Reações fotoquímicas na atmosfera

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1 Fotodissociação e fotoionização Fotodissociação e fotoionização na atmosfera terrestre Ozono estratosférico Formação e destruição do ozono estratosférico Substitutos dos clorofluorocarbonetos

2 Qual a importância das reações fotoquímicas na atmosfera? Fotodissociação e fotoionização As reações fotoquímicas são transformações químicas que acontecem por absorção de energia sob a forma de radiação eletromagnética. Este tipo de transformações químicas está presente em vários fenómenos ou situações do dia a dia, como, por exemplo: as reações de fotossíntese que ocorrem nos seres vivos com clorofila; o desbotar da cor dos tecidos quando expostos de forma prolongada à luz solar; as reações químicas que ocorrem no olho permitindo a visão;

3 a interação entre a luz, a película e o papel fotográfico levando à obtenção da fotografia; o bronzeamento da pele do ser humano quando exposta à luz do Sol; a formação e a destruição da camada de ozono e muitas outras reações que acontecem, nomeadamente, a nível industrial.

4 Dependendo da energia da radiação incidente envolvida, as reações fotoquímicas podem provocar dois fenómenos: a fotodissociação ou a fotoionização. A fotodissociação fotoionização consiste na na ionização quebra das de moléculas ligações químicas e átomos provocada pela provocada radiação pela incidente. radiação incidente.

5 A fotodissociação consiste na quebra das ligações químicas provocada pela radiação incidente. Para que o fenómeno de fotodissociação aconteça é necessário que a energia dos fotões seja suficiente para quebrar as ligações químicas. O valor mínimo dessa energia designa-se por energia de dissociação. Radicais livres são espécies muito reativas por possuírem eletrões desemparelhados. Representa-se simbolicamente por X.

6 Exemplos de processos de fotodissociação indicando os radicais livres formados, a zona da atmosfera onde estes processos são mais frequentes e os respetivos valores de energia de dissociação.

7 A fotoionização consiste na ionização de moléculas e átomos provocada pela radiação incidente. Este fenómeno ocorre quando a molécula (ou átomo) absorve um fotão com energia suficiente para remover um dos seus eletrões mais externos. O valor mínimo de energia incidente para que este fenómeno surja corresponde ao valor da primeira energia de ionização.

8 Este fenómeno de fotoionização surge de forma muito intensa na ionosfera e daí a sua designação.

9 Não ocorre fotoionização nem fotodissociação. Ocorre fotoionização ou fotodissociação, sendo a energia excedente transformada em energia cinética do eletrão removido ou do gás, provocando um aumento da temperatura.

10 Fotodissociação e fotoionização na atmosfera terrestre A atmosfera terrestre funciona, essencialmente, como um filtro da radiação solar, deixando-se atravessar pelas radiações de energia mais baixa (parte das ondas de rádio e micro-ondas, radiações visível e UVA e pequena parte da radiação UVB) e absorvendo as de energia mais elevada (grande parte das radiações UVB, radiações UVC, raios X e raios gama), que ficam retidas nas camadas superiores da atmosfera.

11 Fotodissociação e fotoionização na atmosfera terrestre Termosfera Fenómenos na termosfera: (1) Dissociação das moléculas N 2 e O 2 e a formação dos respetivos radicais livres (N e O ); (2) Ionização das partículas N 2, O 2 e O ; (3) Efeito térmico elevado aumento da temperatura, consequência da absorção de radiação (por isso o termo termosfera ).

12 Termosfera Fenómenos na termosfera: (1) Dissociação das moléculas N 2 e O 2 e a formação dos respetivos radicais livres (N e O ); (2) Ionização das partículas N 2, O 2 e O ; (3) Efeito térmico elevado aumento da temperatura, consequência da absorção de radiação (por isso o termo termosfera ).

13 Mesosfera Na termosfera e mesosfera superior as radiações absorvidas possuem energia superior a 9, J. Para além da existência de moléculas e radicais livres, existe uma elevada quantidade de iões e eletrões livres, razão pela qual a parte inferior desta camada também se designa por ionosfera.

14 Estratosfera As radiações, que são absorvidas pelas espécies químicas existentes na estratosfera, têm valores de energia entre 6, J e 9, J. Este intervalo de energia não é suficiente para provocar a ionização das partículas, nem a dissociação do N 2, mas é suficiente para a dissociação do O 2, e provocar ainda um ligeiro efeito térmico. A dissociação do O 2 é fundamental para a existência da camada de ozono.

15 Estratosfera As radiações, que são absorvidas pelas espécies químicas existentes na estratosfera, têm valores de energia entre 6, J e 9, J. Este intervalo de energia não é suficiente para provocar a ionização das partículas, nem a dissociação do N 2, mas é suficiente para a dissociação do O 2, e provocar ainda um ligeiro efeito térmico. A dissociação do O 2 é fundamental para a existência da camada de ozono.

16 Troposfera A camada onde vive o ser humano ( tropo significa homem ) a troposfera é quimicamente muito complexa. Processos como a formação das chuvas ácidas ou do nevoeiro fotoquímico ocorrem nesta camada da atmosfera.

17 Ozono estratosférico É possível verificar que a absorção de diferentes radiações eletromagnéticas ocorre em diferentes camadas da atmosfera. As radiações mais energéticas são absorvidas na alta atmosfera, enquanto que outras, menos energéticas, mas ainda muito nocivas (parte da UVC e UVB), apenas são absorvidas na camada de ozono. A camada de ozono funciona como o único filtro solar deste tipo de radiações e localiza-se na estratosfera.

