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3. nteracçào radiaçao matéria 143 3. Interacção radiação-matéria Nos folhetos informativos que acompanham alguns produtos cosméti- cos que visam a renovação celular é frequente ler-se informação como a seguinte: Os radicais livres são responsáveis pelo surgirnento de rugas, f1acidez e perda de vitalidade da pele. Os alfa-hidroxiácidos, a lecitina vegetal, as ceramidas e as vitaminas A e E são ingredientes activos que possuem acções específicas na prevenção, no controlo e no combate ao envelhecimento da pele. Além da aplica- ção do produto, proteja a pele da acção dos raios solares UVA e UVB, que causam a formação de radicais livres. Mas, o que são os radicais livres? Como e onde se formam? 3.1. Radicais Livres Os radicais livres são produzidos quando átomos ou moléculas está- veis absorvem radiações sí el e ultravioleta. A energia destas radiações provoca a excitação de um electrão da orbi- tal mais exterior para outra orbital que se encontra vazia: em alguns casos, o electrão que muda de ortrtal mantém o seu spin (estado de singleto) e, noutros casos, inverte-se o spin do electrão que foi promovido de orbital, dando origem ao estado de tripleto. como se ilustra neste esquema: Energia - J.. Estado de singleto Estado de tripleto Estado fundamental Fig. 24 Estados de singleto e tripteto. Ambos os estados são excitados. as o estado de tripleto, o mais energético, é o que corresponde ao estado do radical livre. Estas partículas têm uma vida to curta (10 us a 10 ms) e são altamente instáveis e reactivas. o q e az com que o atributo de "livre" perca um pouco do seu sentido.

Radiacao Materia

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Page 1: Radiacao Materia

3. nteracçào radiaçao matéria 143

3. Interacção radiação-matéria

Nos folhetos informativos que acompanham alguns produtos cosméti-cos que visam a renovação celular é frequente ler-se informação como aseguinte:

Os radicais livres são responsáveis pelo surgirnento de rugas, f1acidez e perdade vitalidade da pele. Os alfa-hidroxiácidos, a lecitina vegetal, as ceramidas e asvitaminas A e E são ingredientes activos que possuem acções específicas naprevenção, no controlo e no combate ao envelhecimento da pele. Além da aplica-ção do produto, proteja a pele da acção dos raios solares UVA e UVB, quecausam a formação de radicais livres.

Mas, o que são os radicais livres? Como e onde se formam?

3.1. Radicais Livres

Os radicais livres são produzidos quando átomos ou moléculas está-veis absorvem radiações sí el e ultravioleta.

A energia destas radiações provoca a excitação de um electrão da orbi-tal mais exterior para outra orbital que se encontra vazia: em alguns casos,o electrão que muda de ortrtal mantém o seu spin (estado de singleto) e,noutros casos, inverte-se o spin do electrão que foi promovido de orbital,dando origem ao estado de tripleto. como se ilustra neste esquema:

Energia - J..

Estado desingleto

Estado detripleto

Estadofundamental

Fig. 24 Estados de singleto e tripteto.

Ambos os estados são excitados. as o estado de tripleto, o maisenergético, é o que corresponde ao estado do radical livre.

Estas partículas têm uma vida to curta (10 us a 10 ms) e sãoaltamente instáveis e reactivas. o q e az com que o atributo de "livre"perca um pouco do seu sentido.

Page 2: Radiacao Materia

Microondas Ondas de rádio

144 UNIDADE 2 - NA ATMOSFERA DA TERRA, RADIAÇÃO, MATÉRIA E ESTRUTURA

A formação de alguns destes radicais livres pode ocorrer, natural-mente, na respiração celular, por exemplo, ao nível das mitocôndrias,podendo desempenhar tanto um bom como um mau papel nos organis-mos em que se produzem. Outros formam-se por interacção entre aradiação e a matéria, tal como é sugerido no resumo da informaçãoinclusa nos cosméticos.

3.2. Mas, o que se passa na atmosfera?

Sendo a atmosfera atravessada pelas radiações emanadas do Sol,verificam-se, de certeza, interacções de radiações UV e visível com amatéria de origem natural ou antropogénica aí existente; o resultadodessas interacções vai depender da energia de cada tipo de radiação.

Alguns dos exemplos dos resultados dessas interacções são a pre-sença dos radicais livres HO· (radical hidroxilo), cr (radical cloro) eBr (radical bromo) , cujas formações ocorrem na estratosfera e na tropos-fera, zonas da atmosfera em que a radiação proveniente do Sol é cadavez menos energética.

Para melhor se compreender como a radiação ultravioleta (UV) inte-rage com a matéria, vamos recordar uma parte do espectro electromag-nético e fazer dela uma visão mais detalhada:

Raios X Radiação óptica

l,98XlO-18

Jl,98Xl0-24

I.l,98XlO-27

Energia do fotão J~-".

l,98Xl0-18

J4,95Xl0-19 2,54Xl0-19

I.l,98X 10-24

0,0-

Ultravioleta Visível

UV-B UV-A

l,98xlO-18 7,10XlO-19 6,32Xl0-19 4,95XlO-19

Fig. 25 Parte do espectro electromagnético.

As sucessivas camadas da atmosfera funcionam como filtros para asradiações UV-C, UV-B e UV-A. A maior parte da radiação UV nuncaalcança a Terra, enquanto que a radiação infravermelha (IV) penetra nasua superfície.

