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Aula 5
Química da Atmosfera - Parte I
1. Composição química e a poluição da atmosfera2. “Regiões da atmosfera”
3. Transporte de substâncias e os Ciclos biogeoquímicos
Prof. Rafael Arromba de Sousa
Universidade Federal de Juiz de ForaInstituto de Ciências ExatasDepartamento de Química
Juiz de Fora, 1o semestre de 2015
Química Ambiental
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Introdução
“Pode-se assumir, com boa aproximação, que nosso planeta
é um 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 ...
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A 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 metano,amônia, nitrito, vapor de água e gás carbônico - resultantes das constanteserupções vulcânicas e de colisões de meteoros na superfície
Em uma “segunda fase”, surgiram os primeiros organismos vivos querealizaram fotossíntese, absorvendo o gás carbônico da atmosfera etransformando-o em oxigênio.
6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + H2O
(Glicose)
“Ocorreu a maior transformação causada no planeta pelos organismos vivos: a atmosfera tornou-se “cheia” de oxigênio” 3
Introdução – Definição e Histórico
Introdução - Composição química geral
A Terra tem aproximadamente 4,5 bilhões de anos e ao longo desse período 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 planeta 4
Característica da atmosfera que favorece a vida: caráter oxidante
21% de gás oxigênio (coexiste com formas reduzidas como monóxido decarbono e óxido nitroso)
A composição geral é resultadoda “vida” que vem se desenvolvendo
O teor de oxigênio é quasetodo produto da fotossíntese
Outras fontes contribuem commenos de um bilionésimo do estoque deO2 que respiramos
Introdução - Composição química geral
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- Contém 80% dos gases atmosféricos- Th máx - 600C- Fenômenos
meteorológicos
- Moléculas de O3
- T de - 60 até 00C(abs de UV)
- Menos moléculas - T chegam a – 1000C
(camada mais fria)
- Diferentes espécies- T chegam em 12000C(Abs de radiação de
alta energia)
Atmosfera – Composição química e as camadas
ou
Termosfera
Ordem e dimensão das camadas:
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Composição gasosa de cada camada:
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Absorç
ão d
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240nm
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Funções protetoras da superfície da Terra
- Evita os impactos de corpos celestes (meteoros)
- Mantem parte do calor solar, impedindo sua imediata irradiaçãopara 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
Atmosfera - Importância
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Ação humana Modificações significativas a partir da Revolução industrial
POLUIÇÃO:chuva ácida, efeito estufa e depleção da camada de ozônio
Atmosfera - Efeitos da poluição
9
Exemplos de FATOS HISTÓRICOS relacionados à POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA:
- Dez. 1930 Vale de Meuse, Bélgica: grossa camada de poluição por 5dias (63 mortos e doenças em cerca de 6000 pessoas )
- Out. 1948 o mesmo em Donova (Pensilvânia, EUA): 20 mortos equase metade da população ficou “doente”
- Dez. 1952 Londres: durante 5 dias ocorreram 4000 mortes (outrosepisódios na cidade em 1953 e 1962)
- 1953, 1963, 1966 episódios de forte poluição em Nova York
A partir desses episódios alguns países passaram a legislar, regulamentar eimplementar tecnologias para redução da poluição
No BRASIL graves problemas ocorreram na cidade de Cubatão 10
Atmosfera - Efeitos da poluição
Alguns conceitos são importantes para estudar a poluição atmosférica:
1) O crescimento populacional altera constantemente a atmosfera
– Por meio do lançamento de gases e partículas ...
– Modificando as trocas de água e energia, alterando a quím. atmosférica
• Substituindo/removendo a cobertura natural que barram os ventos
• Reduzindo a quantidade de água evaporada, aumentando o fluxo decalor sensível
• Mudando a circulação local e o ângulo de recebimento da luz solar
2) Existem diferentes tipos de poluentes
Compreendem partículas e gases em concentrações que colocam emperigo a saúde dos organismos, alterando a dinâmica ambiental e dos processosfísicos 11
Atmosfera - Efeitos da poluição
Partículas
Partículas maiores concentram-se próximas ao solo (gravidade)
Em geral, diminuem apenetração da luz afetando o clima pormeio de efeitos físicos
Características gerais dos poluentes
Gases poluentes afetam o clima por meio de reações químicas
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Atmosfera - Efeitos da poluição
TroposferaÉ a camada importante para a sobrevivência dos
seres aeróbios
OUTRAS CARACTERÍSTICAS
Forte interação com aLitosfera e com a Hidrosfera
Composição variada
- Gases*
- Líquidos
- Sólidos
Tabela 1. Composição média do ar seco no nível do mar (SEINFELD, 1984).
Substâncias Concentração em ppm Concentração em µg/m3
Nitrogênio (N2) 780 840.00 8.95 x 108
Oxigênio (O2) 209 460.00 2.74 x 108
Argônio (Ar) 9 340.00 1.52 x 107
Dióxido de Carbono (CO2) 315.00 5.67 x 105
Neônio (Ne) 18.00 1.49 x 104
Hélio (He) 5.20 8.50 x 102
Metano (CH4) 1.20 7.87 x 102
Criptônio (Kr) 1.10 3.43 x 103
Óxido de Nitrogênio (N2O) 0.50 9.00 x 102
Hidrogênio (H2) 0.50 4.13 x 101
Xenônio (Xe) 0.08 4.29 x 102
Existem também milhares de constituintes-traço
170 tipos de interações químicas (estimativa)
(*) Composição média do ar seco no nível do mar (SEINFELD, 1984)13
TroposferaÉ 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)
Materiais líquidos e sólidos em suspensão
- Origem natural (vulcões, queimadas)
- Origem antropogênica (poluição)
14
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http://pibid-bio-uepg.blogspot.com.br/2012/05/meio-ambiente-impactos-
ambientais-e.html; acessado 08-10-14
Poluentes na Atmosfera...
