QUI106 - Química Analítica Ambiental. Prof. Rafael Arromba de Sousa

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1 Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química QUI106 - Química Analítica Ambiental Aula 7 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 Juiz de Fora,

2 Relembrando... Aula 6 1. Composição química e a poluição da atmosfera 2. Regiões da atmosfera 3. Transporte de substâncias e os Ciclos biogeoquímicos Quais são as principais formas químicas de transporte de carbono entre os vários compartimentos da biosfera? Em relação ao fluxo deco 2 entre os diferentes compartimentos, seria possível calcular as estimativas de troca? OpHda água favorece a dissolução doco 2 atmosférico? Deque forma? 2

3 Chuva Ácida A água da chuva é NATURALMENTE ácida (ph ~ 5,5) : CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO H + CHUVA ÁCIDA: chuva com ph entre 5,0e 2,2 Consequencia da POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA (gases SO 3 e NOx) Chuvas e neve contendo ácidos fortes (H 2 SO 4 e HNO 3 ) Precipitação seca de sulfatos Prejudica a biota Afeta o desenvolvimento de plantas (danifica as folhas e disponibiliza o Al 3 + do solo) Pode causar a mortandade de peixes e outros organismos aquáticos Promove degradação de monumentos e construções civis 3

4 Chuva Ácida Principais reações Reações dos compostos de nitrogênio 2 NO + O 2 2NO 2 2 NO 2 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 2 HNO 2 + O 2 2 HNO 3 Reações dos compostos de enxofre SO 2 + 1/2 O 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Essas reações explicam como os ácidos são formados na atmosfera 4

5 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) 5

6 Chuva Ácida Entendendo os danos (monumentos e construções) Efeito da precipitação ácida numa estátua de calcário H + + CaCO 3 (s) HCO Ca 2+ (equilíbrio deslocado) A A chuva ácida pode causar corrosão NÃO APENAS em minerais, mas também a metais e tintas Danos para a construção civil 6

7 Chuva Ácida Entendendo os danos (biota) 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 Diagrama mostrando a tolerância à acidez de algumas espécies 7

8 Chuva Ácida Entendendo os danos (biota) Efeito da precipitação ácida sobre uma floresta (Alemanha, ) - Europa, América do Norte e alguns países asiáticos são os mais afetados pela chuva ácida - No Brasil, sabe-se se que ocorrem com maior intensidade nas cidades de Cubatão, São Paulo e Rio de Janeiro 8

9 Efeito Estufa Refere-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 solar 9

10 Efeito Estufa Ilustração do processo Em outras palavras: reflexão de calor para o solo 10

11 Efeito Estufa Princípio físico-químico Moléculas como CO 2, CH 4, H 2 Oe O 3 Absorvem e vibram na frequencia da radiação infravermelha Contenção de calor pela atmosfera O acréscimo de gases estufa na atmosfera modifica a quantidade do calor retino A ATMOSFERA INTERAGE COM A LUZ DO SOL DE DIFERENTES MODOS: A atmosfera é transparente aos comprimentos da luz visível. A camada de ozônio na atmosfera superior absorve a maior partedaluz ultra-violeta Na atmosfera inferior, o CO 2 e a H 2 O fazem com que a atmosfera seja opaca aos raios infra- vermelhos, e a radiação tem dificuldade em voltar ao espaço 11

12 Efeito Estufa Gases estufa CO 2 Dióxido de Carbono: ~ 60 60% do efeito estufa. Usado como referência métrica padrão para determinar o potencial de aquecimento global dos demais gases do efeitoestufa N 2 O Óxido nitroso:-~5%do efeitoestufa, potencial de aquecimento 300x>CO 2 - Precursor da destruição da Camada de ozônio CH 4 Metano: ~15%do efeitoestufa, potencial de aquecimento 25x>CO 2 O 3 Ozônio Ozônio: ~8%do do efeito estufa, tóxico para os seres vivos SF 6 Hexafluoretos de enxofre(hexafluoreto hexafluoreto): potencial de aquecimento 22000x >CO 2 HALOCARBONETOS HFCs Hidrofluorcarbonetos: substitutos dos CFCs (que danificam a camada de ozônio), x >CO 2 ozônio), potencial de aquecimento PFCs Perfluorcarbonetos: alto poder de aquecimento( x >CO 2 ) 12

13 Gases estufa Onde usamos 13

14 Gases estufa Algumas considerações Por que o CO 2 é considerado o grande vilão do efeito estufa se diversos outros gases tem um poder de aquecimento muito maior? Correto? Correto? 14

15 Química do ozônio Dr. Paul Crutzen, em 1970, Instituto Max Planck, mostrou que os óxidos de nitrogênio têm um papel importante no controle do equilíbrio natural do ozônio Dr. Mario Molina, MIT, publicou em 1974 com Dr. Sherwood Rowland um artigo (Nature) muito comentado sobre a ameaça do 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 15

16 Química do ozônio Ozônio como poluente Constituinte importante (estratosfera) mas também um poluente (troposfera): um dos causadores do smog fotoquímico 16

17 Química do ozônio - Ozônio como poluente Smog fotoquímico é o efeito visível na atmosfera (camada roxa acinzentada) do resultado de poluentes e de suas reações catalisadas pela luz solar(reações fotoquímicas) HISTORICAMENTE descobriu-se esse tipo de fenômeno pela primeira vez emlosangeles, nadécadade1940,equecostumaaconteceremcidades com uma grande movimentação de veículos (acumulam óxidos de nitrogênio 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 O 3 reage com substâncias que contêm ligações C=C(tecidos pulmonares) Emissões de O 3 por processos industriais e de desinfecção de água devem ser controlados e evitados! 17

18 Química do ozônio O ozônio estratosfera Presente naturalmente na estratosfera o O 3 absorve a radiação UV na faixade220a320nm (Relembrando) Isto protege os seres vivos de radiações nocivas Esta camada influencia a qualidade de vida dos seres vivos (na troposfera) e deve ser PRESERVADA As reações envolvidas são geralmente fotoquímicas e são espontâneas (de formação e decomposição): O 2 + hν 2O (λ<241nm) O + O 2 O 3 + calor O 3 + hν O + O 2 O + O 3 2O 2 18

19 Química do ozônio O ozônio estratosfera ENTRETANTO, existem também reações de decomposição catalisadas por poluentes(x) e que degradam a camada de ozônio: X + O 3 XO + O 2 XO +O X +O 2 O O + O 3 2O 2 X= = gases clorados (CFCs), NO., OH. NO pode ser originado do N 2 O da troposfera EX. DE REAÇÕES POSSÍVEIS: N 2 O + O 2NO NO+ O 3 NO 2 + O 2 Equilíbrio dos níveis de O 3 é afetado não só pela presença de poluentes diversos mas, também, pelo desequilíbrio no Ciclo do nitrogênio 19

20 Química do ozônio Questões 1) Relembrando os conceitos de físico-química, a formação do ozônio estratosférico é endotérmica ou exotérmica? Por quê? 2) Qual a consequencia que o Protocolo de Montreal trouxe para a química sintética, em relação à a preservação da camada de ozônio? 3) Como podem ser formados radicais hidroxilas nas altas camadas da estratosfera? 20

21 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 Recioe e Liz Carlos M. Carrera, 2 ed, Porto Alegre, Bookman, 2002 Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, acessado acessado Mozeto, A. Química Atmosférica: A química sobre nossas cabeças. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola Tolentino, M., Filho, R.C.. A Química no efeito estufa. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola