ozono na estratosfera

O OZONO NA ESTRATOSFERA

O ozono (ou trioxigénio segundo a nomenclatura da IUPAC) éum dos muitos gases presentes na atmosfera. Na verdade émuito raro na atmosfera terrestre, existindo, no ar, umamédia de três moléculas de ozono para 10 milhões de outrasmoléculas.

Cerca de 90% do ozono atmosférico está situado naestratosfera apresentando uma concentração máxima entreos 20 e os 30 km de altitude, o que explica o facto de estazona ser conhecida pelo nome de «camada de ozono».

Este gás encontra-se presente em pequenasconcentrações em toda a atmosfera, mas emespecial numa pequena faixa da estratosfera,denominada camada de ozono.

O OZONO NA ESTRATOSFERAO ozono como filtro protetor da Terra

Existem dois tipos de ozono:

O ozono troposférico é conhecido como “mau ozono” pois a sua presença ao nível do solopode provocar problemas respiratórios aos seres vivos.

O ozono estratosférico é conhecido como “bom ozono” uma vez que funciona comoescudo protetor contra radiações UV-B, impedindo-as de chegar à superfície da Terra, ondepodem provocar efeitos catastróficos.

Apesar de ser comum dizer-se que a camada de ozonoimpede a radiação UV de atingir a superfície terrestre,nem todos os tipos de radiação UV são absorvidos peloozono.

A radiação UV que atinge a superfície terrestre é constituída por 94% de radiação UV-A e 6% de radiação UV-B.

O OZONO NA ESTRATOSFERAFiltros solares

O facto de haver radiação perigosa para a saúde a atingir a superfície terrestre levou aodesenvolvimento de filtros protetores, cuja utilização deve ser incentivada.

Em geral, os filtros solares sãoprodutos que se aplicam sobre apele com a intenção de a protegerdas radiações ultravioleta e deprevenir, a curto prazo, a ocorrênciade queimaduras solares e, a longoprazo, o surgimento de alteraçõescutâneas. São constituídos porsubstâncias que absorvem oubloqueiam as radiações ultravioletaque atingem a superfície terrestre(UV-A e UV-B).

Como funcionam os filtros solares?

Esta proteção da radiação ultravioleta pode ser obtida com dois tipos de filtros: os filtros físicose os filtros químicos.

O OZONO NA ESTRATOSFERAFiltros solares

Os filtros físicos são substâncias opacas à radiação ultravioleta, criando uma barreira física àsua passagem. Formam um filme protetor que reflete e espalha a radiação UV, impedindo-ade chegar à pele. Os mais usados são constituídos por óxidos de zinco ou por dióxido detitânio.

Os filtros químicos absorvem as radiações ultravioleta através de processos químicos,impedindo-as de atingir as camadas mais profundas da pele. Apresentam sempre aindicação do índice de proteção solar (IPS) e englobam a maior parte dos cremes solares.Um exemplo dos constituintes é a benzofenona e o ácido p-aminobenzóico.

O índice de proteção solar é uma das formas de indicar o grau de proteção dos filtros solares, eé definido como a razão entre o tempo necessário para a produção de eritema na pele (aspetoavermelhado) com protetor e o tempo necessário para produzir o mesmo eritema semprotetor.

Exemplo:Se um protetor solar tiver um valor de IPS igual a 15isso quer dizer que se usarmos o protetor podemosestar expostos ao sol durante 15 minutos para termos omesmo efeito que o causado por uma exposição de 10minutos sem protetor.

O OZONO NA ESTRATOSFERAÍndice Ultravioleta

O OZONO NA ESTRATOSFERAFormação e decomposição do ozono na estratosfera

Na compreensão dos fenómenos relacionados com a camada de ozono é essencial perceber oque se passa quimicamente com a formação e decomposição deste gás.

O mecanismo de formação do ozono nesta camada foi proposto, pela primeira vez, porChapman, em 1930.

Formação do ozonoPrimeiro passo: fotodissociação das moléculas de O2, por ação das radiações UV.

OO O

O O2O2 hλUV < 241 nm (UV-C)

Segundo passo: Cada átomo de oxigénio vai reagir com moléculas de dioxigénio (O2) formando moléculas de ozono.

OO

OO

OO

EnergiaMOMOO 3

)1(

2

(1) É necessária uma terceiramolécula para transmitir aenergia desta reação.

Decomposição do ozono


O ozono que se forma é também decomposto por dois processos.

Fotodissociação das moléculas de ozono, O3, por absorção de radiação UV.

OO

OO

OO

λUV < 320 nm (UV-B)

23 OOO hν

Existe ainda uma outra reação (bastante mais lenta), em que o ozono reage com o oxigénioatómico originando duas moléculas de dioxigénio.