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 mecanismos de transporte rápidos eirregulares
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)
Atmosfera - Transporte de substâncias
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Dispersão atmosférica de contaminantes
Atmosfera - Transporte de substâncias
Exemplos de alguns poluentes importantes na atmosfera
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1) Poluentes gasosos
Os poluentes têm efeitos sobre a saúde !
PARTÍCULAS FINAS
alergias respiratórias em geral, silicose e câncer de pulmão
Espirros, tosse, dor de garganta, bronquite
PARTÍCULAS ORGÂNICAS:
câncer, mutação genética e malformação de fetos
EMISSÕES GASOSAS
Agravamento das alergias respiratórias
Dor de cabeça
Falta de ar
Arritmia
“Chuva ácida” ...
Irritação nos olhos e Redução de visibilidade
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Leva os contaminantes para outros locais (distantes das fontes)
Os poluentes podem ser removidos, naturalmente, por:
- Deposição úmida
- Deposição seca
- Reações químicas com partículas ou outros gases
Sobre a dispersão atmosférica de contaminantes
Atmosfera - Transporte de substâncias
20
Exemplificando a dispersão atmosférica de contaminantes
Atmosfera - Transporte de substâncias
Substâncias persistentes (origem natural ou não) podem ficar
“circulando” no ambiente:
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MAS, também ocorrem transformações químicas, favorecidas pelos Ciclos Biogeoquímicos
• Atmosfera REATOR (Oxigênio [componente extremamentereativo], compostos em pequenas concentrações [reagentesou catalisadores] e luz solar [energia])
• Produtos de reações atmosféricas concentração dosreagentes, temperatura, catalisadores e reatividade damolécula
• Tempo de residência desses produtos tempo médio depermanência do composto na atmosfera
Atmosfera - Transporte de substâncias
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Ciclos Biogeoquímicos
Atmosfera - Transporte de substâncias
São o conjunto de reações químicas e as mudanças de fase que fazem com
que substâncias permeiem os diferentes ecossistemas
Ex: Questão do CO2
CO2 atmosférico é fixado pelas plantas (fotossíntese) e reemitido
pela respiração
TENDÊNCIA: concentrações “constantes” de substâncias nos ecossistemas
em equilíbrio
MAS no caso do CO2 e outros gases alterações (atividades
antropogênicas)
Ex: Queima de combustíveis fósseis
Aumenta em ~4,3% ao ano a emissão de Carbono na atmosfera
Compostos de Carbono CICLO DO CARBONO (foco: CO2 atmosférico)23
Atmosfera – Ciclo do carbono
“Fixação” de carbono por meio dos vegetais (CO2) e animais (C6H12O6) Reemissão por meio de processos naturais (decomposição) e queima de combustíveis fósseis
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Atmosfera – Ciclo do nitrogênio
Espécies de N2 (inertes) e NOx (associados a problemas ambientais)
Transformação de N2
em outros compostos:
NH3
NH4+
NO2-
NO3-
N2
- Espécie mais abundante da
atmosfera
- Não é aproveitado pelos seres
vivos NESTA FORMA (exceção
para algumas bactérias)
- Outras formas: REATIVAS
NOx = NO + NO2
- Chuva ácida
- Depleção da camada de ozônio
(Próxima aula...)
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Amônio
(NH4+)
Nitritos
(NO2-)
(NO3-)
Ciclo do nitrogênio Complexo (reações desconhecidas)
• Relâmpagos Transformam N inerte em N reativo:
N2 + O2 → 2NO
• 3/2 H2 + ½ N2 NH3 (Haber-Bosch) * Indústria de fertilizantes
* Substituinte dos CFCs
* Aditivo em petroquímicas
• Nitrificação:
• Desnitrificação:
Atmosfera – Ciclo do nitrogênio
Reações químicas
2 NH4+ + 3 O2 2 NO2
- + 2H2O + 4H+
2 NO2- + O2 2 NO3
-
NO3- NO2
- NO N2O N2
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Compostos 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)
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 provenientesde poluição)
São responsáveis por mudanças climáticas (interagem com a luz solar causandoalterações de temperatura)
Atmosfera – Ciclo do enxofre
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Em relação ao fluxo de CO2 entre osdiferentes compartimentos, seria possívelcalcular as estimativas de troca?
O pH da água favorece a dissolução doCO2 atmosférico? De que forma?
QUESTÕES - RELACIONANDO A QUÍMICA AQUÁTICA E ATMOSFÉRICA:
Quais são as principais formas químicas de transporte de carbono entre os
vários compartimentos da biosfera?
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Quais são os estados de oxidação em que o enxofre pode ser encontrado noscompostos principais do Ciclo do enxofre? E quais os compostos mais solúveis em água?
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
• http://biologiatualizada.blogspot.com.br/2012/01/fotossintese.html, acessada 22-06-13
• http://www.brasilescola.com/historiag/revolucao-industrial.htm, acessado 22-06-13
• http://envolverde.com.br/saude/qualidade-do-ar/poluicao-do-ar-mata-pelo-menos-dois-milhoes-de-pessoas-por-ano-no-mundo-diz-oms/, acessado 23-06-13
• Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011
• Maioli, O.L.G., Nascimento, G.N. Composição da Atmosfera, Ciclos Globais e Tempo de Vida. Monografia.
UFES
• Mozeto, A. Química Atmosférica: A química sobre nossas cabeças. Cadernos Temáticos de Química Nova
na Escola. 2001
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