química ambiental aula 6 química da atmosfera -- parte imica-atmosférica... · a atmosfera...

Aula 6Aula 6

Química da Atmosfera Química da Atmosfera -- Parte IParte I

Universidade Federal de Juiz de ForaInstituto de Ciências ExatasDepartamento de Química

Química Ambiental

Química da Atmosfera Química da Atmosfera -- Parte IParte I

1.1. Composição química e a poluição da atmosferaComposição química e a poluição da atmosfera

2.2. “Regiões da atmosfera”“Regiões da atmosfera”

33. . Transporte de substâncias e os Ciclos biogeoquímicosTransporte de substâncias e os Ciclos biogeoquímicos

Prof. Rafael Arromba de SousaJuiz de Fora, 2o semestre de 2015

1

IntroduçãoIntrodução

“Pode-se assumir, com boa aproximação, que nosso planetanosso planeta

éé um sistema fechado em termos de fluxos de massaum sistema fechado em termos de fluxos de massa,

sem entrada ou saída de material”

� É importante conhecer ascaracterísticas da atmosfera

� Não poluir a atmosferaconsiderando que os poluentes sediluem ao serem dispersados ...

2

A atmosfera terrestre é atmosfera terrestre é uma fina camada gasosa que envolve a Terra, sendo formada por diferentes gases que se distribuem em “camadas”

Formação da atmosfera:

No início da formação do planeta Terra: atmosfera composta por gases comometanometano, amôniaamônia, vaporvapor dede águaágua e gásgás carbônicocarbônico - resultantes das constanteserupções vulcânicas e de colisões de meteoros na superfície

Introdução Introdução –– Definição e HistóricoDefinição e Histórico

erupções vulcânicas e de colisões de meteoros na superfície

Em uma “segunda fase”, surgiram os primeiros organismos vivos querealizaram fotossíntese, absorvendo o gásgás carbônicocarbônico da atmosfera etransformando-o em oxigêniooxigênio.

6 COCO2 + 12 HH22OO CC66HH1212OO66 + 6 OO22 + HH22OO

(Glicose)

“Ocorreu a maior transformação causada no planeta pelos organismos vivos: a atmosfera tornoua atmosfera tornou--se “cheia” de oxigênio”se “cheia” de oxigênio” 3

Introdução Introdução -- Composição química geralComposição química geral

A Terra tem aproximadamente 4,5 bilhões de anos e ao longo desse período a atmosfera sofreu modificações a atmosfera sofreu modificações que permitiram o

surgimento e manutenção da vida

Dados da provável composição (%) da atmosfera terrestre antes e após o aparecimento de vida

Gás Vênus Marte Terra** Terra

CO2 96,5 95 98 0,035

N2 3,5 2,7 1,9 79

O2 Traços 0,13 Traços 21

Argônio Traços 1,6 0,1 1,0

** Composição provável antes do aparecimento da vida no planetaComposição provável antes do aparecimento da vida no planeta 4

Característica da atmosfera que favorece a vidafavorece a vida: caráter oxidante

� 21% de gás oxigênio (coexiste com formas reduzidas como monóxidomonóxido dedecarbonocarbono e óxidoóxido nitrosonitroso)

A composição geral é resultado

Introdução Introdução -- Composição Composição química geralquímica geral

�� A composição geral é resultadoda “vida” que vem se desenvolvendo

OO teorteor dede oxigêniooxigênio éé quasequase

todotodo produtoproduto dada fotossíntesefotossíntese

OutrasOutras fontesfontes contribuemcontribuem comcom

menosmenos dede umum bilionésimobilionésimo dodo estoqueestoque dede

OO22 queque respiramosrespiramos

5

- Menos moléculas - T chegam a – 1000C

- Diferentes espécies- T chegam em 12000C(Abs de radiação de

alta energia)

Atmosfera Atmosfera –– Composição química e as camadasComposição química e as camadas

ou ou TermosferaTermosfera

Ordem e dimensão das camadas:Ordem e dimensão das camadas:

- Contém 80% dos gases atmosféricos- Th máx ∼ -- 60600C- Fenômenos

meteorológicos

- Moléculas de O3

- T de -- 60 60 até 000C(abs de UV)

