Aula S08
Química da Atmosfera - Parte IIPRINCIPAIS PROBLEMAS AMBIENTAIS E AS REAÇÕES QUÍMICAS ENVOLVIDAS
1. Chuva ácida2. Efeito estufa
3. Depleção da camada de ozônio
Prof. Rafael Arromba de Sousa
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Instituto de Ciências ExatasDepartamento de Química
Juiz de Fora, 1o semestre de 2014
QUI106 - Química Analítica Ambiental
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Chuva Ácida
• A água da chuva é NATURALMENTE ácida (pH ~ 5,5) :
CO2 + H2O H2CO3 HCO3 - + H +
CHUVA ÁCIDA: chuva com pH entre 5,0 e 2,2
Consequencia da POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA (gases SO3 e NOx)
Chuvas e neve contendo ácidos fortes (H2SO4 e HNO3)
Precipitação seca de sulfatos
• Prejudica a biota
– Afeta o desenvolvimento de plantas
(danifica as folhas e disponibiliza o Al3+ do solo)
– Pode causar a mortandade de peixes e outros organismos aquáticos
– Promove degradação de monumentos e construções civis2
Chuva Ácida – Principais reações
• Reações dos compostos de nitrogênio
2 NO + O2 → 2NO2
2 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3
2 HNO2 + O2 → 2 HNO3
• Reações dos compostos de enxofre
SO2 + 1/2O2 → SO3
SO3 + H2O → H2SO4
Essas reações explicam como os ácidos são formados na atmosfera3
Chuva Ácida – Ilustração do processo
�A chuva ácida pode cair em local distante da emissão dos poluentes
� Causa dano em diferentes ambientes (áreas urbanas e rurais) 4
Efeito da precipitação ácida numa estátua de calcário
H + + CaCO3 (s) ���� HCO3- + Ca 2+ (equilíbrio deslocado)
“A chuva ácida pode causar corrosão NÃO APENAS em minerais, mas também a metais e tintas” � Danos para a construção civil em geral
Chuva Ácida – Conhecendo os danos (monumentos e construções)
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Diagrama mostrando a tolerância à acidez de algumas espécies
Chuva Ácida – Conhecendo os danos (biota)
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“A maioria dos rios e lagos possuem um pH entre 6,0 e 8,0 e podem atingir
valores próximos de 5,0 quando os solos e água não tem capacidade de
neutralizar a acidez das chuvas”
Efeito da precipitação ácida sobre uma floresta (Alemanha, 1970 - 1983)
- Europa, América do Norte e alguns países asiáticos são os mais afetados
pela chuva ácida
- No Brasil, sabe-se que ocorrem com maior intensidade nas cidades de
Cubatão, São Paulo e Rio de Janeiro
Chuva Ácida – Conhecendo os danos (biota)
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Efeito EstufaRefere-se a uma contenção de CALOR promovida por moléculas gasosas específicas
(gases estufa)
FOCO do fenômeno são os problemas que podem ocorrer
ENTRETANTO, não há ainda medidas que determinem inequivocamente que ele existe !
“PREVISÃO”: ���� Derretimento das calotas polares���� Alagamento de regiões costeiras���� Mudanças climáticas: - longos períodos de seca
- períodos de enchentes
POR OUTRO LADO, os gases estufa mantêm a temperatura do planeta numa faixa conveniente para a vida
Refletem cerca de 30% da radiação solar8
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Efeito Estufa – Princípio físico-químico
Moléculas como CO2, CH4, H2O e O3
Absorvem e vibram na frequencia da radiação infravermelha
Contenção de calor pela atmosfera
O acréscimo de gases estufa na atmosfera modificaa quantidade do calor retido
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Efeito Estufa – Princípio físico-químico
INTERAÇÃO DA ATMOSFERA COM A LUZ DO SOL
DIFERENTES MODOS:
• A atmosfera é transparente aos comprimentos da luz visível.
• A camada de ozônio na atmosfera superior absorve a maiorparte da luz ultra-violeta
• Na atmosfera “inferior”, o CO2 e a H2O fazem com que aatmosfera seja opaca aos raios infra-vermelhos, e a radiaçãotem dificuldade em voltar ao espaço
CO2 – Dióxido de Carbono: ~ 60% do efeito estufa. Usado como referência métrica padrão
para determinar o potencial de aquecimento global dos demais gases do efeito estufa
N2O – Óxido nitroso: - ~ 5% do efeito estufa, potencial de aquecimento 300 x > CO2
- Precursor da destruição da Camada de ozônio...
