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Interacção da Radiação com a Matéria

Maria do Anjo Albuquerque

Já sabemos que: •As radiações eletromagnéticas têm comportamento ondulatório e corpuscular. •Cada radiação apresenta as suas características individuais; •Os corpúsculos de luz denominam-se fotões; •Cada fotão transporta um quantum de energia;

Os corpos emitem radiações e, quanto

maior for a sua temperatura maior será a

energia das radiações emitidas.

A temperatura à superfície do Sol é

6000ºC logo emite essencialmente na

zona do visível.

Felizmente só uma parte da luz do Sol

atravessa a atmosfera – alguns gases da

atmosfera funcionam como filtros solares.



O que acontece quando a radiação solar atinge a

atmosfera da Terra?

Absorvida Refletida Transmitida

A absorção de energia pelas espécies (átomos, moléculas ou iões), dependendo da energia que absorvem pode conduzir à: • excitação das espécies (troposfera e estratosfera); • ionização (essencialmente na ionosfera)

Dependendo dos

materiais com os

quais vai interagir a

radiação pode sofrer

um dos 3 fenómenos:



O que sucede aos átomos e às moléculas

excitadas?

Tornam-se mais reativas. Podem reagir com outras moléculas, ionizar-se, decompor-se originando iões ou radicais, etc.

Formação de radicais – Energia de dissociação

Para se dissociar, cada molécula precisa de um valor mínimo de energia, que se chama energia de dissociação.



Aging - envelhecimento Burning - queimadura

A radiação UV é uma gama importante do espetro eletromagnético.

O2; N2 O2; O3

termosfera

Termosfera Estratosfera

Radiação ultravioleta


Radiação UV-A: é a menos energética. É pouco retida pela atmosfera e penetra na pele humana, podendo causar danos em profundidade.

Radiação UV-B: é perigosa para o ser humano, sendo responsável pelas queimaduras solares (eritreia). É retida em grande parte pelo ozono (O3) estratosférico e também pelo oxigénio (02)

Radiação UV-C: é a mais energética e, por isso, a mais perigosa para o ser humano. Felizmente é praticamente toda absorvida pelo oxigénio (02) e azoto (N2) presentes na termosfera.

Radiação infravermelha

Parte da radiação IV proveniente do Sol é filtrada pelo vapor de água (H20) e dióxido de carbono (C02) existente na atmosfera. Estes dois gases desempenham um papel fundamental no efeito de estufa.


A radiação IV também é uma gama importante do espetro

eletromagnético.

Efeito de Estufa

1. A radiação visível e parte da radiação UV atravessam a atmosfera e incidem na Terra aquecendo a sua superfície. 2. Como resultado desse aquecimento a superfície terrestre emite energia sob a forma de radiação IV. 3.Os GEE que deixam passar a radiação solar vão contudo absorver grande parte da radiação IV emitida pela Terra ocorrendo a excitação das moléculas desses GEE.


Consequências do efeito de estufa


Parte da radiação (IV) resultante da desexcitação do CO2 é reemitida para o exterior mas outra parte é enviada para a superfície da Terra o que contribui para um acréscimo da sua temperatura.

Parâmetros que influenciam a temperatura da atmosfera

A temperatura da atmosfera depende de dois parâmetros:

Da proximidade em relação ao solo. Das radiações solares que a atravessam.

Ao entrarem na atmosfera terrestre, as radiações colidem com as partículas aí existentes, transferindo para elas a energia que transportam.


A absorção de energia pode causar dois efeitos:

Efeito térmico. As partículas utilizam a energia absorvida

para aumentar a sua energia cinética, o que faz aumentar a sua temperatura.

Efeito químico. As partículas absorvem a energia das

radiações a qual servirá para desencadear reações químicas.

Efeitos produzidos pela absorção de energia


As partículas absorvem as radiações solares que servem para:

- quebrar ligações dentro das moléculas. - ionizar átomos ou moléculas.