OO

OO O

O OO

23 O2OO


Estas reações prosseguem, sendo a velocidade de formação de ozono igual à sua velocidade dedecomposição.

Há assim um equilíbrio dinâmico entre a formação e o consumo de ozono,que, em princípio, deveria manter constante a concentração de ozono na estratosfera.

2O3 3O2

O OZONO NA ESTRATOSFERAA diminuição da camada de ozono

Apesar de haver um equilíbrio dinâmico entre os processos naturais de formação e destruiçãodo ozono, que permite manter constante a sua concentração na estratosfera, há cada vez maisprovas de que este equilíbrio natural tem vindo a ser alterado.

Os dados recolhidos ao longo devários anos de medição da camadade ozono mostraram um decréscimodesta camada por cima da zona doobservatório (Halley Bay, na costa daAntártida).

Esta diminuição dava-se de umaforma irregular, mas, de um modogeral, verificou-se que em cadaprimavera, havia menos ozono doque na anterior (no hemisfério sul aprimavera coincide com o outono nohemisfério norte).

A evidência definitiva da alteração da concentração do ozono estratosférico surgiu em 1981,com o trabalho de uma equipa de cientistas da British Antarctic Survey, liderada por JosephFarman.

O “buraco” na camada de ozono é a designação que é dada a uma diminuiçãosignificativa da concentração do ozono na estratosfera.


A camada de ozono tornou-se tão fina, que acabou por vir a ser batizada com o nome de“buraco” na camada de ozono.

Unidade Dobson (DU)

É a unidade que medea concentração deozono; é uma medidade comprimento eindica a altura queteria a camada deozono se toda elafosse transportadapara o nível do mar àtemperatura de 0 ⁰C eà pressão aí existente.

1 DU = 0,1 μm


Porque é que o “buraco na camada de ozono” se observa essencialmente na zona do Antártico?

A diminuição da concentração do ozono observa-se, fundamentalmente na zona do Antártico(hemisfério sul). Este facto deve-se a condições atmosféricas e meteorológicas muitoparticulares:

- As emissões de CFC ocorrem essencialmente no hemisférionorte. Estes gases são insolúveis em água e pouco reativos peloque sobem até à estratosfera, onde se mantêm estáveis.Posteriormente, os CFC são levados pelos ventos até aos pólos(especialmente até ao Antártico).

- Durante os invernos antárticos (junho e agosto), quando estazona não recebe luz solar, a temperatura na estratosfera diminuibastante (- 80 ⁰C) e formam-se as nuvens polares estratosféricas(nuvens geladas de ácido nítrico e água). Estas nuvensproporcionam o meio ideal para a reação entre o ozono e ocloro. Esta reação, e consequente destruição da camada deozono, só ocorre na presença de luz solar, logo, só tem início naprimavera do hemisfério sul (setembro e outubro).

Durante o Inverno do hemisfério sul o Antártico fica isolado do resto do planeta devido a umacirculação natural do vento – o vórtex polar. Esta corrente cria um enorme reator onde iráocorrer a destruição de ozono.


A diminuição da camada de ozono provocará graves efeitos ambientais.

O OZONO NA ESTRATOSFERAA destruição da camada de ozono

Neste contexto, os CFC(clorofluorocarbonetos)merecem um destaqueespecial, porque têmum papel relevante nadestruição do ozono.

A destruição da camada de ozono pode ser originada quer por agentes naturais quer poragentes antropogénicos.

Agentes naturais: trovoadas, vulcões, etc.

Agentes antropogénicos: poluição – libertação de CFC, óxidos de azoto e outros.

O que são os CFC e como atuam na destruição do ozono

Os clorofluorocarbonetos ou CFC (também conhecidos como «fréons») são compostos decarbono, cloro e flúor.

Começaram a ser produzidos a partir de 1930, altura em que foi sintetizado o primeiro deles,por um físico da General Motors, Thomas Midgley Jr.

São gases à temperatura ambiente mas podem ser liquefeitos com alguma facilidade (ótimospara a utilização em processos de refrigeração e de condicionamento de ar), muito estáveis, nãoinflamáveis, não corrosivos, não tóxicos e … fáceis de produzir (custos de produção baratos).



NOME TRIVIAL COMPOSTO FÓRMULA UTILIZAÇÕES PRINCIPAIS

CFC-11 Triclorofluorometano CCl3F Aerossóis, ar condicionado.

CFC-12 Diclorodifluorometano CCl2F2Aerossóis, refrigeração, ar condicionado, espumas.

CFC-113 Triclorotrifluoroetano C2Cl3F3Solvente de componentes electrónicos.