- T chegam a – 1000C(camada mais fria)

6

Co

mp

osição

gasosa d

e cad

a camad

a:C

om

po

sição gaso

sa de

cada cam

ada:

Absorção do Absorção do ultravioleta de alta ultravioleta de alta

potência potência λλ< < 220nm220nm

Absorção do ultravioleta de Absorção do ultravioleta de 200 200 <<λλ< 330 < 330 nmnm

infravermenlhoinfravermenlho, , λλ>330 >330 nmnm

7

Absorção do ultravioleta de Absorção do ultravioleta de

Ultravioleta, visível e Ultravioleta, visível e infravermenlhoinfravermenlho

� Outras funções protetoras

-- Evita os impactos de corpos celestes (meteoros)

-- Mantem parte do calor solar, impedindo sua imediata irradiaçãopara o espaço

Atmosfera Atmosfera -- ImportânciaImportância

para o espaço

-- Impede variações bruscas de temperatura e radiações extremamente energéticas, favorecendo a vida terrestre

-- Atua como um condensador que transporta água dos oceanos aos continentes

8

TroposferaTroposferaÉ a camada importante para a sobrevivência dos

seres aeróbios

CARACTERÍSTICAS

� Forte interação com aLitosfera e com a Hidrosfera

� Composição variada

Substâncias Concentração em ppm

Nitrogênio (N2) 780 840.00

Oxigênio (O2) 209 460.00

Argônio (Ar) 9 340.00

Dióxido de Carbono (CO2) 315.00

- GasesGases**

- Líquidos

- Sólidos

Neônio (Ne) 18.00

Hélio (He) 5.20

Metano (CH4) 1.20

Criptônio (Kr) 1.10

Óxido de Nitrogênio (N2O) 0.50

Hidrogênio (H2) 0.50

Xenônio (Xe) 0.08

Existem também milhares de constituintesExistem também milhares de constituintes--traço traço � 170 tipos de interações químicas (estimativa)

(**) Composição média do ar seco no nível do mar (SEIN FELD, 1984)9

TroposferaTroposferaÉ a camada importante para a sobrevivência dos seresaeróbios

OUTRAS CARACTERÍSTICAS

� Forte interação com a Litosfera e com a Hidrosfera

� Composição variada (gases, líquidos e sólidos)� Composição variada (gases, líquidos e sólidos)

� Materiais líquidoslíquidos e sólidossólidos em suspensão

- Origem natural (vulcões, queimadas)

- Origem antropogênica (poluição)

10

Ação humana ⇒ Modificações significativas a partir da Revolução industrial

POLUIÇÃOPOLUIÇÃO:chuva ácidachuva ácida,, efeito estufa efeito estufa ee depleção da camada de ozôniodepleção da camada de ozônio

Atmosfera Atmosfera -- Efeitos da poluiçãoEfeitos da poluição

nna troposferaa troposferanana

estratroposferaestratroposfera

11

nna troposferaa troposfera estratroposferaestratroposfera

Exemplos de FATOS HISTÓRICOS relacionados à POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA:

-- DezDez.. 19301930 �� Vale de Meuse, Bélgica: grossa camada de poluição por 5

dias ( 63 mortos e doenças em cerca de 6000 pessoas )

-- OutOut.. 19481948 �� o mesmo em Donova (Pensilvânia, EUA): 20 mortos e

quase metademetade dada populaçãopopulação ficouficou “doente”“doente”


-- DezDez.. 19521952 �� Londres: durante 5 dias ocorreram 4000 mortes (outros

episódios na cidade em 1953 e 1962)

-- 19531953, 19631963, 19661966 �� episódios de forte poluição em Nova York

A partir desses episódios alguns países passaram a legislar, regulamentar eimplementar tecnologias para redução da poluição

NoNo BRASILBRASIL graves problemas ocorreram na cidade de graves problemas ocorreram na cidade de CubatãoCubatão 12

Contexto econômico e ambiental da poluição atmosférica:

11)) OO crescimentocrescimento populacionalpopulacional alteraaltera constantementeconstantemente aa atmosferaatmosfera

– Por meio do lançamento de gases e partículas ...

