Principais Problemas Ambientais

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1 Universidade Federal de Juiz de Fora Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Química Ambiental (2017/2) Química Atmosférica (Parte 2) Principais Problemas Ambientais Felipe Dias dos Reis

2 Principais problemas ambientais DEPLEÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO SMOG FOTOQUÍMICO CHUVA ÁCIDA EFEITO ESTUFA INTENSIFICADO 2

3 A camada de ozônio Funciona como um escudo contra os efeitos nocivos dos raios solares Se localiza na estratosfera Tem cerca de 15 km de espessura Figura 1 Camadas da atmosfera 3

4 Mecanismos de formação e consumo Velocidades na estratosfera O 2 + hν O + O O + O 2 O 3 + calor O 3 + hν O + O 2 O + O 3 + hν 2O 2 Lenta Rápida Rápida Lenta A concentração de O 3 na atmosfera deveria ser aproximadamente constante 4

5 Mecanismos de formação e consumo Figura 2 Variação da concentração de ozônio em diferentes altitudes da atmosfera A velocidade da reação de formação do O 3 diminui com o aumento da altitude. A velocidade reação de fotodissociação do O 3 aumenta com a altitude 5

6 Decomposição do ozônio X + O 3 XO + O 2 XO + O X + O 2 O + O 3 2O 2 Global X = espécies radicalares de OH, NO, Cl e Br O átomo X atua como catalisador Teoricamente, sua capacidade de catalisar a decomposição do O 3 é infinita 6

7 Decomposição do ozônio Clorofluorcarbonetos (CFCs) CF 2 Cl 2 + hν CF 2 Cl + Cl UV presente estratosfera O cloro radicalar chega na estratosfera e reage com o O 3 7

8 Decomposição do ozônio Classes: 1. Clorofluorcarbonos (CFCs); 2. Hidroclorofluorcarbonos (HCFCs); 3. Halons (hidrocarbonetos halogenados); 4. Hidrobromofluorcarbonos (HBFCs) 5. Tetracloreto de carbono (CTC); 6. Metil clorofórmio (TCA); 7. Brometo de metila (MeBr). 8

9 Origem dos CFCs Muito utilizados como fluidos de refrigeração, propelentes em aerossóis e solventes para limpeza de circuitos elétricos Os CFCs são atóxicos e não inflamáveis, características que os tornaram muito populares 9

10 Decomposição do ozônio O N 2 O também pode atuar como catalisador N 2 O + O 2NO NO + O 3 NO 2 + O 2 O radical NO é formado quando o óxido nitroso migra da troposfera para a estratosfera, onde colide com um átomo de oxigênio excitado 10

11 A radiação UV Radiação potencialmente prejudicial: UV (50 a 400 nm) E = hc λ UV-A (320 a 400 nm) UV-B (280 a 320 nm) UV-C (200 a 280 nm) 11

12 A radiação UV Radiação UV na região de 50 a 220 nm não atingem a superfície O 2 situado na estratosfera e nas camadas acima absorvem radiação nessa faixa Figura 3 Espectro de absorção do O 2 12

13 A radiação UV Radiação UV na região de 220 a 290 nm O 3 situado na estratosfera média e inferior absorve toda a radiação nessa faixa Figura 4 Espectros de absorção do O 3 nas faixas de (a) 200 a 300 nm e (b) 295 a 325 nm 13

14 A radiação UV Radiação UV na região de 290 a 320 nm (maior parte da faixa de UV-B) O O 3 absorve de 70 a 90% da radiação nessa região De 10 a 30% chega à superfície da Terra Diminuição de 1% no ozônio resulta em 2% de aumento na intensidade de UV-B na superfície Figura 4 Espectros de absorção do O 3 nas faixas de (a) 200 a 300 nm e (b) 295 a 325 nm 14

15 A radiação UV Radiação UV na região de 320 a 400 nm O 2, O 3 e grande parte dos constituintes não absorvem significativamente nessa faixa O dióxido de nitrogênio absorve, mas está presente em concentrações muito baixas A maior parte dessa radiação chega à superfície terrestre 15

16 Consequências da exposição a UV-B Bronzeamento e queimadura na pele humana Superexposição pode levar ao câncer de pele Pode afetar de forma adversa o sistema imunológico humano Pode afetar o crescimento de plantas e animais 16

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18 Diclorometano - CH 2 Cl 2 18

19 O ozônio na troposfera Quando na troposfera, o O 3 é um poluente Smog fotoquímico Smog = smoke (fumaça) + fog (neblina) Inversão térmica que acontece em lugares de pouca altitude, altos índices de poluição no ar e baixas temperaturas 19

