MD - Revista Quiminteressante - Ariana Lima

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quiminteressante

“A química verde não é a química do meio ambiente. E sim a química para o meio ambiente”.


Docente: Ariana Maria dos Santos Lima Revista eletrônica Quiminteressante: com temática Química Verde Salvador - Bahia Material Didático produzido para a disciplina de Oficina de Produção para o Ensino de Química - 7º semestre 2014.1 Orientadoras: Prof. Drª. Bárbara Moreira e Prof. Drª. Carmen Sá


Índice Editorial.........................................4 o planeta pede ajuda

Química verde.............................10

a química sustentável

eficiência atômica.....................16 Fontes renováveis.....................20 de matéria -prima PLÁSTICO VERDE PARA SABER MAIS.........................25 REFERÊNCIAS...................................26


mentos, na saúde, em cosméticos, remédios, dentre outros.

O planeta

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a

pede ajuda

COM UM CONTIGENTE DE 7 BILHÕES DE PESSOAS, O PLANETA TERRA NUNCA TEVE QUE FORNECER TANTO ALIMENTO E

MATÉRIA - PRIMA , LEVANDO

AO ESGOTAMEN-

TO DOS RECURSOS NATURAIS E O AUMENTO DA POLUIÇÃO. A LUZ NO FIM DO TÚNEL , É TORNAR A SOCIEDADE SUSTENTÁVEL, MELHORANDO AS RELAÇOES DO HOMEM COM O MEIO AMBIENTE.

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A Química tem um papel fundamental para compreendermos as transformações físicas e químicas que ocorrem de forma natural, nos seres vivos e na biosfera (litosfera, hidrosfera e atmosfera), bem como de forma antropogênica, ou seja nos processos e atividade desenvolvidos pelo homem como, por exemplo, na agricultura e nas indústrias de papel, petroquímica, farmacêutica, dentre outros.

afetando a existência do ser humano e de outras formas de vida. Um exemplo disso é a queima de combustíveis fosseis (carvão mineral, gás natural e o petróleo) a qual leva a formação de gases como: dióxido de nitrogênio (NO2), dióxido de enxofre (SO2), metano (CH4) e principalmente de dióxido de carbono (CO2), gerando impactos locais e globais sobre a saúde humana e o meio ambiente.

Porém algumas transformações ocorridas geralmente em processos industriais, gera resíduos que provocam alterações no equilíbrio do planeta,

Um destes impactos é a mudança do clima global, associada especificamente ao aquecimento do planeta. Alguns cientistas acreditam que este impacto

deve-se à liberação excessiva dos gases e de materiais particulados. De acordo com esse pensamento, o aumento da concentração desses gases tem desequilibrado o Efeito Estufa, um processo natural que mantém a temperatura média da Terra em aproximadamente 15ºC. Outros impactos apontados pelos cientistas incluem a poluição dos corpos de água e o consumo desenfreado da água, que estariam levando ao esgotamento de fontes desta matéria-prima, causando um desequilíbrio ambiental, no planeta a curto, médio e longo prazo.


Diante deste panorama, o papel da Química torna-se essencial no sentido de buscar produzir novos materiais a partir de fontes de energia renováveis, para que alcancemos um modo de vida através da sustentabilidade.

O termo foi usado pela primeira vez em 1987, no Relatório Brundtland da Organização das Nações Unidas, com a intenção de focalizar um conjunto de ações que deveriam atender as necessidades humanas, a utilização da energia e de recursos de forma eficiente e para uma sociedade justa, sem comprometer as gerações futuras e suas necessidades.

SUSTENTABILIDADE O termo sustentabilidade vem aparecendo cada vez mais na mídia, principalmente relacionado ao conceito de sustentabilidade ambiental. Podemos dizer “na prática”, que a sustentabilidade representa promover a exploração de áreas ou o uso de recursos planetários (naturais ou não) de forma a prejudicar o menos possível o equilíbrio entre o meio ambiente, as comunidades humanas e toda a biosfera que dele dependem para existir1. A sustentabilidade não é simplesmente a redução da emissão de gases ou do aquecimento global, ela está inserida na tríade: meio ambiente, sociedade e economia. (Figura 01)

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Figura 01 - Ciclo da sustentabilidade