Page 3: Radiacao Materia

3.lnteracç.ão radiação-matéria

As radiações UV podem ser classificadas em três categorias:

UV-A - radiações UV de menor energia, fonte do bronzeado e não absor-vidas pela camada de ozono;

UV-B - radiações UV de energia intermédia, fonte das queimaduras eque são normalmente absorvidas pela camada de ozono;

uvc - radiações UV de maior energia que são filtradas na atmosfera(absorvidas pela camada de ozono) e que nunca alcançam aTerra.

Radiação solar incidenter'------~~,-------,

500 krn _1200°C

roL.

UL.Q) II- > EAs radiações uvc e ro E ::::> .x: [O]» [02]-o .x: I

algumas das UV-B são DQ) D eu D

iennosfera <l: ,~ (D LD cn N

absorvidas por N2, O2 e I - I 'Q) L.'Q) O2, O', NO'> L. > ...., Q) ....,

Q) eu c eu03, embora a altitudes ::::> o.. ::::> Q)o o

Q) :::J 'eu ~ 'eudiferentes. </) u' u·

Q) eu lU rn ro,~ C

L. L.

</)....,

Q) ....,.:; o Q) -o Q)

,eu c c-: u- Q) > Q)

eu o.. ::::> o..L.....,

120 krn. [O] = [Oi]Q)cQ)o..

85km -92 C

As radiações UV próxi-mas (UV-A e alguma da UV-B) e a radiação visível (Vis)alcançam a Terra.

~esosfera

Fig. 26 Radiações solares incidentesna Terra.

50 km -2°CO Energia

3 + Radiação UV-B .•

Estratosfera

~0-16km

iroposfera

QEC10-10

145

Page 4: Radiacao Materia

uv

146 UNIDADE 2 - NA ATMOSFERA DA TERRA, RADIAÇÃO, MATÉRIA E ESTRUTURA

Exemplo 1:

A radiação UV de energia aproximadamente igual a 8,22 x 10- 18 Jpode causar a ruptura da ligação entre os dois átomos de oxigénio deuma molécula de dioxigénio e provocar nos átomos o estado de tripleto:

O2 -- o· + O·

O sfrnbolo' colocado ao lado de cada átomo de oxigénio (O) simbolizao radical livre, e indica o carácter de intensa reactividade que este radi-cal apresenta.

Exemplo 2:

Outros dois radicais livres que existem na atmosfera são os radicaiscloro (CI") e bramo (Br'). Estes podem formar-se por cisão das molécu-las de dicloro e dibromo, respectivamente:

uv

Cl··Cl -+ cr + cr Br"Br a-: + a-:

Clz ~Energia ---+ 2 cr Brz+Energia ---+ 2 Br'

Exemplo 3:

O radical hidroxilo, HO·, é uma das espécies intermediárias reactivasmais importantes nos processos químicos atmosféricos.

A sua formação pode ocorrer por diversos mecanismos como, porexemplo:

1 - fotólise da água: H20 -- HO· + H"

2 - fotólise do vapor de ácido nitroso: HONO -- HO· + NO·

3.2.1. FotoionizaçãoUma das características da atmosfera superior, devido às condições

de rarefacção, é a presença de níveis significativos de electrões e iõespositivos, uma vez que estas partículas carregadas electricamentepodem existir nessa região por longos períodos antes de se recombina-rem para formar espécies neutras. Esta região é também designada, poreste motivo, por ionosfera.

As espécies iónicas mais importantes são O+, O; e NO+ e a sua pre-sença, na ionosfera, provoca desvios nas ondas de rádio.

Estes iões resultam da fotoionização das respectivas espécies atómi-cas ou moleculares, isto é, da perda de electrões causada pela interac-ção com radiação UV-C (UV de maior energia).

Page 5: Radiacao Materia

3. Interacção radiação-matéria 147

Resumidamente, podem esquematizar-se as interacções directas eindirectas dos radicais livres.

RESERVATÓRIOS

HOCI N205 CION02 BrON02

HN03 HCI HF

Trosposfera

Superfície terrestre

Fig. 27 Diagrama esquemático da química da atmosfera.

3.3. Efeitos dos radicais livres na saúde

São muitos e variados os efeitos nefastos dos radicais livres no nor-mal e harmonioso funcionamento do corpo humano, como o demons-tram vários estudos efectuados por médicos, químicos e outros inves-tigadores:

• são a causa básica do envelhecimento;

• têm implicações no desenvolvimento do cancro, da diabetes, daasma, da depressão e de doenças reumatológicas e cardiovas-culares;

• têm implicação na lesão cerebral mediada pela idade (radiações deoxigénio).

Mesmo com todos estes potenciais perigos, a produção de radicaislivres é aumentada por situações como o uso de drogas e de álcool, como hábito de fumar, com a hipoglicemia, com o exercício físico intensosem condição física apropriada para tal, com o stress profissional, esco-lar e familiar, com uma alimentação inadequada e com a exposição àpoluição ambiental e às radiações solares.

Page 6: Radiacao Materia

148 UNIDADE 2 - NA ATMOSFERA DA TERRA: RADIAÇÃO, MATÉRIA E ESTRUTURA

Como se pode controLar a produção de radicais Livres, dentro dosLimites aceitáveis, de forma a não causarem dano no organismo?

A melhor prevenção é ter uma vida saudável:

Fig. 28 Grupos de alimentos saudáveis.

