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Aula S08 Química da Atmosfera - Parte II PRINCIPAIS PROBLEMAS AMBIENTAIS E AS REAÇÕES QUÍMICAS ENVOLVIDAS 1. Chuva ácida 2. Efeito estufa 3. Depleção da camada de ozônio Prof. Rafael Arromba de Sousa Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Juiz de Fora, 1 o semestre de 2014 QUI106 - Química Analítica Ambiental 1

QUI106 -Química Analítica Ambiental Aula S08 Química da ...mica_da_Atmosfera-Parte-2_1S2014.pdf · Química da Atmosfera -Parte II ... 2.Efeitoestufa 3.Depleçãodacamadadeozônio

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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 – Ilustração do processo

Em outras palavras: “reflexão de calor para o solo”

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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 – Onde “usamos”

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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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