química do meio ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos...

70
Aula 4 Química da Atmosfera Profa. Lílian Silva Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Depto. de Química Juiz de For a, 2018 Química do Meio Ambiente

Upload: others

Post on 13-Jul-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Aula 4 – Química da Atmosfera

Profa. Lílian Silva

Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas

Depto. de Química

Juiz de For a, 2018

Química do Meio Ambiente

Page 2: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Causas da Poluição do Ar

A poluição do ar pode ser definida como o resultado da alteração das características físicas e/ou química e/ou biológica da atmosfera de forma a causar danos ao homem e/ou fauna e/ou flora, e/ou aos materiais ou de forma a restringir o pleno uso e gozo da propriedade. É caracterizada pela presença de gases tóxicos e partículas líquidas ou sólidas no ar.

Os escapamentos dos veículos, as chaminés das fábricas, as queimadas estão constantemente lançando no ar grandes quantidades de substâncias prejudiciais à saúde.

“A poluição do ar não é um problema recente”

Page 3: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Causas da Poluição do Ar A própria natureza tem na sua constituição fenômenos geológicos e reações químicas que são fontes de poluição

Erupções vulcânicas que lançam gases e poeira na atmosfera (material particulado e gases) Incêndios florestais que produzem muito gás carbônico

Nos grandes centros urbanos e industriais tornam-se freqüentes os dias em que a poluição atinge níveis críticos

Os escapamentos dos veículos automotores emitem gases como o monóxido (CO) e o dióxido de carbono (CO2 ), o óxido de nitrogênio (NO), o dióxido de enxofre (SO2 ) e os hidrocarbonetos

Page 4: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

As fábricas de papel e cimento, indústrias químicas, refinarias e as siderúrgicas emitem óxidos sulfúricos, óxidos de nitrogênio, enxofre, partículas metálicas (chumbo, níquel e zinco) e substâncias usadas na fabricação de inseticidas

Causas da Poluição do Ar

“Todos esses poluentes são resultantes das atividades humanas e são lançados na atmosfera”

Page 5: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Causas da Poluição do Ar Denomina-se por fonte de poluição, toda e qualquer atividade, sistema, processo, operação, maquinaria, equipamento ou dispositivo, móvel ou não, que direta ou indiretamente, pode gerar, produzir, lançar ou liberar poluente, ou induzir a poluição do meio ambiente

As fontes de poluição do ar são classificadas como:

Naturais - erupções vulcânicas (partículas e compostos de enxofre), evaporação natural, tempestades de areia e poeiras em geral, decomposição de vegetais, decomposição de animais e incêndios florestais. Artificiais - estão subdivididas em:

a) Estacionárias: queima de combustível na indústria e emissão por processos e operações industriais; queima de lixo ao ar livre, incineração de lixo, limpeza a seco, poeiras fugitivas em geral, comercialização e armazenamento de produtos voláteis.

Page 6: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Causas da Poluição do Ar

b) Móveis: veículos automotores (gasolina, álcool e diesel)

“Defini-se poluente como toda a forma de matéria ou energia que causar direta ou indiretamente a poluição do

meio ambiente”

Page 7: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Causas da Poluição do Ar

Toxicidade e freqüência de ocorrência

Poluentes padrões – são os que ocorrem com grande frequência sendo danosos à saúde e ao bem estar geral da população além de comumente causar danos a outros receptores.

São controlados através de padrões de qualidade do ar: monóxido de carbono, dióxido de enxofre, ozônio e material particulado

Poluentes perigosos – são os que podem causar ou contribuir para o aumento da mortalidade ou para o aumento da ocorrência de doenças irreversíveis ou reversíveis, mas incapacitantes.

Usualmente causam problemas localizados e são controlados através de padrões de emissão asbestos (amianto), benzeno, cloreto de vinila, berílio, mercúrio e arsênio

Page 8: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Causas da Poluição do Ar

Poluentes incômodos – são os que apresentam odores mercaptanas (compostos organosulfurados que contém um grupo –SH), gás sulfídrico, etc.