CH4 – Metano: ~ 15% do efeito estufa, potencial de aquecimento 25 x > CO2
O3 – Ozônio: ~ 8% do efeito estufa, tóxico para os seres vivos
SF6 – Hexafluoreto de enxofre (hexafluoretos): potencial de aquecimento 22000 x > CO2
���� HFCs – Hidrofluorcarbonetos:
substitutos dos CFCs (que danificam a camada de ozônio) mas com potencial deaquecimento 120 – 12000 x > CO2
���� PFCs – Perfluorcarbonetos: alto poder de aquecimento (6500 – 9200 x > CO2)
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Efeito Estufa – Gases estufa
HALOCARBONETOS
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Gases estufa – Algumas considerações
SABER: Por que o CO2 é considerado o grande “vilão” do efeito estufa se diversos outros
gases tem um poder de aquecimento muito maior ?
Correto ? Correto ?
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Leitura recomendada...
Pesquisa brasileira publicada na Nature!
(Revista Fapesp, março de 2014, pg 22)
Química do ozônio
Dr. Paul Crutzen, em 1970, Instituto MaxPlanck, mostrou que os óxidos denitrogênio têm um papel importante nocontrole do equilíbrio natural do ozônio
Dr. Mario Molina, MIT, publicou em
1974 com Dr. Sherwood Rowland um
artigo (Nature) muito comentado sobre
a ameaça dos clorofluorcarbonos à
Camada de Ozônio
Embora estudos sobre o assunto datem da década de 1960, DESDE ENTÃO , muito se tem pesquisado sobre o ozônio na atmosfera e as características da camada de ozônio
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Constituinte importante (estratosfera) mas também um poluente (troposfera): um dos causadores do smog fotoquímico
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Química do ozônioOzônio como poluente
• Smog fotoquímico é o efeito visível na atmosfera (camada roxaacinzentada) do resultado de poluentes e de suas reações catalisadas pelaluz solar (reações fotoquímicas)
• HISTORICAMENTE descobriu-se esse tipo de fenômeno pela primeira vezem Los Angeles, na década de 1940, e que costuma acontecer em cidadescom uma grande movimentação de veículos (acumulam óxidos denitrogênio e compostos orgânicos voláteis (COVs) na atmosfera)
• Efeitos NOCIVOS são irritação (passageira) do sistema respiratório,diminuição na resistência às doenças infecciosas (exposição prolongada).No nível MOLECULAR: o O3 reage com substâncias que contêm ligaçõesC=C (tecidos pulmonares) afetando os tecidos atingidos
� Emissões de O3 por processos industriais e de desinfecção de águadevem ser controlados e evitados !
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Química do ozônio - Ozônio como poluente
���� Presente naturalmente na estratosfera o O3 absorve a radiação UV nafaixa de 220 a 320 nm
(Relembrando) Isto protege os seres vivos de radiações nocivas do sol
���� Esta camada influencia a qualidade de vida dos seres vivos (natroposfera) e deve ser PRESERVADA
���� As reações envolvidas são geralmente fotoquímicas e são espontâneas
(tanto de formação como de decomposição):
O2 + hν → 2O
O + O2 → O3 + calor
O3 + hν → O + O2
O + O3 → 2O2
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Química do ozônio – O ozônio estratosfera
ENTRETANTO, existem também reações de decomposição catalisadas por poluentes (X) e que degradam a camada de ozônio:
X + O3 → XO + O2
XO + O → X + O2
� O + O3 → 2O2
� X = gases clorados (CFCs), NO ., OH .
NO pode ser originado do N2O da troposfera
EX. DE REAÇÕES POSSÍVEIS: N2O + O ���� 2NO
NO + O3 → NO2 + O2
���� Equilíbrio dos níveis de O3 é afetado não só pela presença de poluentes diversos mas, também, pelo desequilíbrio no Ciclo do nitrogênio
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Química do ozônio – O ozônio estratosfera
1) Relembrando os conceitos de físico-química, a formação do ozônioestratosférico (slide 21) é endotérmica ou exotérmica? Por quê?
2) (Para pesquisar) Qual a consequencia que o Protocolo de Montreal trouxepara a química sintética, em relação à preservação da camada de ozônio?
3) (Para pesquisar) Como podem ser formados radicais hidroxilas nas altascamadas da estratosfera?
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Química do ozônio – Questões
Referências usadas nesta aula
• Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introdução à Química Ambiental, Porto Alegre Bookman, 2004
• Baird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera, 2 ed, Porto Alegre, Bookman, 2002
• Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011
• http://www.passeiweb.com/na_ponta_lingua/sala_de_aula/quimica/imagens/chuva_acida_formacao.jpg, acessado 06-07-13
• http://achuva.pbworks.com/w/page/1318337/As%20nossas%20descobertas, acessado 06-07-13
• Mozeto, A. Química Atmosférica: A química sobre nossas cabeças. Cadernos Temáticos de Química Nova
na Escola. 2001
• Tolentino, M., Filho, R.C. . A Química no efeito estufa. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. 1998
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