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Na dimensão ambiental as ações sustentáveis se baseiam no consumo consciente dos recurso, na redução da emissão de gases nocivos, resíduos sólidos e de efluentes, no uso racional de materiais utilizados na produção e em um programa de reciclagem Já na dimensão

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está inserido o desenvolvimento da comunidade, a segurança do trabalho, a responsabilidade social, a seguridade dos direitos humanos e a diversidade cultural. Já a dimensão econômica se baseia no investimento, no programa de redução ou de tratamento de poluentes

no menor gasto de materiais com melhores resultados, mantendo uma relação harmônica com o meio ambiente. Em uma visão mais completa a sustentabilidade deve contemplar uma cadeia de ações capaz de elevar os padrões ambientais, econômicos e sociopolíticos da população. Essa visão parte d o pressuposto de que tudo está conectado e é interdependente, sendo os cidadãos, governos e setores privados os agentes centrais responsáveis por manter o equilíbrio entre água, ar, solo, florestas, oceanos, etc. Não adianta estar


estar atento apenas a um desses seguimentos. Tudo deve ser pensado e executado quanto aos aspectos de uma cadeia sustentável, caso con- 2 trário teremos simplesmente uma sustentabilidade “pintada de verde”2.

uma ciência transformadora, pode apresentar grandes soluções para os problemas ambientais e contribuir para uma sociedade sustentável. Pensando nisso, foi construído o conceito de QUÍMICA VERDE.

É importante que o cidadão utilize de seus conhecimentos afim de ter consciência ambiental, cobrando seus direitos, preservando a natureza e os recursos ambientais, percebendo que cada ser é parte integrante do ambiente, logo deve ser atuante. A Química como

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Química verde:

A Química Sustentável

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A imagem acima mostra o Estádio Nacional de Brasília Mané Garrincha, uma das arenas construpidas para o mundial FIFA 2014, que está sendo mundialmente conhecido como o estádio sustentável, e receberá o certificado máximo de sustentabilidade pela FIFA, ganhando o selo Leed Platinum. Sendo que atualmente nenhum estádio possui esse selo. O conceito de Arena Verde, começou a ser desenhado no projeto de reforma do estado Manoel Garrincha. Buscou-se a utilização de materiais reciclados do antigo estádio ou de cooperativas de reciclagem do Distrito Federal, o entulho também recebeu um tratamento especial, sendo encaminhado a uma área licenciada pelo Ibama, que foi reaproveitado e usado para a concretagem do próprio estádio.

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Segundo a Coordenadoria de Comunicação para a Copa (ComCop), todo o material de ferro foi enviado à Centcoop, uma cooperativa de reciclagem do Distrito Federal. A areia e o cascalho que estavam debaixo do gramado foram reaproveitados na obra do novo Estádio Nacional de Brasília; as cadeiras do antigo estádio foram reutilizadas no Estádio Serejão, em Taguatinga (DF) e as redes no estádio do Bezerrão, no Gama (DF). O gramado anterior foi recultivado no viveiro da Companhia Urbanizadora da Nova Capital do Brasil (Novacap), para posterior reutilizada capital federal.

O mais interessante e inovador deste projeto é a cobertura, com propriedades especiais, auto limpante. Possuindo uma membrana de 90 mil m², é constituída pr uma combinação de fibra de vidro e PTFE (politetrafluoretileno) com TiO2 (dióxido de titânio) , substância que possui propriedades fotocatáliticas. Desta forma, em um processo denominado fotocatálise, que tem se mostrado uma tecnologia primissora para degradação de poluente. O dióxido de titânio quando exposto ao sol decompões moléculas de NOx e SOx, NH3 e compostos orgânicos nocios a sáude como o benzeno,

tolueno e a acetona e trnsformá0los em substâncias mais inócuas, essas substâncias são em seguida eliminadas pela água da chuva. Com isso , até mesmo a sujeira acumulada durante o período da seca será removida já nas primeiras chuvas, o equivalente ao produzir cerca de mil veículos por dia. Através da prática descrita acima, fica bem clado que a sustentabilidade mão é algo que está distante, ao contrário, é uma nova visão de mundo que deve fazer parte de todas as ações, como por exemplo, da construção de um estádio para a copa do mundo que deixará como