SABIA QUE ...

• Ingerir alimentos com ferro, rnanganesro eselénio, vitaminas A, C, E, [3-caroteno e ribo-flavina, que actuam como antioxidantes;

• Procurar não frequentar ambientes poluídos;

• Não fumar;

• Não beber bebidas alcoólicas em demasia;

• Praticar exercício físico moderado e deacordo com a condição física de cada um;

• Proteger-se contra as radiações UV comprodutos adequados.

... o kiwi é uma fonte enorme devitamina C e que também fun-ciona como antioxidante?

... os antioxidantes funcionam como"guerreiros", combatendo e lim-pando o nosso corpo das toxinas edos radicais livres?

... os antioxidantes são particular-mente importantes para as pes-soas que gostam de usar o gre-lhador e de comer grelhados?

... a comida grelhada, embora não esteja provado, tem maior propensão asofrer o processo de formação de nitrosamina (radical livre) no orga-nismo?

... o radical livre nitrosamina faz parte do processo que causa doençascrónicas como o cancro e problemas cardíacos?

... investigações levadas a cabo na Universidade de Rutgers, nos EUA,mostraram que o sumo de kiwi inibe a formação de nitrosaminas.dando um excelente acompanhamento para um saboroso grelhado?

... o kiwi, no mundo das frutas, é um dos melhores amigos do Homemporque tem altos teores de fibras (melhoram o trânsito intestinal! e depectinas (ajudam a redução do colesterol no sangue!. para além de umproduto misterioso com excelentes propriedades laxativas?

Fig. 29 Kiwi - fonte de vitamina C.

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4. O ozono na estratosfera

4. O ozono na estratosfera

4.1. O princípio ...Quando uma equipa de pesquisa inglesa que monitorizava a atmos-

fera situada por cima da Antárctida noticiou, nos anos 70, perdas dra-máticas de ozono na estratosfera inferior, essas perdas eram de talmodo graves que as atribuíram ao mau funcionamento dos instrumen-tos. Construíram, por isso, novos equipamentos e voltaram a efectuarmedições que confirmaram os valores já obtidos anteriormente.

Simultaneamente, o satélite TOMS não apresentava dados tão alar-mantes como os da equipa inglesa, o que confundiu ainda mais a comu-nidade científica!!!

Mas rapidamente perceberam que o software do satélite não estavapreparado para tratar valores tão baixos ...

Posteriormente, e já com o software adequado, o satélite apresentouvalores que confirmaram os valores obtidos pela equipa inglesa.

4.2. O que é o ozono e como se forma?Tal como já se referiu, foi devido à fotossíntese e à evolução dos

organismos produtores de oxigénio que a Terra adquiriu uma camadaestratosférica, que se foi construindo ao longo de 450 milhões de anos.

A maior parte do ozono (03) ocorre naturalmente na estratosfera, zonaonde voam os aviões supersónicos como o Concorde (os aviões de linhasaéreas comerciais vulgares voam na troposfera).

Altitude

80 km

50 kmMesosfera

Altitude Ikrnl r____ocoNoCll

"O

ro"OroErou

Exosfera 500

Termosfera855010

10 km

Cone. de ozono

Fig. 30 Concentração de 03 versus altitude. Fig. 31 Camadas de atmosfera.

149

Page 8: Radiacao Materia

150 UNIDADE 2 - NA ATMOSFERA DA TERRA, RADIAÇÃO. MATÉRIA E ESTRUTURA

o ozono que se encontra na estratosfera tem um papel vital na vida àsuperfície (animais e plantas) e na protecção que oferece em relação àradiação ultravioleta (UV) do Sol.

Área cobertapela coluna

o ozono forma uma camada na estratosfera queserve de filtro às radiações UV mais energéticas.Esta camada é mais fina nos trópicos do que nospólos, apresentando flutuações sazonais; a suaquantidade de ozono é medida em unidades Dobson(OU), apresentando valores típicos de - 360 OU(segundo Atkins & Jones, Chemistry) junto aos trópi-cos e valores mais elevados noutras zonas.

Unidade Dobson

Uma espessura de3 mm correspondea 300 OU

Fig. 32 Definição de OU.

Nota: Uma unidade Dobson é equivalente a uma camada de ozono puro de espessura10 um à pressão de 1 atmosfera e a O OCo

o ozono forma-se, naturalmente, quando a radiação ultravioleta (UV)interage com as moléculas de oxigénio (02) da estratosfera, dando origemao oxigénio atómico (O). Este oxigénio atómico, por sua vez, combina-serapidamente com outras moléculas de oxigénio, formando o ozono:

o oxigénio atómico reage com odioxigénio para formar ozono.

Molécula Fotodissociaçãodiatómica

de oxigénioO2 + rad. UV --+ O

Átomosde

oxigénio

+ O 111

Fig. 33 Formação natural do ozono.

Por ironia, o ozono é, simultaneamente, um perigo para a saúde(quando se encontra ao nível do solo) e indispensável para a sobrevivên-cia de animais e plantas (quando se encontra na estratosfera).

Na estratosfera, ele absorve algumas das radiações UV, potencial-mente perigosas (UV-C e UV-B):

Oxigénioatómico

OxigéniodiatómicoOxigénio

diatómico

+

OJ + rad. UV --+ O2 + O (31

Fig. 34 Destruição natural do ozono.