– Modificando as trocas de água e energia, alterando a quím. atmosférica

•• Substituindo/removendoSubstituindo/removendo aa coberturacobertura naturalnatural queque barrambarram osos ventosventos


•• Substituindo/removendoSubstituindo/removendo aa coberturacobertura naturalnatural queque barrambarram osos ventosventos

•• RReduzindoeduzindo aa quantidadequantidade dede águaágua evaporada,evaporada, aumentandoaumentando oo fluxofluxo dedecalorcalor sensívelsensível

•• MudandoMudando aa circulaçãocirculação locallocal ee oo ânguloângulo dede recebimentorecebimento dada luzluz solarsolar

22)) ExistemExistem diferentesdiferentes tipostipos dede poluentespoluentes

Compreendem partículas e gases em concentrações que colocam emperigo a saúde dos organismos,, alterandoalterando aa dinâmicadinâmica ambientalambiental ee dosdos processosprocessosfísicosfísicos

13

PartículasPartículas

PartículasPartículas maioresmaiores concentram-

Características gerais dos poluentespoluentes


PartículasPartículas maioresmaiores concentram-se próximas ao solo (gravidade)

EmEm geral,geral, diminuem apenetração da luz afetando o clima pormeio de efeitosefeitos físicosfísicos

GasesGases poluentespoluentes afetam o clima por meio de reaçõesreações químicasquímicas

14

Os poluentes têm efeitos sobre a saúde !

� PARTÍCULAS FINASalergias respiratórias em geral, silicose e câncer de pulmão

Espirros, tosse, dor de garganta, bronquite

� PARTÍCULAS ORGÂNICAS: câncer, mutação genética e malformação de fetos

� EMISSÕES GASOSASAgravamento das alergias respiratórias

Dor de cabeçaFalta de ar

Arritmia“Chuva ácida” ...

Irritação nos olhos e Redução de visibilidade15

Poluentes na Atmosfera...Poluentes na Atmosfera...

16

http://pibid-bio-uepg.blogspot.com.br/2012/05/meio-ambiente-impactos-ambientais-e.html; acessado 08-10-14

�� Demandam uso de tecnologias de controle e de minimização da poluiçãoDemandam uso de tecnologias de controle e de minimização da poluição

Dispersão atmosférica de contaminantes

O termo “DISPERSÃO ATMOSFÉRICA” é usado para referir-se ao espalhamento de poluentes gasosos devido aos efeitos convectivos e turbulentos do

escoamento atmosférico

ALÉM DISSO, a dispersão é resultado de mecanismosmecanismos dede transportetransporte rápidos eirregulares

Atmosfera Atmosfera -- Transporte de substânciasTransporte de substâncias

�� Os contaminantes são carreados pelo vento enaturalmente se misturam na atmosfera turbulenta

�� Durante a dispersão, os contaminantes podem sofrerreações químicas

- Contaminantes primários transformam-se em Contaminantessecundários

- São depositados no solo ou na água (por via seca ou úmida)

17

Dispersão atmosférica de contaminantes


Exemplos de alguns poluentes importantes na atmosfera

1)1) Poluentes gasososPoluentes gasosos

18

2) Poluentes particulados e gasosos de acordo com a fonte

19

� Leva os contaminantes para outros locais (distantes das fontes)

� Os poluentes podem ser removidos, naturalmente, por:

Sobre a dispersão atmosférica de contaminantes


- Deposição úmida

- Deposição seca

- Reações químicas com partículas ou outros gases

20

Exemplificando a dispersão atmosférica de contaminantes


� Substâncias persistentes (origem natural ou não) po dem ficar “circulando” no ambiente:

21

MAS, também ocorrem transformações químicas, MAS, também ocorrem transformações químicas, favorecidas pelos favorecidas pelos Ciclos Biogeoquímicos Ciclos Biogeoquímicos

• Atmosfera ⇒ REATORREATOR (OxigênioOxigênio [componente extremamentereativo], compostoscompostos emem pequenaspequenas concentraçõesconcentrações [reagentesou catalisadores] e luzluz solarsolar [energia])


ou catalisadores] e luzluz solarsolar [energia])

