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A Atmosfera da Terra

3. INTERACÇÃO RADIAÇÃO-MATÉRIA. ESTRUTURA DA ATMOSFERA TERRESTRE

Escola Secundária Maria Lamas – Torres NovasFísica e Química A – 10º AnoNelson Alves Correia

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


Explicar que, na ausência de qualquer reacção química, a temperatura da atmosfera deveria diminuir com a altitude até um certo valor e depois aumentar como resultado da actividade solar.

Associar a divisão da atmosfera em camadas, aos pontos de mudança da variação de temperatura em função da altitude.

Interpretar a formação dos radicais livres na atmosfera (estratosfera e troposfera), como resultado da interacção entre radiação e matéria.

OBJECTIVOS


Enumerar alguns dos efeitos da acção de radicais livres na atmosfera sobre os seres vivos.

Interpretar a formação dos iões como resultado dainteracção entre radiação e matéria.

Explicar o resultado da interacção da radiação de energia mais elevada na ionosfera e mesosfera, em termos de dissociação, ionização e agitação das partículas.

Interpretar a atmosfera como filtro solar (em termos de absorção de várias energias nas várias camadas).

OBJECTIVOS


Temperatura da AtmosferaFormação de Radicais LivresFormação de IõesA Atmosfera como Filtro da Radiação Solar

CONTEÚDOS


A temperatura da atmosfera depende da distância ao solo e das radiações solares que a atravessam.

O solo liberta radiações infravermelhas para a atmosfera, que aquecem o ar junto ao solo.

A temperatura da atmosfera diminui quando a altitude aumenta, até cerca de 12 km (Troposfera), porque o efeito das radiações infravermelhas diminui.

TEMPERATURA DA ATMOSFERA


Depois da Troposfera, as partículas absorvem a energia das radiações solares, o que provoca:

◦Efeito térmico – Quando aumenta a energia cinética (agitação) e a temperatura das partículas;

◦Efeito químico – Quando as partículas sofrem transformações químicas (reacções fotoquímicas ou fotólises). Estas transformações podem ser dissociaçõesde moléculas ou ionizações de moléculas e de átomos.


A Atmosfera da TerraTEMPERATURA DA ATMOSFERA


Se não existisse efeito químico, a energia da radiação solar absorvida provocava o aumento da energia cinética das partículas.

Neste caso, a temperatura da atmosfera aumentava sempre, a partir da Estratosfera, porque a radiação absorvida tem mais energia na zona superior da atmosfera.

A temperatura baixa na Mesosfera porque a energia absorvida provoca efeito químico, e existe pouca energia disponível para provocar efeito térmico (a energia cinéticanão aumenta).



Quando a energia das radiações é grande, o que acontecena Termosfera, parte da energia absorvida provocaefeito químico e outra parte provoca efeito térmico.

Quanto mais elevada for a energia da radiação absorvida, mais energia fica disponível para aumentar a energia cinética e a temperatura das partículas:

Eefeito térmico = Ecinética = Eradiação absorvida - Eefeito químico



A temperatura da atmosfera depende do efeito térmicoe do efeito químico.

A temperatura da atmosfera aumenta entre os 12 km e os50 km (Estratosfera), diminui entre os 50 km e os 80 km (Mesosfera), e aumenta a partir dos 80 km (Termosfera).

A atmosfera divide-se em regiões ou camadas, de acordocom as variações de temperatura: Troposfera, Estratosfera, Mesosfera e Termosfera.

No fim de cada camada, existe uma zona onde a temperatura é constante: Tropopausa, Estratopausa e Mesopausa.


A Atmosfera da TerraTEMPERATURA DA ATMOSFERA


Troposfera – Camada da atmosfera mais baixa, que temo ar que respiramos. É a camada menos espessa e mais densa, com cerca de 80 %, em massa, de todos os gases da atmosfera. Nesta camada, a temperatura diminui com a altitude até cerca de -60 ºC.

Estratosfera – Camada da atmosfera onde existe a camada de ozono. As radiações ultravioletas, absorvidas pelo ozono, são responsáveis pelo aumento da temperatura, até cercade 0 ºC.



Mesosfera – Camada mais fria da atmosfera, onde a temperatura diminui com a altitude, até cerca de -100 ºCa 80 km de altitude.

Termosfera – Camada mais espessa e externa da atmosfera, onde a temperatura aumenta com a altitude, atingindo-se temperaturas muito elevadas (2000 ºC).Esta camada pode subdividir-se em duas partes:◦Ionosfera, entre 80 km e 550 km;◦Exosfera, entre 550 km e 1000 km, onde começa o

espaço interestelar.



Dissociações – Transformações químicas, provocadas pelaluz absorvida pelas moléculas, em que se quebram ligações químicas entre os átomos.

Radicais livres – Átomos e moléculas muito reactivas,por terem um electrão desemparelhado, que se formam quando se quebram ligações dentro das moléculas:OH•, O•, N•, C•, Cl• e Br•.