Page 9: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeitos da poluição do ar

“A emissão excessiva de poluentes tem provocado sérios danos à saúde”

Problemas respiratórios (bronquite crônica e asma) Alergias Lesões degenerativas no sistema nervoso ou em órgãos vitais Câncer

Esses distúrbios agravam-se pela ausência de ventos e no inverno com o fenômeno da inversão térmica Ocorre quando uma camada de ar frio forma uma parede na

atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes

Page 10: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeitos da poluição do ar

Page 11: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Os danos não se restringem à espécie humana Toda a natureza é afetada

Efeitos da poluição do ar

Os principais impactos ao meio ambiente são a redução da camada de ozônio, o efeito estufa e a precipitação de chuva ácida.

Page 12: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Poluição do ar na troposfera

Ozônio Urbano e Chuva ácida

Page 13: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Ozônio Urbano Muitas áreas urbanas no mundo sofrem ocorrências de poluição do ar durante os quais níveis altos de ozônio troposférico são produzidos como resultado das reações entre os poluentes induzidas pela luz

O3 :Um constituinte indesejável do ar presente em concentrações apreciáveis a baixas altitudes

Smog fotoquímico

“ Camada de ozônio no lugar errado”

Abrange centenas de reações diferentes , envolvendo um número indeterminado de substâncias químicas, que ocorrem simultaneamente

Page 14: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Ozônio Urbano

Atmosferas urbanas = reatores químicos gigantescos

Reagentes mais importantes nas ocorrências do smog fotoquímico: NO e hidrocarbonetos

Emitidos no ar resultantes da queima incompleta dos motores de combustão interna e de outras fontes

Concentrações são algumas ordens de grandeza maiores que as encontradas em ar puro

As substâncias, incluindo hidrocarbonetos e seus derivados, que se vaporizam facilmente são chamados de compostos orgânicos voláteis (COVs)

Page 15: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Ozônio Urbano COVs + NO. + O2 + luz solar mistura de O3, HNO3, compostos orgânicos

Óxidos de nitrogênio gasosos são produzidos sempre que um combustível é queimado na presença de ar com uma chama quente

N2 + O2 2 NO. chama

Para que uma cidade fique sujeita ao smog fotoquímico: 1) Deve haver um tráfego de veículos substancial para que hajam

emissões suficientes de NO., hidrocarbonetos e outros COVs no ar

2) Devem ocorrer temperaturas moderadamente elevadas e

luminosidade solar abundante (para que reações corram a uma velocidade elevada)

Page 16: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Ozônio Urbano

3) Deve existir pouco movimento relativo da massa de ar para que os reagentes não sejam diluídos

Por razões geográficas (como a presença de montanhas) e de densidade populacional , cidades ensolaradas e quentes ajustam-se de maneira esplêndida a essas condições e apresentam casos frequentes de smog

Exemplos: São Paulo, Los Angeles, México, Tóquio, Atenas e Roma

Page 17: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Ozônio Urbano O nível de ozônio no ar puro é de aproximadamente 30 ppb

Mais veículos nas ruas e o emprego de usinas termelétricas para abastecer o País fizeram com que a emissão de ozônio, um dos gases mais críticos para a poluição atmosférica, aumentasse de forma drástica na região metropolitana de São Paulo. Em 2012, o limite estabelecido para a concentração do gás foi ultrapassado 576 vezes, média de duas vezes a cada três dias. A emissão de ozônio, oriunda da queima de combustíveis fósseis, voltou a subir em 2009 e desde então não parou, segundo os Indicadores de Desenvolvimento Sustentável (IDS) 2015, divulgados ontem pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE)

Page 18: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

O limite de concentração média do gás é de 160 microgramas por metro cúbico de ar em uma hora, segundo resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), que prevê ainda que o teto não deve ser excedido mais de uma vez por ano.

