Nitrogênio e as suas utilizações

O nitrogênio é um elemento químico fundamental para os organismos; é encontrado em todas as proteínas e na estrutura dos ácidos nucleicos – DNA e RNA (Laurence, 2005).

Apesar de sua abundância na atmosfera (cerca de 78% das partículas do ar), o nitrogênio em sua forma gasosa não está disponível para utilização direta. A configuração molecular do nitrogênio gasoso lhe confere tremenda estabilidade, tornando-o pouco reativo. Dessa forma, os vegetais só podem utilizá-lo na forma de amônia (NH4+), nitrito (NO2-) ou nitrato (NO3-), ao passo que os animais aproveitam-no na forma de aminoácidos que retiram do alimento (Bredemeier; Mundstock, 2000).

Para que o nitrogênio gasoso se torne acessível aos seres vivos, é necessária a intervenção de um grupo de microrganismos, denominados fixadores de nitrogênio, e fenômenos naturais como descargas elétricas e vulcanismo.

O nitrogênio que está na atmosfera pela ação dos fenômenos naturais fornece energia, reage quimicamente com o oxigênio (O2) e o hidrogênio (H2) ainda na atmosfera, resultando na formação de óxidos de nitrogênio (NxO e NOx) e amônia (NH3). Esta passa por um processo denominado nitrificação, que possui duas etapas (Laurence, 2005; Silva et al, 2010).

Figura 1: Ciclo biogeoquímico do nitrogênio e suas rotas no meio ambiente.
Fonte: Cardoso, Machado, Pereira (2008).

Etapas da nitrificação

Na primeira etapa, conhecida como nitrosação, a amônia será transformada em nitrito (NO2) pelas bactérias nitrossomonas; na segunda etapa, a nitratação, o nitrito (NO2-) será transformado em nitrato (NO3-) pelas bactérias nitrobácter. Estas bactérias vivem no interior dos nódulos formados em algumas raízes de plantas leguminosas. Os nitratos são absorvidos diretamente pelas plantas e indiretamente pelos animais, por meio de relações tróficas; ao morrerem, esses seres vivos disponibilizam amônia para esse ciclo.

Pelo processo de destrificação, o nitrato (NO3-) do solo ou da água é convertido em nitrogênio gasoso pelas bactérias pseudomonas desnitríficas, repondo os estoques atmosféricos e fechando o ciclo (Cardoso; Machado; Pereira, 2008).

Os prós e contras do nitrogênio no meio ambiente e na produção de alimentos

O fato de o nitrogênio apresentar grande importância para a economia mundial, já que pode ser utilizado como fertilizante e em aplicações industriais como substituto inerte de ar atmosférico em automóveis de competição, pneus de aeronaves e balas de mergulho, acabou por gerar incentivos por meio da produção de alimentos, de fármacos e da indústria bélica para que pesquisas de fertilizantes e a bioprospecção de novas substâncias fossem desenvolvidas, possibilitando que a demanda desse elemento químico fosse suprida (Silva et al, 2010).

O não suprimento dessa demanda poderia prejudicar o desenvolvimento mundial, porém esse problema ficou resolvido quando a amônia (NH3) foi produzida em escala industrial pelos químicos alemães Harber e Bosch ao submeterem o nitrogênio gasoso a alta temperatura e pressão no início do século XX.

A produção de fertilizantes nitrogenados possui como matéria-prima a amônia, da qual pode-se obter compostos como ureia, ácido nítrico e nitrato de amônia, que podem ser utilizados na produção de novos medicamentos e na indústria bélica (Bredemeier; Mundstock, 2000).

Entretanto, atividades antrópicas (como a queima de biomassa e o cultivo inundado de arroz) e agroindustriais (como o uso de fertilizantes nitrogenados e dejetos da pecuária) são responsáveis por alta emissão para a atmosfera de gases causadores do efeito estufa: metano (CH4), óxido nitroso (N2O) e outros óxidos de nitrogênio (NOX), como afirmam Orvalle e Aragon (2005).

Atualmente, devido ao crescimento populacional em todo o mundo, existe a necessidade de produção de alimento suficiente para todos. Pelo fato de as áreas apropriadas ao cultivo terem diminuído, em detrimento desse crescimento, são utilizados cada vez mais insumos agrícolas – como fertilizantes, agrotóxicos e inseticidas – que potencializam a produção podendo trazer consequências desastrosas (Cardoso; Machado; Pereira, 2008).

Esses insumos apresentam componentes de alta toxicidade, causando diversos danos graves à saúde humana e ao meio ambiente. O nitrato, em concentrações elevadas no organismo humano, é transformado em nitrito, que tem a propriedade de se combinar com a hemoglobina, prejudicando o transporte de oxigênio dos pulmões para todas as partes do corpo; os metais pesados podem se acumular nos tecidos gordurosos, sofrendo biomagnificação trófica ao longo da cadeia alimentar, interferindo no sistema nervoso e em vários órgãos (Esteves et al, 2005).

Os inseticidas, agrotóxicos e fertilizantes são similares aos metais pesados, pois, além da grande persistência na natureza devido à quase ausência de bactérias capazes de decompô-los, está distribuído por todas as regiões do planeta.

Uma solução ecológica para essas consequências é o uso de biofertilizantes e inseticidas biológicos. Os biofertilizantes, também chamados fertilizantes orgânicos, são subprodutos gerados pela biodigestão que geralmente possuem alta concentração de nitrogênio e baixa concentração de carbono. As reações ocorrem dentro do biodigestor, que libera carbono nos elementos dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4), o que propicia a geração de biofertilizante rico em nutrientes (Viana, 2007). Eles apresentam vantagens como não gerar problemas referentes à salinização do solo, auxiliam na manutenção do equilíbrio nutricional das plantas e na produção mais saudável, oferecendo alimentos mais saudáveis com menor nível de aditivo químico e respeito ao meio ambiente, além do baixo custo.

Os inseticidas biológicos, também chamados bioinseticidas, agem “controlando” insetos e pragas com menor custo e maior tempo de vida útil, dada a dificuldade da praga de se tornar resistente ao seu uso, além de serem mais específicos e menos poluentes; apresentam ainda menores custos quando comparados com os inseticidas químicos (Orvalle; Aragon, 2005; Esteves et al, 2005).

Trabalhando em sala de aula

O nitrogênio é um elemento muito versátil e de grande importância no meio ambiente, podendo ser estudado em Ciências, Biologia, Física e Química. Uma maneira de abordar o assunto em sala de aula é trabalhar a relação homem-natureza e a preservação do meio ambiente com questões interdisciplinares como desmatamento, aquecimento global, poluição ambiental e equilíbrio do ecossistema.

A aula começaria pela teoria, para que os conceitos básicos dos assuntos fossem expostos e ensinados com o auxílio de figuras que demonstram o meio ambiente em equilíbrio e desequilíbrio e o desenvolvimento sustentável. Explicaria como esses assuntos influenciam na nossa vida de maneira direta e indireta, associando-os a fatores como enchentes, deslizamentos de terra, desabamentos, erosões, ciclagem de nutrientes e doenças.

Em seguida seria exibido um filme que abrangesse o assunto, permitindo que fosse promovido um debate em sala de aula para que os alunos expusessem o que entenderam. Em seguida, poderia ser feito um jogo em que a turma fosse dividida em grupos de 4 ou 5 alunos. Cada grupo ficaria com fichas com figuras das questões trabalhadas, usando um critério para estabelecer o grupo que começaria (por exemplo 0 ou 1 ou sorteio, com cada grupo representado por um número). Esse grupo escolheria outro, que levantaria a foto dando a oportunidade para o grupo que escolheu falar sobre ela. Dessa forma, possíveis dúvidas seriam sanadas.

Creio que essa atividade seria idealmente realizada na 5ª série (6° ano), em seis aulas.

Avaliação

Como esses assuntos abrangem toda a sociedade, os alunos fariam uma exposição para a escola aberta à comunidade na qual está inserida, conscientizando-a. Além de serem avaliados pela exposição, os alunos também seriam avaliados por participação e testes.

Conclusões

Atualmente, devido ao crescimento populacional em todo o planeta, aumenta a necessidade de alimentos, moradia, escolas e hospitais de modo que atendam suficientemente a todos; porém essas atividades, se não forem desempenhadas com planejamento correto e estudos sobre o meio ambiente, propiciarão a degradação e o desequilíbrio ambiental, criando resíduos que geram poluição, além da disseminação de doenças.

Referências

BREDEMEIER, C.; MUNDSTOCK, C. M. Regulação da absorção e assimilação do nitrogênio nas plantas. Ciência Rural, Santa Maria, v. 30, nº 2, p. 365-372, 2000. Disponível em <http://www.scielo.br/pdf/%0D/cr/v30n2/a29v30n2.pdf>. Acesso em 28 jun. 2013.

CARDOSO, A. A.; MACHADO, C. M. D.; PEREIRA, E. A. Biocombustível, o mito do combustível limpo. Química Nova na Escola, nº 28, p. 9-11, mai. 2008. Disponível em <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc28/03-QS-3207.pdf>. Acesso em 27 jun. 2013.

ESTEVES, F. et al. Grandes Temas em Biologia. v. 2. Rio de Janeiro: Fundação Cecierj, 2005. 252 p.

LAURENCE, J. Biologia: Ensino Médio – volume único. São Paulo: Nova Geração, 2005. 696 p.

LOPES, A. F. et al. Educação ambiental. v. 2. Rio de Janeiro: Fundação Cecierj, 2008. 205 p.

ORVALLE, A. R.; ARAGON, G. T.; Dinâmica da Terra. Rio de Janeiro: Fundação Cecierj, 2005. 262 p.

SILVA, B. A. O. et al. Elementos de ecologia e conservação. v. 2. Rio de Janeiro: Fundação Cecierj, 2010. 240 p.

Sociedade Brasileira de Química. Disponível no site <http://www.sbq.org.br/>. Pesquisa realizada em 27 jun. 2013.

VIANA, M. Instrumentação em Biologia Aquática. Rio de Janeiro: Fundação Cecierj, 2007. 236 p.

Publicado em 13 de agosto de 2013