Page 9: Radiacao Materia

4. O 020no na estratosfera 151

No entanto, o ozono refaz-se rapidamente, resultando um balanço semperdas de ozono.

As reacções numeradas (1)-(4) são vulgarmente conhecidas como as"reacções de Chapman".

Com o aumento da altitude (fig. 35), a reacção (2) torna-se mais lentaenquanto a reacção (3) se torna mais rápida.

A concentração de ozono não é mais do que o resultado do balançoentre estas duas reacções competitivas. Na atmosfera superior domina ooxigénio atómico.

Ao descer na estratosfera, o ar torna-se mais denso, a absorção deradiação UV aumenta e o nível de ozono tem um pico na zona dos 25 km.Ao continuar a aproximação ao solo, os níveis de radiação UV diminueme, consequentemente, também o nível de ozono.

35

30

25

E.x:

QJ 20"O::l~<!

5 Ozono desmog

Ozono estratosférico (bom ozono):

• Contém cerca de 90% doI ozono atmosférico.

• Actua como o principal escudoàs radiações UV.

Ozono troposférico (mau ozono):

• Contém cerca de 10% do11 ozono atmosférico.

• Produz efeitos tóxicos nosseres vivos.

~o 5 10 15 20 25 Cone. de ozono

Fig.35 Concentração de ozono versus altitude.

SABIA QUE ...

Se a camada de ozono fosse trazida para baixo até à superfície da Terra,as condições de pressão e temperatura aí existentes comprimiriam essacamada para uma espessura de 2 a 5 mm?

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152 UNID4DE 2 - N4 4TMDSFERA DA TERRA: R4DIAÇÃD. M4TÉRI4 E ESTRUTURA

4.3. As reacções que faltam ...Mas devia haver algum problema com a teoria de Chapman (represen-

tadas pelas reacções numeradas de 1 a 4), uma vez que a diminuiçãoda concentração de ozono traduzida pela reacção (4) era tida comomuito lenta.

Como seria possível explicar a perda tão acentuada de ozonocomo aquela que era apresentada pelos resultados das mediçõesefectuadas na atmosfera real?

Seria possível existirem outras reacções, mais rápidas, que con-trolassem os níveis de ozono na estratosfera?

Uma das primeiras hipóteses justificava a diminuição da concentra-ção de ozono na estratosfera devido à presença de vapor de água e deóxidos de azoto libertados pelos aviões supersónicos e mais tardepelos space shuttles. Mas veio a verificar-se que esses efeitos eramdesprezáveis.

Era preciso, no entanto, continuar a procurar uma causa ...

4.3.1. O que é o buraco na camada de ozono?

Um dia, em 1930, um físico da General Motors, Thomas Midgley Jr.,preparou o primeiro clorotluorocarboneto (CFC). Depois dele, outros quí-micos prepararam compostos semelhantes, formando a famosa (pelanegativa) família dos CFC (os mais usados foram o CCI3F (CFC-11) e oCCI2F2 (CFC-12).

No primeiro momento da sua descoberta, os CFC foram consideradosquase milagrosos aos olhos do seu criador - eram quimicamente está-veis, inodoros, não inflamáveis, não corrosivos e... com custos de produ-ção muito baixos!!!

Com todas estas vantagens, rapidamente se tornaram populares,como refrigerantes de frigoríficos e de ar condicionado, dispersores emsprays, gases de limpeza de componentes eléctricos, esterilizadores deinstrumentos hospitalares ...

Mas era demasiado bom para ser verdade!

Em 1974, os químicos Sherwood Rowland e Mário Molina (ver "Sabiaque ... ") levantaram a hipótese de os CFC serem capazes de persistirtempo suficiente na atmosfera de forma a difundirem-se até à estratos-fera, onde intensas radiações UV seriam capazes de "quebrar" as suasmoléculas, libertando radicais de cloro muito activos capazes de des-truir o ozono.

Page 11: Radiacao Materia

4. O ozono na estratosfera 153

Inicialmente esta teoria foi vista com algumcepticismo pela comunidade científica até que,em 1985, passados mais de 10 anos dos pri-meiros avisos dos referidos cientistas, se des-cobriu o buraco da camada de ozono!

As moléculas de sonho transformaram-se emmoléculas de pesadelo para o ozono!

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.~" -,

,,,-'- -'--,'I',\ '

Fig. 36 Buraco da camada do ozono.

SABIA QUE ...

A Real Academia das Ciências Sueca decidiu atribuir, em 1995, o PrémioNobel da Química ao:

- Professor Paul Crutzen, alemão, do Max-Planck-Institute for Chemistry,Mainz, Alemanha;

- Professor Mário Molina, do Department of Earth, Atmospheric andPlanetary Sciences and Department of Chemistry, MIT, Cambridge, MA,EUA;

e

- Professor F. Sherwood Rowland, Department of Chemistry, University ofCalifornia, Irvine, CA, EUA;

pelos seus trabalhos sobre a química da atmosfera, particularmente noque dizia respeito à formação e decomposição do ozono.

Professor Paul Crutzen Professor Mário Molina Professor F. Sherwood Rowland

4.3.2. O que acontece às moléculas de CFC?

Será que o cloro proveniente de outras fontes que não os CFCtambém vai para a estratosfera?

A partir deste momento começaram a ser efectuadas pesquisassobre o possível impacte que o cloro, proveniente de outras fontescomo a água das piscinas, das fábricas, da água do mar e dos vulcões,teria sobre a camada de ozono.