CFC-114 Diclorotetrafluoroetano C2Cl2F4 Refrigeração e aerossóis.

CFC-115 Cloropentafluoroetano C2ClF5 Solvente e refrigeração.

Tabela 1. Lista dos CFC mais vendidos até perto de 1990 e respetivas aplicações.

Paradoxalmente, a excelente estabilidade dos CFC, que os tornou tão populares e úteis, veio atransformar-se, algumas décadas mais tarde, num grande quebra-cabeças para a Humanidade.

Devido à sua inércia química os CFC sobem até à estratosfera sem se modificarem. Só nestacamada, onde são expostos à radiação UV-C, são decompostos fotoquimicamente formandoátomos de cloro; estes vão alterar o ciclo do ozono, promovendo a sua destruição.

A primeira referência ao perigo dos CFC como agentes de destruição da camada de ozono foi feita por Mário Molina, em 1974 (foi um dos três galardoados com o Prémio Nobel da Química em 1995)


Mecanismo de destruição do ozono pelos CFC

Os CFC, que chegam intactos à Estratosfera, são decompostos pelas radiações UV, libertando os radicais cloro (exemplo para o CFC-11).

Cl

Cl

ClF

CCl •

Cl

ClF

CPasso 1

Passo 2

Passo 3

Cl •

OO

OO

OOCl •

OCl •

OO

OCl •

Os passos 2 e 3 repetem-se sucessivamente, com o Cl • consumido no passo 2 a ser regenerado no passo 3 e a ficar disponível para atacar uma nova molécula de ozono.


Mecanismo de destruição do ozono pelos CFC

λUV < 260 nm (UV-C)

2

23

23

OClOClO

OClOOCl

ClFCClFCCl

h

2

23

OClOClO

OClOOCl

Passo 1

Passo 2

Passo 3

Passo 2’

Passo 3’

A reação global da decomposição do ozono pode ser representada por:

223 OOOO

Como o radical Cl • não é consumido, funciona como catalisador da decomposição, podedestruir mais de 100 000 moléculas de ozono antes de ser removido da atmosfera por outrasreações.


Outros radicais que também provocam a destruição da camada de ozono.

O ozono pode ser destruído por um determinado número de radicais livres sendo os maisimportantes o radical hidroxilo (HO), o radical óxido de azoto (NO) e os radicais atómicos cloro(Cl ) e bromo (Br ).

Todos são de origem tanto natural como antropogénica, embora, atualmente, a maior parte doHO e NO estratosférico seja de origem natural, mas as atividades humanas têm aumentadodrasticamente a concentração de Cl e Br.

Como tal, Há outras substâncias que funcionam como catalisadores da reação de decomposição do ozono, nomeadamente as que produzem os radicais livres:

HO •; NO •; Br •

ALTERNATIVAS VANTAGENS DESVANTAGENS

HCFC (hidrogenoclorofluoro-carbonetos)

-Degradam-se mais rapidamente (2-20 anos);-São 90 % menos perigosos para a camada deozono;-Podem ser usados como sprays (aerossóis), refrigeração, ar condicionado, espumas e agentes de limpeza (embora com restrições).

- Entram na composição dos “gases de estufa”;-Destroem o ozono, especialmente se usados em grandes quantidades;-HCFC-123 pode causar tumores no pâncreas.-Podem baixar a eficiência energética das suas aplicações;-A produção de HCFC-134 origina igual quantidade de metilclorofórmio(destruidor do ozono).

HFC (hidrogenofluorocarbo-netos)

- Degradam.se mais depressa (2-20 anos);-Não contêm cloro, destruidor do ozono;-Podem ser usados em sprays, refrigeradores, ar condicionado e espumas.

- Entram na composição dos “gases de estufa”;-Desconhecem-se propriedades como inflamabilidade e a toxicidade;-Causam diminuição da eficiência energética.

Amoníaco- Alternativa simples para refrigeração,largamente usada antes dos CFC.

- É tóxico por inalação;- Tem de ser manuseadocuidadosamente

Alternativas aos CFC


O OZONO NA ESTRATOSFERAExercícios

Considere o seguinte conjunto de reações, em que X representa uma espécie responsável pela destruição de ozono na estratosfera:

a) Complete as reações, substituindo devidamente os espaços em branco.b) Indique as principais espécies que X pode estar a representar.c) Escreva a equação que traduz a reação global de destruição do ozono.

2

23

O____O____

O____OX

1.

2.

O OZONO NA ESTRATOSFERAExercícios

Soluções:

1. F; F; F; V; V; F; F; F.

2. a)

b) X representa os radicais livres responsáveis pela destruição do ozono: HO ; NO ; Cl ; Br

c) 2O3 3O2

2

23

OXOXO

OXOOX

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