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o modelo de ocorre tanto beambienuma constru- nefícios ção sistentável. tais, já que diminui e até evita O uso do óxido de Sendo assi ocortitânio e do PTFE, rem tantos benefípermitem que as cios ambientais decomelucas sejam vido á diminuição degradadas na co- ou eliminação da quanto bertura da Arena poluição, Mané Garrincha. A econômicos, assoutilização dos ma- ciado ao decrésteriais para essef cimo ou até mesim e o processo mo à extinção dos de obtenção dos gastos com o tratamesmos, está as- mento de resíduos. sociado ao conteito de Químcia S U R G I M E N Vrde cohecidac TO E EVOLUtambém como Quí- ÇÃO DA QUÍVERDE mica Sustentável. MICA A Química Verde traz como proposta a criação, o desenvolvimento e a aplicação de produtos e processos químicos para reduzir ou eliminar o uso e a geração de substâncias tóxicas”. Eliminando o uso destas substâncias tóxicas

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O marco que caracterizou o nascimento da Química Verde (QV) foi a criação de um programa para a prevenção da poluição em rotas de síntese, por uma agência norte – americana EPA Agencia de Proteção Ambiental, em 1991.

Em 1997 foi criado o “Green Chemistry Institute” (GCI), que desde janeiro de 2001, atua em parceria com a Sociedade Americana de em setembro deste mesmo ano, a IUPAC União Internacional de Química Pura e Aplicada, organizou sua Primeira Conferência Internacional em “Green Chemistry”, na cidade de Veneza; em julho de 2001 aprovou a criação do Sub-Comitê Interdivisional de “Green Chemistry” e em setembro do mesmo ano foi realizado o Workshop sobre Educação em “Green 5,6 Chemistry” da IUPAC Os orgãos governamentais e científicos perceberam o quanto era importante se preocupar com o meio ambiente, devido a discussão que ocorreu a respeito das mudanças climáticas, culminando no Protocolo de Kyoto em 1997.


12 PRÍNCIPIOS DA QUÍMICA VERDE Esta ideia, ética e politicamente poderosa, representa de que processos químicos que geram problemas ambientais possam ser substituídos por alternativas menos poluentes ou não poluentes. Tecnologia limpa, prevenção primária, redução na fonte, química ambientalmente benigna, ou ainda “Química verde”, são termos que surgiram para definir esta importante ideia. “Green chemistry”, o termo mais utilizado atualmente, foi adotado pela IUPAC, talvez por ser o mais forte entre os demais, pois associa o desenvolvimento na Química com o objetivo cada vez

mais buscado pelo homem moderno: o desenvolvimento7 auto-sustentável.

Universidade de Massachusetts, John C. Warner e Paul T. Anastas, diretores do setor os produtos ou de Química Verde processos da da EPA, reuniram Química verde podem ser divi- essas categorias s didos em três gran- em doze princípios des categorias: se baseando em uma concepção de • O uso de fon- processos e protes renováveis dutos ambientalou recicladas de mente benignos. matérias primas; • O aumento da eficiência de energia, ou a utilização de menos energia para produzir a mesma ou maior quantidade de produto; • A não utilização de substâncias persistentes, bioacumulativos e tóxicos com isso, os pro fessores da

O quadro a seguir mostra os 12 principios da QV e seu enunciados

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Como foi visto no quadro apresentado na página 14, a Química verde apresenta 12 princípios. Nesta seção iremos abordar o principio 2: Eficiência Atômica, conhecido também como Economia de Átomos.

evitando geração de resíduos, aumentando a eficiência de síntese. Como incorpora outros conceitos, é considerado como um dos pilares da QV.

Esse princípio se baseia em procurar desenhar metodologias sintéticas que possam maximizar a incorporação de todos os materiais de partida no produto final1-3. Ou seja, é importante que todo o reagente, ou o máximo possível, se converta em produto

Rendimento Porcentagem = (rendimento experimental) / (rendimento teórico) x 100 (equação 01)

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COMO ÊNCIA

CALCULAR DE UMA

A EFICIREAÇÃO?