http://sustentabilidade.estadao.com.br/noticias/geral,concentracao-de-ozonio-supera-o-

limite-2-vezes-a-cada-3-dias-em-sp,1709309

Ozônio Urbano

Page 19: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

O ozônio é um poluente invisível. Não tem nenhuma relação com aquela camada cinza no horizonte, típica nos céus de São Paulo em dias mais poluídos. Nem tem cheiro algum. Mas é o poluente que mais aumenta na Região Metropolitana, segundo o último relatório da Cetesb. Os efeitos para a saúde do ozônio são parecidos com os de outros poluentes: tosse, irritação na garganta, nos olhos e no nariz. Em casos extremos, segundo os médicos, a poluição pode agravar problemas cardiovasculares e levar até ao infarto. “Pessoas com doenças crônicas, cadiorespiratórias ou cardiovasculares. Exacerbar as doenças. Crianças podem ter mais problemas respiratórios por causa da poluição. São mais frágeis”, explica o médico pneumonogista Igor bastos. Para diminuir as concentrações de ozônio, só com controle mais eficiente das fontes de emissão, como carros e indústrias.

http://g1.globo.com/bom-dia-brasil/noticia/2013/04/concentracao-de-ozonio-aumentou-na-atmosfera-de-sao-paulo-em-2012.html

Page 20: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Chuva Ácida Um dos problemas ambientais mais graves que muitas regiões do mundo vêm enfrentando atualmente é a chuva ácida.

O fenômeno da chuva ácida foi descoberto por Argus Smith, na Grã-Bretanha, em meados de 1800, mas permaneceu esquecido até os anos 50. Ele refere-se à precipitação mais ácida que a chuva natural ligeiramente ácida devido à presença de dióxido de carbono atmosférico dissolvido, que forma ácido carbônico:

CO2(g) + H2O(aq) H2CO3(aq)

Em seguida, o H2CO3 se ioniza parcialmente liberando íon hidrogênio com a resultante redução no pH do sistema:

H2CO3(aq) H+ + HCO3

-

Page 21: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Chuva Ácida Devido a essa fonte de acidez, o pH da chuva “natural”, não poluída, é de cerca de 5,6 Apenas a chuva que é apreciavelmente mais ácida que isso, com pH menor que 5 é considerada chuva “ácida”.

Tendo em vista a presença de quantidades de traço de ácidos fortes naturais

O que leva a acidez da chuva em ar puro a um nível um pouco mais alto que aqueles existentes pela presença apenas de dióxido de

carbono

Ácidos fortes, como o HCl, liberados por erupções vulcânicas podem produzir temporariamente chuva ácida “natural” em regiões como o

Alasca e a Nova Zelândia

Page 22: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Chuva Ácida Os dois ácidos predominantes na chuva ácida são os ácidos sulfúrico, H2SO4, e o ácido nítrico, HNO3. Em termos gerais, a chuva ácida precipita-se segundo a direção do vento

Em um local distante da fonte dos poluentes primários (SO2 e NOx)

Os ácidos são gerados durante o transporte da massa de ar que contém os poluentes.

A chuva ácida é um problema de poluição que não respeita nem estados nem fronteiras nacionais em razão do deslocamento de longa

distância que sofrem com frequência os poluentes atmosféricos

Page 23: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Chuva Ácida

Page 24: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Chuva Ácida

Page 25: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeitos da Chuva Ácida Nas Florestas

Tem sido percebido pelos cientistas ao longo dos anos, que em muitas florestas as árvores não crescem como deveriam e as folhas, em vez de

estarem verdes e normais, ficam castanhas e acabam caindo

Os investigadores acreditam que o principal fator responsável pelos danos causados às plantas e a morte de muitas florestas é a chuva ácida

A chuva ácida não é responsável direta da morte das árvores

O que ocorre geralmente é que a árvore enfraquece e as suas folhas morrem, limitando assim os nutrientes de que precisa ou envenenando

o solo com substâncias tóxicas

De acordo com os cientistas, a água acidificada dissolve os nutrientes que estão no solo e arrasta-os rapidamente antes que as plantas os possam utilizar para crescer

Page 26: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeitos da Chuva Ácida

A chuva ácida pode causar ainda a liberação de algumas substâncias tóxicas como o alumínio no solo, prejudicando sua fertilidade As proteções das folhas são destruídas quando são banhadas por nuvens ácidas, e suas folhas acabam ficando danificadas e com manchas castanhas Uma vez que as árvores estejam enfraquecidas serão mais facilmente

atacadas por doenças e insetos

Page 27: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeito da precipitação ácida sobre uma floresta (Alemanha, 1970 - 1983)