Page 12: Radiacao Materia

154 UNIDADE 2 - NA ATMOSFERA DA TERRA, RADIAÇÃO, MATÉRIA E ESTRUTURA

Mas chegaram à conclusão que os compostos de cloro provenientesdestas fontes se combinavam rapidamente com a água; as mediçõesexaustivas que efectuaram provaram que aqueles compostos, depois deemitidos, voltavam à troposfera com a chuva, não conseguindo, porisso, atingir a estratosfera.

Contrariamente, os CFC eram estáveis e não se dissolviam na águada chuva!

Até ao momento, não se conhece nenhum processo natural que osconsiga remover da troposfera, sendo o vento, posteriormente, o res-ponsável pelo seu transporte até à estratosfera. Aí, sim, as radiaçõesUV são capazes de os destruir ...

~.:tl t." ~~ .;j)"~ ~" 22 km~ .;j)"

~ ".;j) ".;j)

10 km

I~IFig. 37 Impacte das radiações UVem atmosfera sem e com CFC.

E um átomo de cloro pode destruir cerca de 100 000 moléculas deozono!

o resultado está à vista: a velocidade de destruição de ozono é supe-rior à velocidade da sua formação!

E o que acontece ao cloro reactivo até passar a inactivo?

• • • Radiação UV• • •(02• • •ttt °3 NO

• CIO" 2 • CION02• CI" CH,• • HCI• •I CloroCFC "reactivo" Cloro

"inactivo"

Fig. 38 Conversão do "cloro reectivo" em cloro "inectlvo".

Page 13: Radiacao Materia

t..o ozono na estratosfera 155

Radiação UV Cloro O2"reactivo" ,

• 03 CIO" ~, O2CI" --.. + /

CI" ~ CIO" •• UV.•. ~:..."-- CI202 ~

O2

Cloro"inactivo" ·..·..·..ttt

-------~.~ CI2 --..CION02HCI

Fig.39 Conversão do cloro "inactivo" em cloro reectivo.

Quais são os CFC mais conhecidos?

Designação Tempo de permanência na atmosfera/anos

CFC-11 (CCll) 45- --

CFC-12 (CCll2) 100-

CFC-113 (Cl3C13) 85

CFC-114 (Cl4C12) 300I

CFC-115 (ClsCl) I 1700'--- --

Mas, como já se referiu, não são só os CFC os responsáveis pela des-truição da camada de ozono:

• compostos de bromo, denominados hallons (Halon 1211 (CF2CIBr) eHalon 1301 (CF3Br, por exemplo)), o HBFC, usados nos extintoresde incêndios da classe D e o metilbrometo, pesticida usado emlarga escala (cada átomo de bromo destrói centenas de vezes maismoléculas de ozono que um átomo de cloro);

• tetracloreto de carbono (solvente barato mas extremamente tóxico);

• 1,1,1-tricloroetano - usado na limpeza de tecidos e metais e propul-sor em mais de 160 produtos de consumo.

4.3.3. Localização do "buraco" da camada de ozono

Em cada ano que passa, as notícias sobre a rarefacção da camadade ozono pioram significativamente; em 1985, imagens obtidas porsatélite revelaram, sobre a Antárctida, 80-98% de destruição dacamada de ozono durante a Primavera e princípio de Verão (Setembro aDezembro), tendo-se verificado mesmo ruptura da camada de ozono noinício da Primavera em 1998.

Desde esta data e até 2000, a área danificada expandiu-se, ficandocom uma dimensão equivalente a três vezes a área dos EUA!

Page 14: Radiacao Materia

156 UNIDADE 2 - NA ATMOSFERA DA TERRA, RADIACÃO. MATÉRIA E ESTRUTURA

Fig. 40 Rarefacção da camada de ozono.

500475450425 6400 o

_375 8250 ~325 ~300 o275 '~250 ~_

225 ~200 ~175 <3150125

Pólo Norte 100

ACTIVIDADE PRÁTICA DE SALA DE AULA - APSA 4

Desenvolvimento no Livro de actividades.

Como explicar este facto?

- Em cada Inverno (sem sol), os ventos sopram, movendo-se circularmentesobre os pólos, criando vórtices polares (massas circulantes de ar arrefe-cido que "encurralam" enormes massas de ar durante vários meses).

- As gotas de água das nuvens entram nestas grandes correntes circula-res de ar frígido e formam cristais de gelo. A superfície destes cristaisadsorve CFCe outros químicos destruidores da camada de ozono.

- O retorno da IUl na Primavera permite uma "orgia de destruição" decerca de algumas semanas até o vórtice desaparecer.

- Largas camadas de ar, desprovido de ozono, espalham-se entãosobre a Austrália, Nova Zelândia, lonas extremas da América do Sule África, onde os níveis de radiações UV subiram cerca de 20%.

Em 1988, outro "buraco" de ozono foi detectado sobre o Pólo Norte.A explicação do seu aparecimento é a mesma que a anterior, apenascom a diferença de que, como o ar flui alternadamente sobre a água e aterra, nestes pontos ele é mais fraco, menos estável e ligeiramentemais quente do que no Pólo Sul, contribuindo deste modo, em menorescala, para a formação do "buraco" na camada de ozono.

Aqui as áreas afectadas são a Europa, a América do Norte e a Ásia.

