O fumo é uma mistura coloidal de partículas sólidas, de líquidos e de gases. Serão entendidos por gases aquelas substancias que nas condições normais (temperatura ambiente, pressão de 1 atmosfera) se mostram no estado gasoso e não condensam. Entenderemos por vapores aqueles gases que podem condensar-se nas condições normais, por exemplo, vapor de água. Entre os gases produzidos em grande quantidade estão o dióxido de carbono ou gás carbónico (CO2) e o monóxido de carbono (CO).
Na combustão de materiais de origem orgânica, sejam eles derivados do petróleo, carvão ou madeira, forma-se, em presença de quantidades suficientes de oxigénio, o dióxido de carbono. O dióxido de carbono é ainda produzido na respiração do homem, animais, plantas e microorganismos.
Contudo, o dióxido de carbono não é só produzido, mas também consumido. As plantas verdes necessitam continuamente de dióxido de carbono para sintetizarem a glicose, em presença de luz solar, e com participação de água, num processo chamado de fotossíntese. A partir da glicose as plantas podem sintetizar, em parte com a participação de elementos provenientes de compostos inorgânicos, todas as outras substancias orgânicas vitais para a sua sobrevivência, tais como proteínas, ácidos nucléicos, lipídos, vitaminas e muitas outras.
Como subproduto da fotossíntese há uma libertação de oxigénio (O2) proveniente da água, em quantidade equivalente ao dióxido de carbono (CO2) utilizado. Isto é, para cada molécula de CO2 fixada, há libertação de uma molécula de O2.
Todos os seres vivos oxidam as substancias orgânicas sintetizadas pelas plantas, para obtenção de energia. Neste processo formam-se CO2 e H20 (água), que voltam a participar no processo de fotossíntese. 0 CO2 libertado anualmente através da respiração de todos os seres vivos aproxima-se em quantidade ao CO2 fixado pelas plantas através da fotossíntese.
Desde o início da grande expansão industrial observada no século XX e da consequente combustão de combustíveis fósseis, a quantidade de CO2 libertada é muito maior que a quantidade que pode ser assimilada pelas plantas.
Como consequência deste constante excesso de produção de CO2, observa-se desde o início deste século um aumento da proporção do CO2 no ar atmosférico, de 0,03% em volume. Em áreas metropolitanas a proporção de CO2 ultrapassa 0,04% em volume.
Em épocas geológicas anteriores ao aparecimento do homem, portanto há mais de 3 ou 4 milhões de anos, a fotossíntese predominava relativamente à respiração. Nestas épocas formaram-se os depósitos de combustíveis fósseis (petróleo, carvão, turfa).
O monóxido de carbono (CO) forma-se na combustão incompleta. As maiores fontes de CO são os veículos a motor, pois as condições óptimas de combustão nem sempre se verificam, sendo obtidas somente quando o motor está regulado para operar com potência máxima. A maior quantidade de CO é produzida por motores trabalhando em marcha lenta (em ponto morto). Fornos e fornalhas emitem uma menor quantidade de monóxido de carbono (desde que estejam regulados corretamente).
Nas grandes cidades a concentração de CO pode chegar a 100 ppm (partes por milhão). Para o caso do monóxido de carbono torna-se muito importante o problema de sua eliminação do ar. O monóxido de carbono não pode ser aproveitado pelas plantas para a fotossíntese, mas existem algumas possibilidades de combinação biológica deste gás. Uma série de plantas fanerógamas pode fixar CO e incorporá-lo na molécula de serina, um aminoácido. Entre os melhores desintoxicantes do CO está o solo.
Paralelamente à poluição da atmosfera com óxidos de carbono cresce também a emissão de substancias ácidas. O conceito "emissões ácidas" engloba gases capazes de formar ácidos e que possuem eles próprios características ácidas.
Assim, os óxidos de azoto (nitrogénio), capazes de formar ácidos, mas que afetam os organismos vivos devido ao seu poder oxidante, são incluídos entre os oxidantes. Emissões ácidas características são os gases dióxido de enxofre (SO2), fluoreto de hidrogénio ou ácido fluorídrico(HF) e cloreto de hidrogénio ou ácido clorícrico (HCl). Estes serão comentados a seguir.
O SO2 forma-se no aquecimento de minérios do grupo dos sulfetos e na fabricação de fertilizantes, celulose e ácido sulfúrico. As emissões de SO2 não permanecem, porém, restritas à indústria, pois em princípio todos os motores de combustão fornecem também SO2, em quantidades mais pequenas.
O carvão contém de 0,3 a 6,5% de enxofre; particularmente a turfa é rica em enxofre. O petróleo e o óleo combustível também contêm enxofre, em proporções variáveis, conforme a origem, de até 5,1%. Nas áreas urbanas a concentração média do SO2 no ar é da ordem de 0,2 a 0,3 ppm. Em regiões industriais podem ocorrer valores extremos de 10 ppm. O HCl forma-se nas indústrias de fertilizantes, de esmaltação de porcelanas, na indústria electroquímica e na combustão de materiais contendo cloro, como o policloreto de vinilo (PVC). Também ocorre libertação de HF em fundições de metais pesados e de alumínio. Também indústrias de vidro, esmaltes, porcelana e fertilizantes emitem HF.
Serão englobados nos oxidantes todos aqueles gases cuja ação fisiológica principal se baseia numa reação de oxidação, como ocorre com os óxidos de azoto (sobretudo o monóxido de azoto (NO) e dióxido de azoto (NO2) )e como o ozono (O3).
Os óxidos de azoto formam-se em indústrias de ácido nítrico e ácido sulfúrico e em motores de combustão (principal fonte). Os gases expelidos pelos veículos automóveis podem conter até 1000 ppm de óxidos de azoto. Também o fumo de cigarros contém óxidos de azoto, em concentrações de até 300 ppm. Estas concentrações são muito elevadas, ainda mais considerando que gases de escape e fumo de cigarros são produzidos em recintos fechados ou limitados, o que reduz em muito a possibilidade de diluição destes gases. Pequenas quantidades de óxidos de azoto também se formam durante as tempestades e na soldadura elétrica.
Os óxidos de azoto sofrem no meio ambiente transformações fotoquímicas, que levam à formação de ozono (O3). Principalmente os raios ultravioleta, mais energéticos, decompõem o NO2 homoliticamente. Esta espécie formada reage com o oxigénio atmosférico e forma o ozono.
Como este processo fotoquímico é uma das principais fontes produtoras de ozono, os gases de escape de veículos automóveis incluem-se, indiretamente, entre os principais formadores de ozono. A formação industrial de ozono (eletrólise, rutura de peróxidos, etc.) assume um papel totalmente secundário.
O ozono também se forma num processo natural, pela ação de raios UV sobre o oxigénio (O2) atmosférico, em grandes altitudes.
Porém, somente uma pequena fração deste ozono estratosférico atinge a superfície terrestre, já que é reduzida a troca de gases entre a estratosfera e a toposfera.
Deduz-se facilmente que as maiores concentrações de ozono na superfície terrestre são encontradas nas áreas urbanas. Na cidade de Los Angeles, bastante ensolarada e com tráfego intenso de veículos, a concentração de ozono no ar atmosférico pode chegar a 1 ppm.
A grande reatividade de oxidantes pode por vezes dar início a reações em cadeia de moléculas orgânicas insaturadas, como a que ocorre na formação do smog. O termo smog vem do inglês e deriva das palavras smoke = fumo e fog = neblina, nevoeiro. O smog (aerossóis, nitrato de peroxiacetila (PAN) ) é, em decorrência das dimensões de suas partículas, uma solução coloidal, como a poeira e o fumo. Conhecemos hoje dois tipos quimicamente diferentes de formação de smog, o chamado smog de Los Angeles e o smog de Londres.
O smog do tipo Los Angeles surge por reação de ozono de origem fotoquímica com hidrocarbonetos insaturados. Os peroxicompostos formados atuam como iniciadores de polimerizações em cadeia de hidrocarbonetos insaturados, provenientes essencialmente dos gases de escape de veículos automotores. Os polímeros (coloidais) formam com minúsculas gotas de líquido, os aerossóis característicos, responsáveis pela formação de "cúpulas de névoa".
Paralelamente há formação de formaldeído e de grande número de outras substancias.
Em função das etapas de reação acima esquematizadas e por causa da acumulação de peróxidos da nuvem de smog, o smog do tipo Los Angeles é chamado de smog oxidante. Para a formação do smog do tipo Los Angeles são necessárias ainda características climáticas bem determinadas: irradiação solar intensa, ausência de ventos (observadas em vales e em depressões), além de inversões térmicas e pressões atmosféricas elevadas, que impedem que os gases desprendidos se propaguem a regiões atmosféricas superiores.
Ao contrário do smog de Los Angeles, o smog do tipo londrino tem carácter redutor, uma vez que se forma na atmosfera contaminada por SO2. Por estar próxima ao litoral, em Londres é possível que, em dias frios (-3 a + 5C), massas de ar húmido do mar possam formar grandes "nevoeiros" por condensação em partículas de poeira e fumo suspensas no ar urbano. Por ação da luz solar, o SO, (abundante no fumo durante o Inverno, em consequência do aquecimento nas casas) é convertido em SO2 ativado. Ocorre reação espontânea com o oxigénio do ar, formando-se a espécie SO4 que se decompõe imediatamente com libertação de oxigénio. Desta forma o nevoeiro converte-se num autêntico aerossol de ácido sulfúrico. O smog contém sempre uma abundância de substancias orgânicas e inorgânicas, emitidas por indústrias, veículos e pelo aquecimento doméstico.
Por causa da acumulação de diferentes tipos de substâncias do smog e pela influência de fatores ambientais diversos, observam-se muitas combinações de efeitos, que geralmente não podem ser previstas.