Efeitos da Chuva Ácida

Page 28: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeitos da Chuva Ácida

Nas Águas

A maioria dos rios e lagos possuem um pH entre 6 e 8 O pH dos lagos no entanto pode atingir valores aproximados a 5 quando os solos e a água não têm a capacidade de neutralizar a chuva ácida Todos os organismos que vivem em meios aquáticos poderão morrer

por consequência deste fenômeno

Os sapos suportam as variações de pH maiores e poderiam resistir, mas se o seu alimento também desaparecer acabarão morrendo.

À medida que a acidez dos lagos aumenta os peixes vão desaparecendo

Page 29: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeitos da Chuva Ácida

Mesmo que alguns mais resistentes consigam sobreviver, é muito difícil que a sua continuidade esteja assegurada uma vez que os

seus ovos não têm hipóteses de eclodir

Page 30: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeitos da Chuva Ácida

Diagrama mostrando a tolerância à acidez de algumas espécies

Page 31: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Em construções

Efeitos da Chuva Ácida

A chuva ácida pode ser responsável pela corrosão de pedra, metal ou tinta

Praticamente todos os materiais se degradam gradualmente quando expostos à chuva e ao vento

A chuva ácida acelera esse processo, destruindo estátuas, prédios ou monumentos

O principal constituinte dos mármores, os quais são utilizados na construção de prédios e monumentos, é o calcário (Carbonato de cálcio)

reage com os ácidos contribuintes da acidez da chuva ácida como na reação a seguir:

Page 32: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeito da precipitação ácida numa estátua em calcário

Efeitos da Chuva Ácida

Page 33: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

As Fontes e a Redução da Poluição por Dióxido de Enxofre

Em uma escala global, a maior parte do SO2 é produzida por vulcões e pela oxidação de gases sulfurados produzidos pela decomposição de plantas

Contudo, uma quantidade de SO2 superficial é atualmente emitida no ar troposférico sobretudo no hemisfério norte

A principal fonte antrópica de SO2 é a combustão de carvão que dependendo da área geográfica pode conter de 1 a 9% de enxofre

A indústria de petróleo emite dióxido de enxofre no ar diretamente como SO2 ou indiretamente como H2S quando o petróleo é refinado e o gás natural purificado antes da distribuição

Page 34: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Grandes fontes pontuais de SO2 estão também associadas à indústria de extração de metais não ferrosos (conversão do minério em metais puros)

Exemplo: Muitos metais valiosos de cobre e níquel

As Fontes e a Redução da Poluição por Dióxido de Enxofre

2NiS(s) + 3 O2(g) 2 NiO(s) + 2 SO2(g)

Concentração de SO2 é elevada: passagem do gás sobre um catalisador para promover sua oxidação

2SO2(g) + 3 O2(g) 2SO3(g)

SO3(g) + H2O (aq) H2SO4 (aq)

(Produção de ácido súlfurico comercial)

Page 35: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

As Fontes e a Redução da Poluição por Dióxido de Enxofre

Possíveis medidas para evitar a chuva ácida: a) Purificação do carvão mineral, antes de seu uso; b) Emprego de caldeiras com sistemas de absorção de SO2; c) Uso de petróleo de melhor qualidade e purificação de seus derivados; d) Construção de motores de carros mais eficientes (que destruam os gases nocivos);

Page 36: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeito Estufa e Aquecimento Global

Page 37: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

O Balanço de Energia da Terra

Como qualquer outro corpo aquecido, a Terra emite energia

A quantidade de energia que o planeta absorve e aquela liberada devem ser iguais para que a temperatura se mantenha constante

A superfície e a atmosfera da Terra são mantidas aquecidas principalmente pela energia proveniente do Sol

“Radiação emitida não se situa na região do visível ou UV, mas na região do Infravermelho (IR)”

Page 38: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

O Balanço de Energia da Terra

Apresenta comprimentos de onda que variam de 4 a 50 µm - Infravermelho Térmico porque a energia é uma forma de calor

“O mesmo tipo de energia é irradiado por uma panela de ferro quando

aquecida”