4.4. Filtros mecânicos (ópticos) e filtros solares(químicos)

Diversos estudos científicos mundiais concluíram que 90% das pes-soas que se expõem de forma prolongada às radiações emanadas do

Page 15: Radiacao Materia

4. O ozono na estratosfera 157

Sol e de diversos equipamentos como os computadores, os telemóveis,a televisão ... podem vir a sofrer de diversos problemas como cancro depele, cegueira, stress ocular, dores de cabeça, stress, fadiga crónica ...

4.4.1. Filtros mecânicos (ópticos)

A utilização de filtros ópticos nos computadores e noutros equipa-mentos e de óculos escuros noutras situações tem vindo a diminuir ospotenciais perigos de exposição prolongada a essa radiação.

Emissões Emissões

Fig.41 Como actuam os filtros nos ecràs dos computadores.

Em relação aos telemóveis não existem ainda soluções eficazesconhecidas.

Óculos escuros - função ou moda?

Para muitas pessoas que usam óculos escuros, o principal motivo deo fazerem é "o estar na moda", sem se preocuparem com a sua quali-dade. No entanto, a escolha de óculos de fraca qualidade pode vir acausar problemas na visão!!!

Os óculos escuros devem ser projectados para reduzir a intensidadeluminosa e filtrar as radiações que chegam aos olhos. Por isso, paraque uns óculos sejam de boa qualidade, devem bloquear, pelo menos,95% das radiações UV e IV.

O problema da maior parte dos óculos baratos surge porque apenasescurecem a radiação visível e não actuam na presença de radiaçõesUVe IV, permitindo que as pupilas dos olhos continuem a dilatar-se, dei-xando as pessoas ainda mais expostas às radiações perigosas.

4.4.2. Filtros solares (químicos)

Deverá existir qualquer relação misteriosa entre o Sol e a pele paraque numas situações de exposição solar o corpo fique "queimado" enoutras produza um "belo bronzeado" ...

Page 16: Radiacao Materia

158 UNIDADE 2 - NA ATMOSFERA DA TERRA, RADIAÇÃO. MATÉRIA E ESTRUTURA

QuaLserá a diferença entre um bronzeado e uma queimadura do soL?

O que é uma peLe bronzeada?

Porque será que o uso de um creme solar produz um bronzeadoLindo e o seu não uso produz queimaduras? Como actua um cremesoLar?

Para se conseguir responder a qualquer uma destas questões, énecessário compreender como é constituída a pele e em que consiste oseu papel protector devido às agressões exteriores.

Como funciona a pele

A pele é um dos órgãos mais fascinantes do corpo humano. Sim, édifícil pensar-se na pele como um órgão, que habitualmente idealizamoscomo sendo uma "coisa" fechada tal como o coração, o fígado, osolhos ... No entanto, a pele é mesmo um órgão uma vez que é uma"estrutura diferenciada constituída por células e tecidos que têm umafunção específica num organismo".

A pele é constituída por células e tecidos muito específicos e temcomo função ser fronteira (interface) entre o "nós" e o resto domundo!!! Para além disso tem diversos sensores e um design específicode forma a podermos lidar com o atrito e com a luz do Sol.

Quando se observa um corte na pele, como a de um braço ou deuma perna, nota-se que é constituída por duas camadas: a epiderme naparte exterior e a derme na parte interior.

Epiderme

A epiderme é a "fronteira" enquanto aderme contém todo o "equipamento": os ter-minais dos nervos, as glândulas sudoríferas(do suor), os folículos dos pêlos ...

Na camada subcutânea (onde se encontraa gordura) também se visualizam vasos san-guíneos (as duas linhas finas a vermelho e aazul) que fornecem sangue aos órgãos quese encontram na derme.

Glândulasebácea

~ __ Pêlo

Joerme

Camadasubcutânea

Glândulassudoríferas

Fig. 42 Pele.

A epiderme não é fornecida directamente de sangue através dosvasos sanguíneos, mas sim pela derme.

A epiderme funciona como interface com o mundo e tem duas cama-das: a exterior, formada por células mortas, continuamente a seremsubstituídas, e a interior, formada por células vivas. É esta a camadaque nos interessa porque é aí que o sol afecta a pele durante o bronzea-mento e é na camada imediatamente interior a esta camada (camadabasal) que o cancro da pele (não melanoma) começa ...

Page 17: Radiacao Materia

Nesta última (camada basal) existe um outro tipo de célu-las chamadas melanócitos que, para além de produzirem amelanina (fonte do bronzeado), são também responsáveispelo cancro denominado melanoma, que é causado pelosdanos que a radiação UV provoca nos melanócitos.

Como acontece o bronzeamento?

1.. o 020no na estratosfera 159

Fig. 43 Melanoma.

Bom, agora que já se sabe como funciona a pele, pode ser mais fácilperceber porque acontecem as queimaduras da pele ou, em vez disso, obronzeamento.

Quando se começa a ganhar um tom bronzeado, significa que osmelanócitos estão a produzir o pigmento melanina em reacção ao estí-mulo provocado pela radiação ultravioleta da luz solar. Este pigmento temcomo função absorver as radiações UV de forma a proteger as células.

A melanina, na maioria das pessoas de pele clara, leva algum tempoa ser produzida, razão pela qual não se consegue obter umbronzeado num dia; noutras pessoas de pele mais escura,a produção de melanina é contínua, de forma que a tonali-dade da pele é sempre pigmentada em algum grau; assim,são, seguramente, menos propícias a um cancro de pele.