A eficiência de uma reação é calculada pelo seu rendimento teórico, com base no reagente limitante e pelo rendimento obtido experimentalmente. Calculado pela razão:

Em geral, rendimentos de 90% são considerados excelen tes, 60% um rendimento razoável e 20% ou menos, um rendimento baixo. Entretanto, este cálculo de eficiência, ou de rendimento, não considera todo o material (resíduo ou sub-produtos) obtido além daquele que se deseja, bem como os reagentes e auxiliares não incorporados no produto final. Em outras palavras, ele nos diz apenas


do que realmente USO DE MÓNOXIDO DE CARBONO aconteceu duran- COMO FONTE MATÉRIA – PRIMA te o procedimento experimental4. O monóxido de carbono (CO) é um gás do efeito estufa. A causa da produção Já o cálculo de de monóxido de carbono é a quantidaeficiência atômi- de limitada de oxigênio disponível para ca (EA), é basea- a combustão do combustível que condo na quantidade tém carbono, processo conhecido como de átomos do re- combustão incompleta. Ao invés de foragente que é con- ma CO2, leva a formação do monóxido. vertido em produtos, não considera os subprodutos, solventes, considera a estequiometria da reação. A eficiência atômica é dada em função de cada átomo participante da reação. Sen- Licença de imagem: Creative Commons do calculado da seguinte forma: O monóxido pode ser liberado no ambiente por fontes naturais (atividade vulcânica, descargas elétricas e %E.A = (átomos emissão de gás natural) e como prodo produto de- duto da combustão incompleta de sejado)/(átomos combustíveis fósseis, sistemas de aquecimento, usinas termelétricas a carvão, de todos os re- queima de biomassa e tabaco. A atagentes) x 100 mosfera é um compartimento principal

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de dispersão enquanto que as águas superficiais encontram-se saturadas do gás. Na atmosfera o composto pode sofrer oxidação por radicais livres formando dióxido de carbono. Na água e no solo existem microrganismos capazes de utilizar o composto como fonte de energia5. Apesar de ser considerado um poluente, na indústria o monóxido está sendo usado como matéria-prima para a produção de metanol.

tem importância na indústria de plásticos e farmacológicas, é utilizado também no processo de transesterificação da gordura, na produção do biodiesel e de formol. Atualmente, ele é um insumo químico derivado de fonte fóssil, o gás natural, de acordo com as reações. CH4(g) + + 3H2(g) CO2(g) CH3OH(l)

→ kcal/mol CO (g) H g) → -22 kcal/mol

H2O(g) ΔH= +49 +

2 ΔH=

2

2(

O contexto da Química Verde e da Química Sustentável vem ganhando importância nos últimos anos, tanto no meio acadêmico como no setor industrial. O CO não pode ser considerado uma matéria-prima renovável, já que, em sua maioria, ele é produzido a partir da queima de combustíveis fósseis, como petróleo, carvão e gás natural6. Porém, o uso dele como fonte de matéria prima está inserido no contexto da Química O metanol verde, já esse gás estufa deixa de ser (CH3OH) ou álco- disponibilizado para a atmosfera, visanol metílico é um do o bem estar das gerações futuras. composto químico encontrado na Utilizando a equação 02, podemos calcuforma líquida, in- lar a eficiência atômica das reações apreflamável. Ele é uti- sentadas acima. Lembrando que o E.A lizado como sol- é calculado para cada átomo da reação. vente industrial,

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CO2(g) CH3OH(l)

+

2 ΔH=

desejado, sem geH2(g) -22 kcal/mol ração de subprodutos, favorecendo o meio ambiente.

%E.A =(MM átomos do produto desejado)/(MM átomos de todos os reagentes) %E.A (carbono)=1/(1 ) x 100=100% %E.A (2 x

2)

(hidrogênio)=(3+1)/ x 100=100%

%E.A (oxigênio)=1/1 x 100=100% Observa- se que a eficiência atômica dessa reação é de 100%, para todos os átomos envolvidos nela, reação de extrema importância para a indústria e para a Química verde, já que todos os átomos do reagente foram incorporados no produtos de interesse. Esse é só um dos muitos usos do monóxido de carbono como reagente, sendo usado também na produção de octano (C8H18) através da reação de Fischer-Tropsch. É muito importante para as indústrias decidir entre possíveis rotas de sínteses. Para isso, eles analisam a eficiência atômica de cada processo, caso a eficiência atômica da reação seja de 100% ou próxima disso, indica que todo o reagente foi convertido no produto

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O plástico é um material encontrado em diferentes produtos: sacos de supermercado, embalagens, bijuterias, eletrodomésticos, dentre outros. Todo o plástico é formado por um polímero orgânico, cada tipo de plástico é formado por um polímero diferente e possui propriedades diferentes. Tabela 01 – Plásticos e seus diferentes usos.