Alguns gases presentes no ar podem absorver temporariamente luz infravermelha térmica de comprimentos de onda específicos

Nem todo IR emitido pela superfície da Terra e pela atmosfera escapa diretamente para o espaço

Logo após sua absorção pelas moléculas presentes no ar, como o CO2, a luz infravermelha é reemitida em todas as direções, de modo

completamente aleatório

Page 39: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Uma parte do IR térmico é direcionada de volta em direção à superfície, sendo reabsorvida

Provocando o aquecimento adicional tanto da superfície como do ar

“O redirecionamento ou desvio do IR térmico em direção à Terra é chamado de Efeito Estufa”

Responsável pelo fato da temperatura média da superfície da Terra ser de aproximadamente +150C em vez de -150C

“Temperatura que predominaria se gases que absorvem IR não estivessem presentes na atmosfera”

O Balanço de Energia da Terra

Page 40: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeito Estufa

Page 41: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeito Estufa

Page 42: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

O Balanço de Energia da Terra

O fenômeno que preocupa os cientistas ambientais é que o aumento da concentração de gases traço no ar, que absorvem luz infravermelha térmica (colocando mais “cobertores” sobrepostos)

Resultaria no redirecionamento de uma maior quantidade de energia infravermelha refletida, o que poderia aumentar a temperatura média

da superfície além de 150C

Efeito Estufa Intensificado

Para distinguir seus efeitos daquele que vem atuando naturalmente durante milênios

(Aumento exacerbado na concentração de gases estufa como o CO2 e o CH4)

Page 43: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeito Estufa Devido à liberação de gás carbônico para a atmosfera, em função de processos industriais (queima de combustíveis fósseis), tem sido observado um aumento na concentração desse gás

O que vem sendo correlacionado com o aumento da temperatura média da atmosfera

Segundo vários pesquisadores, a exacerbação do aquecimento global é um efeito que já vem ocorrendo há algum tempo

Reconhece-se hoje que este efeito é responsável pelo aumento na temperatura da troposfera terrestre de cerca de 2/3 a 1 grau Celsius e que vem ocorrendo desde 1860

“Início da revolução industrial nos países desenvolvidos da Europa e América do Norte”

Page 44: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeito Estufa

Picos são representados pelos períodos de primavera e os vales de outono e têm os processos da fotossíntese e respiração como os principais responsáveis

Page 45: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeito Estufa

1 - O alagamento de muitas regiões costeiras do globo devido ao derretimento do gelo das calotas polares (como ao que ocorreria por exemplo com Bangadlesh e Egito que perderiam até um décimo de seus territórios) 2 – Longos períodos de secas ou devastações por grandes enchentes com sérias repercussões negativas na produção de alimentos 3 - Extinção de espécies 4 – Ocorrências de epidemias de doenças transmissíveis por insetos

Consequências do Efeito Estufa:

Page 46: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeito Estufa

Pode-se ver que alguns desses compostos têm tempos de residência suficientemente altos na atmosfera, o que torna o risco ainda maior.

Page 47: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Efeito Estufa No contexto dos gases estufa há que se considerar o metano, que é um gás emitido por diversas fontes, antrópicas (70%) e naturais, que é também de grande importância

“As áreas alagáveis ou os pântanos, ambientes muito reduzidos, são os

grandes emissores”

Como os são de um outro gás de grande importância ambiental, o N2O, que além de ser uma gás estufa, é um precursor da destruição da camada de ozônio

Embora outras fontes sejam também importantes como os cupins e a flatulência bovina

Este gás tem, por molécula, um poder de absorção de radiação IV cerca de 21 vezes maior que o CO2.

Page 48: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

No entanto, como o CO2 encontra-se numa concentração muito maior na atmosfera do que o metano, seu efeito como gás estufa é também maior.

Os processos sumidouros de metano na natureza são as interações com o solo, perdas do gás à estratosfera e a mais importante é a reação com radicais hidroxila

Efeito Estufa

CH4 + OH• CH3• + H2O CO CO2

Page 49: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Camada de Ozônio na Estratosfera

Page 50: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Camada de Ozônio A camada de ozônio protege a terra dos raios ultravioleta do sol, que são extremamente prejudiciais à vida.

Os raios ultravioletas provocam alterações estruturais no DNA das células, oxidam os lipídios, produzem perigosos radicais livres, causam

inflamação, rompem a comunicação celular, modificam a expressão dos genes em contrapartida ao estresse e enfraquecem a resposta

imune da pele

Além disso, os raios UV são causadores de queimaduras, envelhecimento precoce e câncer de pele

Page 51: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Camada de Ozônio Os raios ultravioletas são divididos em UVC, UVA e UVB. Os raios UVC são extremamente lesivos a pele humana, podendo causar efeitos mutantes e cancerígenos Mas a grande parte desses raios é retida na camada de ozônio, apenas uma

pequena quantidade é capaz de atingir os homens

Os raios UVB são responsáveis por queimar, manchar e descamar a pele

A radiação UVA induzem a pigmentação da pele promovendo o bronzeamento por meio do escurecimento da melanina

Os fotoprotetores ou protetor solar foram criados para formar uma barreira ou um filme na pele impedindo ou minimizando a penetração dos raios ultravioletas. A maioria dos protetores não informa a proteção contra os raios UVA sendo esses os principais causadores do câncer de pele.

Page 52: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Camada de Ozônio

• Taxas de incidência de câncer de pele sem melanoma entre

pessoas brancas na idade de 40 anos. A probabilidade de desenvolvimento de câncer aumenta com a exposição ao sol e com a tonalidade mais clara da pele.

Page 53: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Camada de Ozônio

• Melanona maligno do dedo do Pé (campanha australiana contra o câncer)

Page 54: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

A Química da camada de ozônio

Diferentes moléculas absorvem a radiação solar em diferentes comprimentos de onda devido aos diferentes estados eletrônicos que estas podem assumir

-Muitas espécies absorvem energia na região do visível (de 400 a 750 nm)

-Enquanto outras, como o oxigênio diatômico, absorvem radiação UV (que vai de 50 a 400 nm) preferencialmente na faixa de cerca de 70 a 250nm - Acima da e na estratosfera, moléculas de O2 e N2 filtram a radiação solar de um modo que nenhuma energia com comprimento de onda () menor que 220 nm atinge a superfície da Terra

Page 55: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

A Química da camada de ozônio

Já a radiação na faixa de 220 a 320 nm é filtrada principalmente pelas moléculas do oxigênio triatômico O3 , o ozônio (pico de absorção entre 250-260 nm), que se distribui na parte média e baixa da estratosfera.

Page 56: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Moléculas de O3 são formadas e destruídas em reações não catalíticas na estratosfera Estas reações são exotérmicas, conferindo portanto o perfil típico de temperatura desta camada da atmosfera

Acima da estratosfera (Mesosfera) o ar é muito rarefeito e as moléculas de O2 são decompostas pela radiação UV do Sol

A estratosfera contém um maior número de moléculas de O2

Assim, essas moléculas em colisão com átomos de oxigênio resultam na produção de ozônio segundo a equação

O + O2 O3 + calor

A Química da camada de ozônio

“Esta reação é a principal fonte de geração do O3 da estratosfera”

Page 57: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

A Química da camada de ozônio

No entanto, uma terceira molécula é requerida para transmitir o calor desta reação

As moléculas de N2, por serem mais abundantes, geralmente desempenham este papel

Portanto, a equação acima é mais realisticamente escrita incluindo-se essas moléculas da forma apresentada abaixo, que é denominada de processo não-catalítico da formação do ozônio

O + O2 + M O3 + M + calor

Page 58: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

A destruição das moléculas de O3 na estratosfera é predominantemente um resultado da fotodecomposição pela absorção de fótons UV com < 320 nm

A Química da camada de ozônio

O3 + UV ( < 320 nm) O2 * + O*

- A maioria dos átomos de oxigênio formados na decomposição do O3 ou do O2 reagem com moléculas de O2 regenerando o O3

- Alguns átomos de oxigênio reagem com o ozônio, destruindo-o através da conversão em duas moléculas de O2