20 O ozônio na troposfera

21 O ozônio na troposfera Na troposfera, poluentes provindos principalmente da queima incompleta de motores de combustão, geram átomos de oxigênio livres, que reagem com o O 2 e formam O 3 NO 2 + hν λ 430 nm NO + O O + O 2 O 3 O O 3 juntamente com outros poluentes, formam o smog fotoquímico 21

22 Poluição na troposfera Varia em função da localização e das atividades realizadas na área Principal fonte de poluentes: combustíveis fósseis SO 2 NO x CO Material particulado 22

23 Chuva ácida Refere-se à acidez acentuada produzida na água da chuva por poluentes O termo foi utilizado pela primeira vez por Robert Angus Smith, em um livro publicado em 1852 Termo mais aceito atualmente: deposição ácida Espécies ácidas também podem estar na neve ou em outras formas sólidas 23

24 Chuva ácida A água da chuva já é naturalmente ácida, com ph em torno de 5,5 + CO 2(g) + H 2 O (l) H 2 CO 3(aq) H (aq) + 2HCO 3(aq) O que caracteriza a chuva ácida é a presença de ácidos fortes, podendo fazer o ph variar entre 5,0 e 2,2 24

25 Chuva ácida Reações dos óxidos de nitrogênio 2NO + O 2 2NO 2 2NO 2 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 2HNO 2 + O 2 2HNO 3 Reações dos óxidos de enxofre SO O 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 25

26 Chuva ácida Figura 5 Formação da chuva ácida 26

27 Chuva ácida Os ventos podem transportar poluentes por grandes distâncias A chuva ácida pode cair em locais distante de onde os poluentes foram emitidos As consequências afetam de forma deslocalizada 27

28 Chuva ácida - consequências Acidificação de solos, lagos e rios Afeta o desenvolvimento de plantas Causa morte de peixes e outros organismos aquáticos Degradação de construções civis e monumentos

29 Chuva ácida - incidência No Brasil, os locais de maiores incidências são nos centros urbanos Atualmente no Brasil: Rio de Janeiro São Paulo Regiões próximas a usinas termoelétricas Cubatão Na década de 80: Vale da morte Liberação de mais de 1000 toneladas por dia de poluentes 29

30 Chuva ácida incidência Figura 6 Distribuição da chuva ácida no mundo 30

31 Efeito Estufa Contenção natural de calor por moléculas específicas Gases absorvem e refletem de volta à superfície radiação na região do infravermelho Figura 7 Esquema do efeito estufa 31

32 Efeito Estufa O efeito estufa mantém a temperatura do planeta em uma faixa conveniente para a vida Sem isso, a temperatura do planeta seria muito baixa O problema é que alguns dos gases responsáveis por esse efeito tem sido emitidos em quantidades alarmantes Aquecimento Global 32

33 Gases do Efeito Estufa CO 2 60% do efeito estufa Utilizado como padrão para determinar o potencial de aquecimento dos demais gases N 2 O 5% do efeito estufa Potencial de aquecimento 300 vezes maior que o CO 2 15% do efeito estufa CH 4 Potencial de aquecimento 25 vezes maior que o CO 2 33

34 Gases do Efeito Estufa O 3 8% do efeito estufa Poluente na troposfera SF 6 Potencial de aquecimento vezes maior que o CO 2 Halons Hidrocarbonetos halogenados Potencial de aquecimento de 120 a vezes maior que o CO 2 34

35 Gases do Efeito Estufa Problemas em potencial: Derretimento das calotas polares Alagamento de regiões costeiras Mudanças climáticas Existem indícios, mas não há dados que comprovem o aquecimento global 35

36 Gases do Efeito Estufa Figura 8 Variação do emissão dos gases do efeito estufa de 1990 a 2010 Reflexão: Como determinar o CO 2 presente na atmosfera? 36

37 Gases do Efeito Estufa Em 2015, o Brasil ocupava a 7ª posição no ranking dos maiores emissores de gases estufa Figura 9 Ranking dos países emissores de gases estufa em

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39 Bibliografia Consultada 1 - BAIRD, C. Química Ambiental, São Paulo, Bookman, 2ª ed., ROCHA, J. C., ROSA, A. H., CARDOSO, A. A. Introdução à Química Ambiental, Porto Alegre, Bookman, Girard, J. E. Princípios de Química Ambiental, Rio de Janeiro, 2ª ed.,