A matéria – prima dos plásticos convencionais é o petróleo, combustível fóssil formado devido a decomposição de organismos mortos ao longo de milhares de anos que foram soterrados. Constitui-se de uma mistura de hidrocarbonetos, compostos orgânicos que apresentam somente carbono e hidrogênio em sua estrutura. O óleo cru, ao ser submetido por um processo de destilação fracionada, é separado em diferentes frações: o gás liquefeito, a nafta, a gasolina, o querosene, o óleo diesel, as graxas parafínicas, os óleos lubrificantes e o piche1.

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A fração do qual são obtidos os monômeros que formam os diferentes tipos de plásticos é a nafta, que submetida ao aquecimento, na presença de catalisadores, leva a formação de diferentres substâncias: buteno, butadieno, etileno e propilenos. Estes, por sua vez são transformados nos chamados petroquímicos finos, tais como polietileno, polipropileno, policloreto de vinila, dentre outros. Na etapa subsequente, os petroquímicos finos são modificados quimicamente ou transformados em produtos de consumo2. O plástico é formado atráves do petróleo, o mesmo não é um

recurso renovável, isso significa que suas reservas naturais podem se esgotar, sendo necessário milhões de anos para sua formação. Outro fato importante a ser analisado, é que para gerar a nafta, é necessário a queima do petróleo, produzindo milhões de toneladas de CO2, e outros gases estufa, acelerando o aquecimento global. Por esses motivos, o processo convencional de fabricação do plástico não é considerado verde. REVOLUÇÃO NA INDUSTRIA – O USO DO PLASTICO VERDE O pllástico verde, cohecido como

bioplástico, não apresenta petróleo na sua composição. Por sua vez, o plástico convencional leva aproximadamente 500 anos para ser decomposto. Considerado uma alternativa ao uso do plástico convencional, é produzido através da cana-de-açúcar ou do milho, ambos fontes renováveis de matéria-prima. O uso dessas biomassas, em um longo período de tempo retira toneladas de CO2 do meio ambiente, enquanto que para a fabricação dos plásticos convencionais é necessário a queima do petróleo gerando a produção de diversos gases poluentes.

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Se for considerado que para cada quilo de polietileno verde produzido é deixado de produzir um quilo de polietileno “convencional”, a vantagem seria de 4,5kg de CO2 que não serão adicionados na atmosfera3. Mas a sustentabilidade ambiental não se limita à redução das emissões de gases de efeito estufa, a avanços tecnológicos ou do enquadramento legal da atividade de produção e biocombustíveis 4. É necessário que o processo de produção esteja enquadrado na maior quantidade possível de princípios da Química verde, para ser considerado completamente sustentável.

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Por ser o maior produtor de cana-de-açúcar, o Brasil fabrica o bioplástico a partir do etanol produzido por essa biomassa. O etanol (CH3CH2OH), passa por um processo de desidratação, na presença de catalisadores, para formar o eteno, sendo este propulsor de uma gama de produtos, como o polietileno, propileno e o policloreto de vinila. A reação de desidratação, ocorre da seguinte forma:

→CH =CH (l)+H O(l)

CH3CH2OH(l)

2

2

2

Licença de imagem: Creative Commons

Esta reação obedece diferentes princípios da Química verde, dentre eles: o uso de fontes renováveis de matéria-prima, sendo este o principal deles, o uso de reagentes catalíticos, principio 9 e o principio 3, síntese de produtos menos perigosos, já que tanto o produto quanto o subproduto apresentam pouca ou nenhuma toxicidade a saúde humana e ao ambiente.


material leva a diferentes impactos ambientais, como o entupimento de bueiros e muitos animais marinhos confundem essas embalagens plásticas com alimentos, levando à morte principalO OUTRO LADO mente as tartarumarinhas. DA HISTÓRIA gas Existe também o aspecto de autossuficiência energética, a partir do momento em que as indústrias de etanol utilizem o bagaço da cana na cogeração de energia elétrica.