Os albinos, por exemplo, não têm melanina nem nocabelo nem na pele nem na íris porque não há produção daenzima Tirosinase.

A hormona estimuladora dos melanócitos é produzidapela glândula pituitária que flui através do sangue até aosmelanócitos, estimulando a produção de melanina (porexemplo, uma pessoa que se injectasse com esta hormonatornar-se-ia mais escura). Fig. 44 Um dia ao sol.

~ VAMOS PENSAR

Porque será que o uso de óculos escuros na praia pode ser uma potencialajuda para apanhar queimaduras na pele?

Como se consegue um corpo bronzeado?

Se a pele for clara, a ausência de um tom bronzeado significa que ascélulas da pele não estão protegidas das radiações ultravioletas do Sol.Quem estiver nestas condições será um alvo fácil para apanhar queimadu-ras solares quando se expõe demasiado tempo ao sol: a pele fica verme-lha, dá dores fortes e em casos extremos apresenta mesmo bolhas. Estessinais não são mais do que a resposta da pele à acção da radiação UV.

Page 18: Radiacao Materia

160 UNIDADE 2 - NA ATMOSFERA DA TERRA, RADIAÇÃO. MATÉRIA E ESTRUTURA

Para se conseguir um tom bronzeado, a exposição solar deve ser con-trolada em relação ao tempo e à hora do dia.

Porque se consegue a pele vermelha com dores em vez de umapele bronzeada e indolor?

A queimadura não é mais que um eritema causado pelas radiaçõesUV-B que fazem aumentar o fluxo de sangue até à pele afectada e queaparece, normalmente, após quatro horas da exposição, tendo um picomáximo nas oito a vinte e quatro horas seguintes.Simplificando, significa dizer que as radiações UV produziram alguns

estragos a nível celular e que o corpo responde com o aumento do fluxosanguíneo até à zona capilar da derme de forma a produzir células parareparar o estrago efectuado; o sangue extra causa a vermelhidão -quando se pressiona essa zona (queimadela), ela fica branca voltandodepois a ficar vermelha quando os vasos se voltam a encher de sangue.

o que são radiações UV-B?

Como já se referiu, as radiações UV podem ser classificadas em trêscategorias:

UV-A - radiações UV de menor energia, fonte do bronzeado e nãoabsorvidas pela camada de ozono;

UV-B - radiações UV de energia intermédia, fonte das queimaduras eque são normalmente absorvidas pela camada de ozono;

uv-c - radiações UV de maior energia, que são filtradas na atmosfera(absorvidas pela camada de ozono) e que normalmente nãoalcançam a Terra.

Sabe-se que 99% das radiações UV que chegam ao nível do mar sãoradiações UV-A e que são as radiações UV-B as causadoras da maiorparte dos problemas relacionados com a exposição ao sol: rugas, peleestragada, cancro ... embora as pesquisas cada vez mais se inclinempara a implicação também das radiações UV-A.Um dos aspectos interessantes relacionados com as radiações UV é

poderem ser reflectidas por diversas superfícies, amplificando os efei-tos da exposição: a neve, por exemplo, reflecte cerca de 90% destasradiações, razão pela qual se pode ficar cego ou apanhar queimadurassolares quando se pratica sky num dia de sol; a areia pode reflectir atécerca de 20% das radiações UV-B, o que significa que se pode ter umaexposição extra na praia ...No entanto, existem certos materiais que não reflectem aquelas

radiações, mas, pelo contrário, as absorvem parcial ou totalmente: ovidro, é um exemplo de uma destas substâncias, assim como os cre-mes solares que têm, na sua composição, produtos químicos que, comoo vidro, absorvem as radiações UV.

Page 19: Radiacao Materia

4. O ozono na estratosfera

E como funcionam os cremes solares (filtros solares)?

É evidente que os cremes solares para serem protectores têm quebloquear ou absorver as radiações UV.

Assim, os cremes solares podem ter na sua composição, por exemplo:- óxido de zinco branco que é um creme opaco às radiações (aquele

que se põe no nariz e que parece uma pintura índia) assim comoóxido de titânio que é quimicamente estável e não causa fotoalergiaou dermatites de contacto.

- ácido p-aminobenzóico e ciclamatos que absorvem as radiações UV-B;- benzofenonas que absorvem as radiações UV-A;

Como podemos saber que um determinado creme, gelou óLeosolar são adequados para uma determinada peLe?

Todos os cremes solares são classificados com o índice de protecçãosolar (IPS) que funciona como um factor multiplicativo: se alguém conse-gue estar ao sol, por exemplo, durante 15 min sem problemas, quandoaplica um protector de índice 10 então não haverá problema durante150 min (este factor aplica-se apenas para as radiações UV-B).

Mas para que o protector funcione, é necessário ter em atenção o tipode pele, devendo ser aplicado em muita quantidade e repetidas vezes.

Com tantos perigos devido à exposição soLar, porque será que ospediatras acham importante a ida das crianças à praia?

A exposição às radiações UV activa a produção da vitamina D nonosso organismo.

Esta vitamina favorece um crescimento normal porque ajuda a metabo-lizar o cálcio; a falta deste metabolismo leva ao raquitismo que normal-mente se traduz por pernas tortas e joelhosvalgos.