As dissociações (formação de radicais livres) ocorremem todas as camadas da atmosfera, mas principalmentena Troposfera e na Estratosfera.

FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES


Formação do radical livre OH• a partir dos radicais O• e H• :

◦A) Fotodissociação de moléculas de O2 :

◦B) Fotodissociação de hidrocarbonetos:

◦C) Os radicais O• e H• ligam-se, originando o radical OH•:



Os radicais livres são muito reactivos, e provocamreacções químicas noutras moléculas da atmosferae nas células dos seres vivos.

Os radicais podem provocar inflamações, envelhecimento e mutações genéticas (cancro). Alguns cremes de tratamento da pele têm substâncias que reagem com os radicais livres, evitando o seu efeito sobre as células.



Energia de dissociação – Energia necessária para separaros átomos de uma molécula (dissociação).

A energia de dissociação da molécula de oxigénio é8,3 × 10 -19 J, o que significa que para separar os átomos de oxigénio é necessário que a radiação absorvida tenha pelo menos 8,3 × 10-19 J de energia (radiação UV):



Se a radiação absorvida pela molécula de O2 tiver energia superior a 8,3 × 10 -19 J, a energia em excesso vai provocaro aumento da energia cinética e da temperatura dosradicais livres que se formam.

Se a radiação absorvida pela molécula de O2 tiver energia inferior a 8,3 × 10 -19 J, não provoca dissociação da molécula (efeito químico) mas aumenta a sua energia cinética e temperatura (efeito térmico).



Os efeitos químico (dissociação) e térmico (aumento da temperatura) dependem da energia da radiação que é absorvida pelas moléculas e da sua energia de dissociação:



Ionizações – Transformações químicas, provocadas pelaluz absorvida pelas moléculas, em que se formam iões monopositivos, quando a luz consegue retirar um electrão da molécula: N2

+, O2+, O•+ e NO+.

A energia da radiação tem de ser igual ou superiorà energia de primeira ionização das partículas(energia mínima de remoção - E ou I1).

As ionizações ocorrem principalmente na Termosfera,onde a luz solar tem mais energia (as energias de ionização são superiores às energias de dissociação).

FORMAÇÃO DE IÕES


As ionizações ocorrem na Termosfera e, em menor grau,na Mesosfera, onde a luz solar tem mais energia eporque as energias de ionização são superiores àsenergias de dissociação.

FORMAÇÃO DE IÕES


A energia mínima para ionizar uma molécula de azoto é2,5 × 10 -18 J (1510 kJ mol- 1). Uma radiação de 9,9 x 10 -19 Jnão consegue ionizar esta molécula.

Redução de kJ mol- 1 a J por molécula:1510 kJ mol- 1 = 1510 × 10 3 J / 6,0 × 10 23 moléculas =

= 2,5 × 10 -18 J por molécula

FORMAÇÃO DE IÕES


Os gases que existem em maior quantidade na Termosferae na Mesosfera são o azoto (N2) e o oxigénio (O2).Eles absorvem a radiação solar e ionizam-se:

Também ocorrem dissociações seguidas de ionizações.A molécula de oxigénio dissocia-se, originando radicais livres de oxigénio, que são depois ionizados:

FORMAÇÃO DE IÕES


Os efeitos químico (ionização) e térmico (aumento da temperatura) dependem da energia da radiação que é absorvida pelas moléculas e da sua energia de ionização:

FORMAÇÃO DE IÕES


A atmosfera funciona como um filtro da radiação solar, porque deixa passar as radiações de energia mais baixa e absorve as radiações com mais energia (principalmenteos ultravioleta).

Se isto não acontecesse, as radiações com mais energia atingiriam a superfície da Terra, provocando transformações químicas nas moléculas dos seres vivos, doenças graves, alterações genéticas e até o desaparecimento da vidana Terra.

A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR


As radiações absorvidas na parte superior da Troposferasão radiações ultravioleta, de energia entre 6,6 × 10 -19 Je 9,9 × 10 -19 J.

São absorvidas principalmente pelo oxigénio e ozono, mas também pelos CFC, compostos de bromo e óxidos de azoto.

Têm energia suficiente para dissociar a maioria das moléculas de gases que existem na Troposfera,formando radicais livres.



As radiações absorvidas na Termosfera e, em menor grau,na Mesosfera, são radiações ultravioleta de energia superior a 9,9 × 10-19 J, que provocam:◦A dissociação das moléculas O2 e N2, com formação

dos radicais livres O•e N•;◦A ionização das partículas, com formação dos iões

N2+, O2

+, O•+ e NO+;◦O aumento da energia cinética destas partículas,

devido ao excesso de energia absorvida.

As radiações ultravioleta de menor energia, as radiações visíveis e as radiações infravermelhas atravessam a atmosfera terrestre sem serem absorvidas.


A Atmosfera da TerraA ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR


Dantas, M., & Ramalho, M. (2008). Jogo de Partículas A - Física e Química A - Química - Bloco 1 - 10º/11º Ano.Lisboa: Texto Editores.

BIBLIOGRAFIA

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