Muitos pesquisadores acreditam que mesmo com todas essas vantagens e se enquadrando em alguns princípios da QV, o plástico verde, apesar de ser reciclável, não pode ser considerado verde. Por não ser biodegradável, ou seja, não se decompor facilmente pela ação bacteriana, um descarte inadequado deste material

Uma alternativa são os plásticos oxi-biodegradáveis, este plástico é integrado totalmente à natureza já que consegue ser decomposto pela ação microbiana, convertendo-o em substâncias mais simples. Esses tipos de plástico se decompõem entre 18 a 24 meses, porém esse plástico não passa pelo processo de reciclagem

mecânica, além de ser mais caro que o plástico comum. Uma outra categoria de plástico são os intitulados biodegradáveis ou plástico compostável. São provenientes do milho, uma fonte de matéria-prima renovável, logo apresenta as mesmas vantagens do plástico verde. Sua decomposição leva aproximadamente seis mês. É chamado também de PLA, nome este proveniente do seu polímero, poliácido lático, formado de acordo com a reação de polimerização a seguir .

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Licença de imagem: elaboração própria

Esse plástico é decomposto facilmente, passa pelo processo de incineração, proveniente de fonte renovável e pode ser reciclado. Entretanto, esse material só se biodegrada corretamente em usinas de compostagem, onde há condições adequadas de luz, umidade, temperatura, além da quantidade correta de microorganismos5. Porém essa não é a realidade do Brasil, já que a maioria do lixo é levado para lixões e aterros sanitários, não garantindo que o material

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se degrade completamente. Outra questão importante, é o uso de matéria-prima comestível e os efeitos disso sobre um cenário de potencial escassez global de alimentos. A produção em larga escala implicaria em maior área de plantio, maior consumo de água, fertilizantes e outros insumos. Outro fator a ser observado seria o possível uso de plantas transgênicas (ou geneticamente modificadas) na produção do plástico de PLA.


O mundo sem petróleo

Revista Superinteressante - Maio 2011 Autor: Flávio Dieguez

Blog Química Sustentável

Site- http://www.qsustentavel.com/

Livro Química Verde no Brasil: 2010 -2030 Site - http://www.cgee.org.br/publicacoes/quimica_verde.php

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REFERÊNCIAS Texto 01- Introdução a Química Verde 1. SUSTENTABILIDADE, o que é sustentabilidade?. Disponível em: http://www.atitudessustentaveis.com.br/sustentabilidade/sustentabilidade/ Acesso em 16 mai. 2014. 2. FERREIRA, V. F.; DA ROCHA, D. R.; DA SILVA, F. C. Química Verde, Economia Sustentável e Qualidade de Vida. Rev. Virtual Quim., 2014, 6 (1), 85-111. Data de publicação na Web: 12 de outubro de 2013 3. ESTÁDIO sustentável. Disponível em: http:// w w w. c o p a 2 0 1 4 . d f . g o v. b r / e s t a d i o - s u s t e nt av e l / 4 9 7 5 -estadio-sustentavel Acesso em: 25 mai. 2014. 4. TUNDO, P.; ANASTAS, P.; BLACK, D. S.; BREEN, J.; COLLINS, T. MEMOLI, S.; MYIAMOTO, J.; POLYAKOFF, M.; TUMAS, W. Pure Appl. Chem. v.72, p.1207, 2000. 5. Uma edição especial da Pure and Applied Chemistry (Symposium-in-Print) tratando da química verde foi publicada em 2000: Pure Appl. Chem v.72, p1207, 2000. 6. Para saber mais sobre a inserção da química verde na IUPAC, visite a página http://www.iupac.org/ divisions/III/320_21_98/, acessada em Janeiro 2002. 7. EDER, J.L.; ROGÉRIO, A. G.; MIGUEL J. D.; ANTÔNIO, A. B.; C. F. B. S. “Green Chemistry” – Os 12 princípios da Química Verde e sua inserção nas atividades de Ensino e Pesquisa Revista Química Nova, v. 26, n. 1, p.123-129, 2003.

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8. DANTAS, N. J. Modelos de Decisão para Otimização do Padrão de Cultivo em Áreas Irrigadas, Baseados nas Funções de Resposta da Cultura á Água. 1996. 125 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) – Departamento de Engenharia Agrícola, UNESP, Botucatu, 1996.

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Indus2011.

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