Durante muitos anos usou-se o óleo defígado de bacalhau como fonte da vitamina D;hoje, para evitar rejeições ao óleo (não eraagradável de ingerir), adicionam-se as vitami-nas a diversos alimentos.

Fig. 45 Leite vitaminado e sumo vits-minado.

ACTIVIDADE PRÁTICA DE SALA DE AULA - APSA 5

Desenvolvimento no Livro de actividades.

QEC10-l1

161

Page 20: Radiacao Materia

162 UNIDADE 2 - NAATMOSFERA DA TERRA: RADIAÇÃO, MATÉRIA E ESTRUTURA

4.5. Implicações da destruição da camada de ozonoAs implicações mais significativas são:

- 30% de aumento do cancro da pele (não fatal);

- danos nos olhos como o aparecimento de cataratas;

- afectação do sistema imunológico:

- desaparecimento das espécies e aparecimento de mutações genéti-cas (nos seres menos evoluídos, como o plãncton e as plantas);

- mudanças no clima.

4.6. Alternativa aos CFC

Alternativasaos CFC

ContrasIPrós

HCFC(hidroclorofluoro-

carbonetos)

HFC(hidrogeno-carbonetos)

- Degradam-se mais rapidamente (2-20 anos). I - Entram na composição dos "gasesde estufa".- São 90% menos perigosos para a camada - Destroem o ozono, especialmente se usa-

de ozono. dos em grandes quantidades.- Podem ser usados em sprays (aerossóis), - HCFC-123causa tumores no pâncreas.

refrigeração, ar condicionado, espumas e - Podem baixar a eficiência energética dasagentes de limpeza (embora com restrições). suasaplicações.

-A produção de HCFC-134a produz igualquantidade de metilclorofórmio (destrui-dor do ozono).

- Degradam-se mais depressa (2-20 anos).- Não contêm cloro, destruidor do ozono.- Podem ser usados em sprays, refrigerado-

res, ar condicionado e espumas.

- Entram na composição dos "gasesde estufa".- Desconhecem-se questões como a inflama-

bilidade e a toxicidade.- Causamdiminuição da eficiência energética.

Hidrocarbonetos(propano, butano)

- São baratos e de fácil aplicação.- Podem ser usados em sprays, espumas,

refrigeração e agentes de limpeza.

- Podem ser venenosos.- São inflamáveis.- Provocam poluição ao nível do solo.

Amónia

Água e vapor

Terpenos(cascade citrinos)

Hélio

- Alternativa simples para refrigeração, lar- - É tóxica por inalação.gamente usada antes dos CFC. - Deve ser manuseada cuidadosamente.

- Poluição da água, que tem de ser tratada.- Eficazes em algumas operações de limpeza

- Desperdício da água, a menos que seja des-de instrumentos médicos.

poluída e reutilizada.

- Eficazes na limpeza de peças electrónicas. - Nenhuns.

- Eficaz na refrigeração em frigoríficos, em - Este gás pode tornar-se escasso se usadoar condicionado e em arcas frigoríficas. em larga escala.

QUADRO VIII • Alternativas aos CFC.

Page 21: Radiacao Materia

4. O ozono na estratosfera 163

4.7. O que tem sido feito para evitar a continuação dadestruição da camada de ozono?

A Convenção de Viena para a Protecção da Camada de Ozono (1985)estabeleceu as linhas gerais para a negociação do Protocolo deMontreal (1987).

Este Protocolo foi o primeiro acordo global assinado onde se previu a dimi-nuição da utilização dos CFC para cerca de metade até ao ano de 2000.

Uma das conclusões do Protocolo de Montreal e dos seus aditamen-tos estabelece a proibição de produção de CFC a partir de 1995 e aerradicação total até 2030.

7

>"-2.6a.

roL<liViE 5rorocoL 4.suQJ-oo,ro~3L

cQJUCoU

Segundo o Procolode Montreal

119871

Nível crítico de Cl

O buraco antárcticodeverá desaparecer

O~----~~--~-L--L-~~--~~--~~--~-L--------1960 1975 2000 2040 2080

Fig. 46 Evolução da concentração de cloro na atmosfera.

Os países da União Europeia estabeleceram, no entanto, medidasainda mais restritivas do que as consignadas pelo Protocolo de Mon-treal: reconhecendo as suas responsabilidades no Ambiente Global, con-cordaram em acabar com a produção de CFC desde o início de 1995 eadoptar medidas restritivas para outros compostos também responsá-veis pela diminuição da concentração do ozono estratosférico.

ACTIVIDADE PRÁTICA DE SALA DE AULA - APSA 6

Desenvolvimento no Livro de actividades.

Page 22: Radiacao Materia

182 UNIDADE 2 - NA ATMOSFERA DA TERRA: RADIAÇÃO. MATÉRIA E ESTRUTURA

Geometria Pares deArranjo

ÂnguloOutros

da electrõesespacial dos

Exemplos deexemplos com

molécula não ligantesdupletos

ligaçãoa mesma

ligantes geometria

180· BeClz

O Linear O=C=O 180· H-C=C-H

BeHzLinear

Triangular plana

Tetraédrica

O Triangular 120· 8C13, CzH.,

coi ,N03

Angular

O Tetraedro

Piramidaltrigonal

Angular

116,so

109,so

2

106,r

104,so

ACTIVIDADE PRÁTICA DE SALA DE AULA - APSA 8

Desenvolvimento no Livro de actividades.