• Produtos de reações atmosféricas ⇒ concentração dosreagentes, temperatura, catalisadores e reatividade damolécula

• Tempo de residência desses produtos ⇒ tempo médio depermanência do composto na atmosfera

22

Ciclos Biogeoquímicos Ciclos Biogeoquímicos


São o conjunto de reações químicas e as mudanças de fase que fazem com que substâncias permeiem os diferentes ecossistemas

ExEx:: QuestãoQuestão dodo COCO 22

CO2 atmosférico é fixado pelas plantas (fotossíntese) MAS reem itidopela respiração

� TENDÊNCIA: concentrações “constantes” de substâncias nos ecossistemasem equilíbrio

MAS no caso do CO2 e outros gases � alterações (atividadesantropogênicas)

Ex: Queima de combustíveis fósseisAumentaAumenta emem ~~44,,33%% aoao anoano aa emissãoemissão dede CarbonoCarbono nana atmosferaatmosfera

Compostos de Carbono Compostos de Carbono �� CICLO DO CARBONO (CICLO DO CARBONO (foco: COfoco: CO22 atmosféricoatmosférico))23

Atmospheric carbon dioxide (CO2)concentrations (1750 to present)

330

340

350

360

370p

art

s p

er

millio

n v

olu

me

Mauna Loa (1958-present)

Siple Stat ion (1750-)

Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do carbonoCiclo do carbono

WORLDWORLDRESOURCESRESO URCES

INST ITUTEINST ITUTE

Data Source: C.D. Keel ing and T.P. Whorf, Atmospheric CO2 Concentrations (ppmv) deri ved from in s itu ai r samples col lec ted at Mauna LoaObservatory, Hawaii , Sc ripps Ins titute of Oceanography, August 1998. A. Neftel et al, H istoric al CO2 Record from the Siple Station IceCore, Phys ics Insti tute, University of Bern, Switzerland, September 1994. See http://cdiac .esd.ornl.gov/trends/co2/contents .htm

270

280

290

300

310

320

1750 1800 1850 1900 1950 2000

part

s p

er

millio

n v

olu

me

Siple Stat ion (1750-)

24

Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do carbonoCiclo do carbono

�� “Fixação” de carbono por meio dos “Fixação” de carbono por meio dos vegetaisvegetais (CO(CO22) e ) e animaisanimais (C(C66HH1212OO66))�� ReemissãoReemissão por meio de processos naturais (decomposição) e queima de combustíveis fósseispor meio de processos naturais (decomposição) e queima de combustíveis fósseis

25

Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do nitrogênioCiclo do nitrogênio

Espécies de Espécies de NN22 (inertes) e (inertes) e NOxNOx (associados a problemas ambientais)(associados a problemas ambientais)

NN22

-- EspécieEspécie maismais abundanteabundante dadaatmosferaatmosfera-- NãoNão éé aproveitadoaproveitado pelospelos seresseres

vivosvivos NESTANESTA FORMAFORMA (exceção(exceçãoparapara algumasalgumas bactérias)bactérias)

-- OutrasOutras formasformas :: REATIVASREATIVAS

NONOxx == NONO ++ NONO

Transformação de NTransformação de N 22em outros compostos:em outros compostos:

NH3NH4

+

NO2-

NO3-

NONOxx == NONO ++ NONO22

-- ChuvaChuva ácidaácida-- DepleçãoDepleção dada camadacamada dede ozônioozônio(Próxima aula...)

26

Amônio(NH4

+)

Nitritos(NO2

-)

(NO3-)

Ciclo do nitrogênio � Complexo (reações desconhecidas)

• Relâmpagos⇒ Transformam N inerte em N reativo:

NN22 + O+ O22 → 2NO→ 2NO

Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do nitrogênioCiclo do nitrogênio

Reações químicasReações químicas

•• 3/2 H3/2 H22 + ½ N+ ½ N22 NHNH33 (Haber-Bosch) * Indústria de fertilizantes

* Substituinte dos CFCs

* Aditivo em petroquímicas

• Nitrificação:

• Desnitrificação:

2 2 NHNH44++ + 3 O+ 3 O2 2 �� 2 NO2 NO22

-- + 2H+ 2H22O + 4HO + 4H++

2 NO2 NO22-- + O+ O22 �� 2 2 NONO33

--

NONO33-- �� NONO22

-- �� NO NO �� NN22O O �� NN2227

Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do enxofreCiclo do enxofre

Chuva ácidaChuva ácida(próxima aula)(próxima aula)(próxima aula)(próxima aula)

28

Principal contribuição

DimetilsulfetoDimetilsulfeto

Compostos de enxofre: várias fontes e vários estados de oxidaçãoCompostos de enxofre: várias fontes e vários estados de oxidação

� SO2 ⇒ combustíveis fósseis (atividades antropogênicas � grandesquantidades)

Hemisfério Norte ⇒ maior concentração do que no hemisfério Sul

(países ricos queimam mais combustíveis fósseis)

� H S ⇒ águas ou regiões úmidas do continente (reações anaeróbias)

Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do enxofreCiclo do enxofre

� H2S ⇒ águas ou regiões úmidas do continente (reações anaeróbias)

� Dimetilsulfeto⇒ emitido por fitoplancton na superfície dos oceanos

� SO42- ⇒ dissolvido na água e presente na atmosfera (“spray oceânico”)

Quando as partículas tem diâmetro < 10 µm constituem o “aerossol de sulfato”

podem penetrar nos pulmões e causar doenças respiratórias (sulfatos provenientes

de poluição)

São responsáveis por mudanças climáticas (interagem com a luz solar causando

alterações de temperatura) 29

2) EmEm relaçãorelação aoao fluxofluxo dede COCO22 entreentre ososdiferentesdiferentes compartimentos,compartimentos, seriaseria possívelpossívelcalcularcalcular asas estimativasestimativas dede troca?troca?

QUESTÕES QUESTÕES -- RELACIONANDO A QUÍMICA AQUÁTICA E ATMOSF ÉRICA:RELACIONANDO A QUÍMICA AQUÁTICA E ATMOSFÉRICA:

1) Quais são as principais formas químicas de transporte de carbono entre osvários compartimentos da biosfera?

3) O pH da água favorece a dissolução doCO2 atmosférico? De que forma?

30

4) QuaisQuais sãosão osos estadosestados dede oxidaçãooxidação emem queque oo enxofreenxofre podepode serser encontradoencontrado nosnoscompostoscompostos principaisprincipais dodo CicloCiclo dodo enxofre?enxofre? EE quaisquais osos compostoscompostos maismais solúveissolúveis emem água?água?

Referências

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•• BairdBaird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo , C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo RecioRecio e Liz Carlos M. Carrera, 2 e Liz Carlos M. Carrera, 2 eded, Porto , Porto Alegre, Alegre, BookmanBookman, 2002, 2002

•• http://biologiatualizada.blogspot.com.br/2012/01/fotossintese.htmlhttp://biologiatualizada.blogspot.com.br/2012/01/fotossintese.html, acessada 22, acessada 22--0606--1313

•• http://www.brasilescola.com/historiag/revolucaohttp://www.brasilescola.com/historiag/revolucao--industrial.htmindustrial.htm, acessado 22, acessado 22--0606--1313

•• http://envolverde.com.br/saude/qualidadehttp://envolverde.com.br/saude/qualidade--dodo--ar/poluicaoar/poluicao--dodo--arar--matamata--pelopelo--menosmenos--doisdois--milhoesmilhoes--dede--pessoaspessoas--porpor--anoano--nono--mundomundo--dizdiz--oms/oms/, acessado 23, acessado 23--0606--1313

•• Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011

•• MaioliMaioli,, OO..LL..GG..,, Nascimento,Nascimento, GG..NN.. ComposiçãoComposição dada Atmosfera,Atmosfera, CiclosCiclos GlobaisGlobais ee TempoTempo dede VidaVida.. MonografiaMonografia..

UFESUFES

•• MozetoMozeto,, AA.. QuímicaQuímica AtmosféricaAtmosférica:: AA químicaquímica sobresobre nossasnossas cabeçascabeças.. CadernosCadernos TemáticosTemáticos dede QuímicaQuímica NovaNova

nana EscolaEscola.. 20012001

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