Page 59: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Os processos catalíticos de destruição do ozônio são de fundamental importância no estudo da química atmosférica e começaram a ser desvendados no início da década de 1960

Várias são as espécies atômicas ou moleculares que fazem esta destruição através da remoção de um átomo de oxigênio da molécula de O3

Essas espécies são denominadas “catalisadores da depleção da camada de ozônio”

Esses catalisadores são radicais livres, átomos ou moléculas com pelo menos um elétron não emparelhado, o que os torna espécies altamente

reativas

A Química da camada de ozônio

Page 60: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

A Química da camada de ozônio

Dentre eles podem ser citados: OH•, CH3•, CF2Cl•, H3COO•,

H3CO•, ClOO•, ClO•, HCO•, e NO•

Alguns desses catalisadores têm origem natural, como é o caso do óxido nitroso (N2O) em áreas alagáveis

O N2O, quando é transportado da troposfera à estratosfera, colide com átomos excitados de oxigênio e produz parcialmente radicais NO•

O NO•, por sua vez, decompõe cataliticamente o O3.

NO2• + O NO• + O2

NO• + O3 NO2• + O2

Reação total: O3 + O 2 O2

Page 61: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

A Química da camada de ozônio

Enquanto os radicais NO• são os mais importantes na destruição do ozônio na parte média e alta da estratosfera

Os radicais hidroxila (OH•) dominam as partes muito altas (>45 km) desta camada

Em uma sequencia de reações em que se forma o radical peroxila (HOO•), um radical químico ainda mais reativo do que a hidroxila

OH• + O3 HOO• + O2

HOO• + O OH• + O2

Reação total: O3 + O 2O2

Page 62: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

A Química da camada de ozônio

O radical hidroxila origina-se na estratosfera a partir de uma reação entre átomos de oxigênio excitados (O*) com moléculas de água ou metano O* + H2O 2OH•

O* + CH4 OH• + CH3

Page 63: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

O Buraco na camada de Ozônio

Na Antártida, em 1985, descobriu-se que havia uma redução na concentração do ozônio estratosférico de cerca de 50% durante vários meses do ano

De setembro a novembro que corresponde à primavera no Pólo Sul

Os dados mostram que este processo está acontecendo desde o ano de 1979

No ano 2000, foi detectado o maior buraco de ozônio sobre a Antártida até agora, com uma área de mais de 25 milhões de km2

Espécies cataliticamente não ativas na forma de HCl e de ClONO2 são fotoconvertidas em radicais Cl• e ClO• em um mecanismo complexo

que destrói o O3

Page 64: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

O Buraco na camada de Ozônio Criando o que se convencionou chamar pelos cientistas de “buraco na camada de ozônio”

Cl• + O3 ClO• + O2 OH• + O3 HOO• + O2 ClO• + HOO• HOCl + O2 HOCl (luz solar) OH• + Cl

Page 65: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

O Buraco na camada de Ozônio

Page 66: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente
Page 67: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente
Page 68: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente
Page 69: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente
Page 70: Química do Meio Ambientemica... · atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes . ... Efeitos da poluição do ar Os principais impactos ao meio ambiente

Referências

• Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introdução à Química Ambiental, Porto Alegre Bookman, 2004.

• Baird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera, 2 ed, Porto Alegre, Bookman, 2002.

• Maioli, O.L.G., Nascimento, G.N. Composição da Atmosfera, Ciclos Globais e Tempo de Vida.

Notas de aula. UFES

• Mozeto, A. Química Atmosférica: A química sobre nossas cabeças. Cadernos Temáticos de

Química Nova na Escola. 2001

• Tolentino, M., Filho, R.C. . A Química no efeito estufa. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. 1998.

• http://escolabompastor.com/os-danos-causados-pelos-raios-ultravioletas/

• http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=81, acessado em 09/04/2018

• http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=100, acessado em 09/04/2018

• http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=41, acessado em 09/04/2018

• http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=294, acessado em 09/04/2018

• http://197.249.65.74:8080/biblioteca/bitstream/123456789/1022/1/Qu%C3%ADmica%20Ambiental.pdf, acessado em 06/04/2018