3.2. Reações fotoquímicas na atmosfera

Domínio 2 – Propriedades e transformações da matéria Subdomínio 3 – Transformações químicas 3.2. Reações fotoquímicas na atmosfera

Adaptado por Margarida Almeida Escola Básica e Secundária António Bento Franco

QUÍMICA 10

REAÇÕES FOTOQUÍMICAS NA ATMOSFERA

REAÇÕES FOTOQUÍMICAS Reações químicas desencadeadas por ação da luz (visível ou não visível). Existem dois tipos de reações fotoquímicas:

FOTODISSOCIAÇÃO Reação química desencadeada pela absorção de um fotão capaz de provocar a quebra de uma ligação entre os átomos que constituem a substância.

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FOTOIONIZAÇÃO Reação química desencadeada pela absorção de um fotão capaz de provocar a ejeção de um eletrão, ou seja, de ionizar a substância.

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RADICAIS LIVRES E ESTABILIDADE DAS ESPÉCIES QUÍMICAS

Radical livre é um átomo, molécula ou ião que apresenta um eletrão desemparelhado. É, por esse motivo, uma espécie química extremamente reativa.

Os radicais apresentam as fórmulas ou símbolos químicos com um ponto que representa o eletrão desemparelhado.

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ESTABILIDADE DE ESPÉCIES QUÍMICAS NA ATMOSFERA

A existência das três zonas de inflexão (pausas) exibidas pela variação da temperatura da atmosfera terrestre em função da altitude levou a que a atmosfera terrestre fosse dividida em quatro camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera.

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Os dois principais constituintes da atmosfera são o nitrogénio (N2) e o oxigénio (O2). Sujeitas à radiação, estas moléculas podem sofrer fenómenos de:

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De acordo com os valores das variações de entalpia de cada uma das reações: • todos os processos são endoenergéticos; • a energia requerida para a ionização das moléculas é consideravelmente superior à que é necessária para as dissociar; • para quebrar a ligação entre os átomos de nitrogénio na molécula de N2, é envolvida quase o dobro da energia necessária à dissociação dos átomos de oxigénio na molécula de O2.

A ligação da molécula de nitrogénio é bastante mais forte do que a ligação da molécula de oxigénio.

Quanto maior for a energia de dissociação de uma molécula diatómica mais forte é a ligação da molécula.

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Não ocorre fotoionização nem fotodissociação.

Ocorre fotoionização ou fotodissociação, sendo a energia excedente transformada em energia cinética do eletrão removido ou do gás, provocando um aumento da temperatura.

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• Existindo radiações muito energéticas, na termosfera, a interação da radiação com a matéria desencadeia reações de fotoionização. • Requerendo, no geral, menos energia, as reações de fotodissociação podem desencadear-se também em camadas inferiores da atmosfera.

A fotoionização e a fotodissociação das moléculas de N2 e O2 são desencadeadas por radiações das gamas mais energéticas do espetro eletromagnético (UV, normlmente)

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CAMADA DE OZONO

Zona da estratosfera, onde se encontra cerca de 90% do ozono que existe na atmosfera.

A interação da radiação UV com a matéria na estratosfera é fundamental para a proteção da vida na Terra pois esta funciona como uma das principais barreiras à passagem da radiação UV.

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OZONO ESTRATOSFÉRICO

Atendendo aos diferentes efeitos que provocam, é usual dividir a radiação UV em três zonas:

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A molécula de ozono (O3) apresenta um papel relevante no controlo da radiação que atinge a superfície da Terra.

A fotodissociação da molécula O3 é desencadeada por radiações ultravioleta.

A ligação entre os átomos de oxigénio é mais forte na molécula de oxigénio, O2, do que na molécula de ozono, O3.

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Foi Sydney Chapman que propôs, em 1930, um mecanismo de formação e decomposição do ozono que explica a existência da camada de ozono.

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• As fotodissociações, das moléculas de O2 e O3 durante a formação e decomposição do ozono, são as reações fotoquímicas responsáveis pela absorção de uma parte importante da radiação ultravioleta.

• A camada de ozono impede, assim, a passagem desta radiação para a superfície terrestre, funcionando como um filtro solar e protegendo a vida na Terra.

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Num estudo de 1985, Joseph Farmane a sua equipa reportaram a existência de uma expressiva rarefação de ozono sobre a Antártida, que denominaram de “buraco na camada de ozono”, cuja origem foi, mais tarde, atribuída ao uso dos clorofluorocarbonetos (CFC).

Ao atingirem a estratosfera sem se modificarem, os CFC são decompostos fotoquimicamente pela radiação UVC, com formação de radicais cloro, que vão alterar o ciclo do ozono.

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De acordo com esse mecanismo, o radical cloro reage com uma molécula de ozono para formar um radical monóxido de cloro e dioxigénio.

Num último passo, o monóxido de cloro reage com um radical oxigénio para se estabilizar, formando-se de novo o dioxigénio e o cloro radical, que fica livre novamente para atacar outra molécula de ozono.

Ciclo da decomposição do ozono por ação do radical cloro.

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O ozono estratosférico é conhecido como “bom ozono”, uma vez que funciona como filtro das radiações UV, protegendo a superfície terrestre da sua ação danosa. A tabela apresenta as diferentes camadas da atmosfera e resume os principais fenómenos relacionados com a interação entre radiação e matéria que ocorrem nas diferentes camadas da atmosfera.

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O ozono troposférico é conhecido como “mau ozono” quando apresenta uma concentração acima do recomendável, podendo ser considerado um poluente.A legislação estabelece parâmetros de qualidade do ar para o ozono. A seguinte tabela mostra os valores limite para o ozono na troposfera e medidas a adotar.

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O buraco do ozono tem vindo a diminuir, graças ao empenho da comunidade internacional na redução das emissões de CFC.

Através do gráfico é possivel prever que a recuperação total da camada de ozono só ocorrerá dentro de algumas décadas.

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Síntese das reações de formação, decomposição e destruição do ozono.

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