Efeito químico da radiação solar

Estas reacções químicas desencadeadas pela acção da luz chamam-se reacções fotoquímicas ou fotólise.


As reações químicas que levam à rutura de ligações dentro das moléculas ocorrem, principalmente, na parte superior da troposfera e na estratosfera.

Efeito químico da radiação solar

Da dissociação destas moléculas resultam espécies muito reativas por terem um eletrão desemparelhado representado por (●) Essas espécies chama-se radicais livres:

OH● O● Cl● Br●


Formação de radicais


λ=230-280 nm


O radical OH● é um dos mais abundantes na troposfera; é muito reativo; Pode desencadear reações inflamatórias, envelhecimento e a longo prazo mutações nas células.


No entanto os radicais OH● degradam a maioria dos hidrocarbonetos na atmosfera e intervêm na formação do ozono e na conversão dos óxidos de azoto. São portanto excelentes agentes de limpeza da atmosfera.

Na troposfera

Na estratosfera

Na estratosfera formam-se radicais derivados de compostos clorados e bromados ou pela reação dos átomos de cloro com o ozono (o que diminui a camada de O3)



A partir dos fogos florestais e dos oceanos libertam-se para a atmosfera compostos clorados como o CH3Cl que ao absorverem radiação UV podem formar radicais muito reativos capazes de perturbar os equilíbrios existentes na atmosfera.

Por ação da radiação UV



As radiações provenientes do Sol vão sendo absorvidas à medida que vão penetrando na atmosfera. A camada de Ozono estratosférico desempenha um papel importante nesta função.

UV

λ<240 nm

Na estratosfera as radiações UV mais próximas do visível são absorvidas pelo ozono, decompondo-se este em oxigénio atómico e molecular

UV

λ=240-320 nm

Se não existisse O2e O3 as radiações UV chegariam à Terra com elevada intensidade destruindo a vida no planeta

As radiações absorvidas na parte de cima da troposfera têm energia suficiente para dissociar grande parte das moléculas de gases aí existentes, mas não para as ionizar. Eis a razão porque aí se formam preferencialmente radicais livres.

A

B

C


Na Termosfera, e em menor grau na Mesosfera, as radiações absorvidas são mais energéticas, radiações UV de energia superior a 9,9 x 10-19, suficientes para formar iões.

Formação de iões – Termosfera e Mesosfera

A energia radiante que ao chocar com uma molécula é superior à necessária para a ionização da molécula fica disponível para aumentar a energia cinética das partículas, Ec, após a reação fotoquímica. Assim se explica que a termosfera seja a camada da atmosfera onde as partículas atingem a temperatura mais elevada.


Formação de iões – Termosfera e Mesosfera

Para uma mesma espécie a energia de dissociação é inferior às energia de ionização dessa espécie.


Espécies químicas presentes na Termosfera

Em suma, na termosfera para além das moléculas de e de e dos correspondentes radicais livres, há uma elevada quantidade de iões positivos e de eletrões livres daí a parte inferior da termosfera ser designada por Ionosfera.

Na Termosfera verifica-se:

- A dissociação das moléculas e e a formação dos respetivos radicais livres e ;

- A ionização das partículas existentes – formação, sobretudo, de e mas também de O+; - Aumento da energia cinética destas partículas, devido ao excesso de energia absorvida relativamente ao efeito químico, dissociação e ionização.

N● O●



Formação de iões na Termosfera

absorção 1313 kJ/mol



A ação da atmosfera como filtro de radiação UV-C pode ser explicada por diversas reações de ionização, de átomos e moléculas que ocorrem na termosfera, como por exemplo:

Estas reações ocorrem à custa da absorção de energia das radiações ultravioleta e explicam a capacidade filtrante da atmosfera para as radiações UV-C. A posterior captura de eletrões por parte dos iões faz-se à custa de libertação de energia sob a forma de calor. A absorção de energia com valores superiores à energia de ionização conduz a uma maior energia dos iões e dos eletrões ejetados. Estes dois fenómenos explicam as elevadas temperaturas na termosfera

IMPORTANTE

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