18 Ozono estratosférico Contudo, a molécula de ozono (O 3 ) também pode, devido à ação humana, ser encontrada na troposfera. Esta molécula é altamente instável e reativa, pelo que, na troposfera, atua como poluente atmosférico, causando efeitos nocivos, tais como irritação das mucosas e produz graves problemas cardiovasculares e respiratórios.

19 Ozono estratosférico O ozono na troposfera atua como poluente em contraste com o seu papel protetor na estratosfera.

20 Formação e destruição do ozono estratosférico

21 Formação e destruição do ozono estratosférico

22 Formação e destruição do ozono estratosférico Outros agentes externos, como os clorofluorocarbonetos (CFC), de uso corrente nos sistemas de ar condicionado e de refrigeração, intervêm na regulação da concentração do ozono estratosférico. Por serem muito voláteis e praticamente inertes na troposfera, alcançam facilmente a estratosfera, onde deixam de ser inertes sofrendo fotodissociação. Os radicais halogenados libertados, de entre os quais o cloro, que é o mais destrutivo, apenas contribuem para a destruição do ozono, tendo já gerado buracos na camada em ambos os polos terrestres.

23 Formação e destruição do ozono estratosférico

24 Formação e destruição do ozono estratosférico

25 Formação e destruição do ozono estratosférico

26 Substitutos dos clorofluorocarbonetos A inércia química dos CFC na troposfera (não ardem e não são tóxicos para os seres humanos), aliada às características físicas que os tornam ideais para equipamentos de refrigeração, torna os CFC quase impossíveis de substituir. Para tentar minimizar os efeitos catastróficos da emissão dos CFC na atmosfera, os cientistas estudaram outras substâncias cuja composição química permitisse ter os mesmos efeitos práticos, mas sem os efeitos nefastos mencionados.

27 Substitutos dos clorofluorocarbonetos Como o problema reside nos radicais halogenados, estes foram substituídos parcialmente por átomos de hidrogénio. Os substitutos dos CFC são, assim, denominados de HCFC hidroclorofluorocarbonetos. A ligação C H é mais estável e difícil de dissociar por ação fotoquímica, embora seja mais suscetível a reações com radicais hidroxílicos (HO ) existentes na troposfera. A reação com o HO evita que uma quantidade maior de HCFC chegue à estratosfera e interfira no ciclo do ozono. Simultaneamente, elimina o radical HO.

28 Síntese de conteúdos As reações fotoquímicas são transformações químicas que acontecem por absorção de energia sob a forma de radiação. Dependendo da energia da radiação envolvida, as reações fotoquímicas podem provocar fenómenos de fotodissociação ou de fotoionização. A fotodissociação consiste na rutura de ligações químicas provocada pela radiação incidente. Para que o fenómeno de fotodissociação aconteça é necessário que a energia dos fotões seja suficiente para quebrar as ligações químicas. O valor mínimo dessa energia denomina-se energia de dissociação. Deste tipo de reações resultam os radicais livres. Os radicais livres são espécies muito reativas por terem eletrões desemparelhados. A fotoionização consiste na ionização de moléculas e átomos provocada pela radiação incidente. Este fenómeno ocorre quando a molécula (ou átomo) absorve um fotão com energia suficiente para remover um dos seus eletrões mais externos. A este valor de energia designa-se energia de 1.ª ionização.

29 Síntese de conteúdos Na região mais alta da atmosfera (mesosfera superior e termosfera, onde as radiações absorvidas possuem energia superior a 9, J), para além da existência de moléculas e radicais livres, existe uma elevada quantidade de iões e eletrões livres. Nesta zona da atmosfera ocorre, assim, para além de processos de dissociação, processos de ionização. As reações fotoquímicas mais importantes que acontecem nesta camada mais alta da atmosfera são a dissociação das moléculas N 2 e O 2 com a formação dos respetivos radicais livres (N e O ) e a fotoionização das partículas N 2, O 2 e O. As radiações, que são absorvidas pelas espécies químicas existentes na estratosfera e na parte superior da troposfera, têm valores de energia entre 6, J e 9, J. Este intervalo de energia não é suficiente para provocar a ionização das partículas. Nesta zona da atmosfera ocorre a dissociação da molécula de oxigénio mas não ocorre a dissociação da molécula de nitrogénio. O ozono na troposfera atua como poluente em contraste com o seu papel protetor na estratosfera, absorvendo a radiação UV mais energética (UVC e a maior parte da UVB) proveniente do Sol, evitando que esta atinja a superfície terrestre.

30 Síntese de conteúdos A formação do ozono ocorre na estratosfera, por ação das radiações UVC, envolvendo duas etapas: Por outro lado, a decomposição do ozono ocorre na mesma camada da atmosfera por ação das radiações UV menos energéticas (maioritariamente UVB), através de três etapas:

31 Síntese de conteúdos Os CFC são considerados um dos principais responsáveis pela destruição do equilíbrio natural resultante da soma das cinco reações anteriores. A maioria dos CFC lançados na atmosfera, por serem muito voláteis e praticamente inertes na troposfera, atingem a estratosfera reagindo com as moléculas de ozono, levando à diminuição da sua concentração, gerando o buraco na camada de ozono. A destruição da camada de ozono por ação dos CFC acontece na estratosfera por absorção de radiações UVC.

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