor e inodoro, difícil de ser reconhecido na atmosfera, mas fácil de ser retirado dela. De todos os gases presentes no ar, o nitrogênio representa 78% da mistura. Assim, apenas quando resfriado a menos 196 graus, o nitrogênio atinge a sua temperatura de liquefação, isto é, passa de gás para líquido.

Conte aos alunos que, qualquer volume de ar colocado em recipiente fechado e inserido em galões cujas temperaturas cheguem a -196 graus Celsius resultará apenas em nitrogênio líquido.

Fale um pouco sobre o uso desse gás nos carrinhos de sorveteiros, por exemplo, usado para manter a temperatura bem baixa dentro do carrinho permitindo que o sorveteiro ande por horas em dia de calor sem que os sorvetes derretam.

Dê outros exemplos de substâncias com ligação covalente como o gás oxigênio, e explique que o número dois, que aparece ao lado do elemento químico oxigênio é chamado de atomicidade, que corresponde ao número de átomos que compõem a molécula da substância gasosa.

Pergunte aos alunos qual é a atomicidade do gás nitrogênio. Deverão responder que também é dois. E o ozônio? Três é a atomicidade desse gás que também existe na atmosfera.

Mostre as reações químicas envolvidas no processo de obtenção do nitrogênio ativo. Na forma de ácido nítrico, H+ NO3-, é utilizado para fabricação de explosivos.

N2(g) + O2(g) ----∆--------> 2NO (g)

 

2 NO(g) + O2(g) -----∆------> 2NO2(g)

NO2(g) + H2O(L) -----∆------> 2 H+(aq) + NO3 -(aq) (ácido nítrico)


Pergunte então aos seus alunos, o que pode acontecer, na atmosfera, em um dia de descarga elétrica causada pelos raios. Os raios favorecem um ambiente parecido com o descrito acima, aquecendo muito o gás nitrogênio e dando origem ao monóxido e, posteriormente, ao dióxido de nitrogênio que em contato com a água, produz o ácido nítrico (HNO3).
 

Avaliação 

Faça algumas perguntas para que seus alunos respondam em seus cadernos.

  1. Qual a relação entre a transformação do nitrogênio por processos não naturais com o parágrafo extraído do texto da Veja.
  2. Para o nitrogênio se tornar ativo, o que é necessário?


Depois divida a sala em três grupos e solicite que cada grupo elabore uma apresentação corporal sobre:

  • Transformação do nitrogênio através do calor, até chegar no ácido.
  • Ciclo do nitrogênio com bactérias desnitrificantes.
  • Ciclo do nitrogênio por bactérias nitrificantes.


Verifique se, por meio das respostas, os alunos conseguiram compreender os conceitos do ciclos de nitrogênio, suas diferentes utilizações e principais reações dos quais participa. Veja também se além dos processos químicos eles conseguiram compreender por que este elemento é tão importantes na manutenção da vida e do meio ambiente.

 
Flexibilização 

Para aplicação desse plano em uma sala com deficiente visual, recomenda-se que o professor reproduza a primeira imagem em alto relevo. A grama, o animal, a chaminé e o solo devem ser caracterizados concretamente. Em uma espécie de painel-maquete, o deficiente visual poderá experimentar os conhecimentos expostos. Quanto às questões mais práticas, como gases, mudança de estado dos elementos, podem ser feitos experimentos que o professor da área sabe como desenvolver no laboratório ou mesmo nos exemplos do dia-a-dia, como lembrar da fumaça (cheiro) emitida pelos veículos etc.


 

Deficiências 
Visual
Autor Nova Escola

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