Interacção da Radiação com a Matéria
Maria do Anjo Albuquerque
Já sabemos que: •As radiações eletromagnéticas têm comportamento ondulatório e corpuscular. •Cada radiação apresenta as suas características individuais; •Os corpúsculos de luz denominam-se fotões; •Cada fotão transporta um quantum de energia;
Os corpos emitem radiações e, quanto
maior for a sua temperatura maior será a
energia das radiações emitidas.
A temperatura à superfície do Sol é
6000ºC logo emite essencialmente na
zona do visível.
Felizmente só uma parte da luz do Sol
atravessa a atmosfera – alguns gases da
atmosfera funcionam como filtros solares.
Interacção da Radiação com a Matéria
Maria do Anjo Albuquerque
O que acontece quando a radiação solar atinge a
atmosfera da Terra?
Absorvida Refletida Transmitida
A absorção de energia pelas espécies (átomos, moléculas ou iões), dependendo da energia que absorvem pode conduzir à: • excitação das espécies (troposfera e estratosfera); • ionização (essencialmente na ionosfera)
Dependendo dos
materiais com os
quais vai interagir a
radiação pode sofrer
um dos 3 fenómenos:
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O que sucede aos átomos e às moléculas
excitadas?
Tornam-se mais reativas. Podem reagir com outras moléculas, ionizar-se, decompor-se originando iões ou radicais, etc.
Formação de radicais – Energia de dissociação
Para se dissociar, cada molécula precisa de um valor mínimo de energia, que se chama energia de dissociação.
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Aging - envelhecimento Burning - queimadura
A radiação UV é uma gama importante do espetro eletromagnético.
O2; N2 O2; O3
termosfera
Termosfera Estratosfera
Radiação ultravioleta
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Radiação UV-A: é a menos energética. É pouco retida pela atmosfera e penetra na pele humana, podendo causar danos em profundidade.
Radiação UV-B: é perigosa para o ser humano, sendo responsável pelas queimaduras solares (eritreia). É retida em grande parte pelo ozono (O3) estratosférico e também pelo oxigénio (02)
Radiação UV-C: é a mais energética e, por isso, a mais perigosa para o ser humano. Felizmente é praticamente toda absorvida pelo oxigénio (02) e azoto (N2) presentes na termosfera.
Radiação infravermelha
Parte da radiação IV proveniente do Sol é filtrada pelo vapor de água (H20) e dióxido de carbono (C02) existente na atmosfera. Estes dois gases desempenham um papel fundamental no efeito de estufa.
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A radiação IV também é uma gama importante do espetro
eletromagnético.
Efeito de Estufa 1. A radiação visível e parte da radiação UV atravessam a atmosfera e incidem na Terra aquecendo a sua superfície. 2. Como resultado desse aquecimento a superfície terrestre emite energia sob a forma de radiação IV. 3.Os gases com efeito de estufa (GEE) que deixam passar a radiação solar vão contudo absorver grande parte da radiação IV emitida pela Terra ocorrendo a excitação das moléculas desses GEE.
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Consequências do efeito de estufa
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Parte da radiação (IV) resultante da desexcitação do CO2 é reemitida para o exterior mas outra parte é enviada para a superfície da Terra o que contribui para um acréscimo da sua temperatura.
Principais Gases com efeito de estufa
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O Protocolo de Quioto determina sete
gases cujas emissões devem ser
reduzidas:
CO2 - Dióxido de Carbono
N2O - Óxido nitroso
CH4 - Metano
CFCs – Clorofluorcarbonetos
HFCs - Hidrofluorcarbonetos
PFCs - Perfluorcarbonetos
SF6 - Hexafluoreto de enxofre
Toronto Conference on the Changing
Atmosphere, no Canadá (outubro de 1988)
Parâmetros que influenciam a temperatura da atmosfera
A temperatura da atmosfera depende de dois parâmetros:
Da proximidade em relação ao solo. Das radiações solares que a atravessam.
Ao entrarem na atmosfera terrestre, as radiações colidem com as partículas aí existentes, transferindo para elas a energia que transportam.
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A absorção de energia pode causar dois efeitos:
Efeito térmico. As partículas utilizam a energia absorvida
para aumentar a sua energia cinética, o que faz aumentar a sua temperatura.
Efeito químico. As partículas absorvem a energia das
radiações a qual servirá para desencadear reações químicas.
Efeitos produzidos pela absorção de energia
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As partículas absorvem as radiações solares que servem para:
- quebrar ligações dentro das moléculas. - ionizar átomos ou moléculas.
Efeito químico da radiação solar
Estas reacções químicas desencadeadas pela acção da luz chamam-se reacções fotoquímicas ou fotólise.
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As reações químicas que levam à rutura de ligações dentro das moléculas ocorrem, principalmente, na parte superior da troposfera e na estratosfera.
Efeito químico da radiação solar
Da dissociação destas moléculas resultam espécies muito reativas por terem um eletrão desemparelhado representado por (●) Essas espécies chama-se radicais livres:
OH● O● Cl● Br●
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Formação de radicais
O radical OH● é um dos mais abundantes na troposfera; é muito reativo; Pode desencadear reações inflamatórias, envelhecimento e a longo prazo mutações nas células.
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No entanto os radicais OH● degradam a maioria dos hidrocarbonetos na atmosfera e intervêm na formação do ozono e na conversão dos óxidos de azoto. São portanto excelentes agentes de limpeza da atmosfera.
Na troposfera
Na estratosfera
Na estratosfera formam-se radicais derivados de compostos clorados e bromados ou pela reação dos átomos de cloro com o ozono (o que diminui a camada de O3)
Formação de radicais
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A partir dos fogos florestais e dos oceanos libertam-se para a atmosfera compostos clorados como o CH3Cl que ao absorverem radiação UV podem formar radicais muito reativos capazes de perturbar os equilíbrios existentes na atmosfera.
Por ação da radiação UV
Formação de radicais
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As radiações provenientes do Sol vão sendo absorvidas à medida que vão penetrando na atmosfera. A camada de Ozono estratosférico desempenha um papel importante nesta função.
UV
λ<240 nm
Na estratosfera as radiações UV mais próximas do visível são absorvidas pelo ozono, decompondo-se este em oxigénio atómico e molecular
UV
λ=240-320 nm
Se não existisse O2e O3 as radiações UV chegariam à Terra com elevada intensidade destruindo a vida no planeta
As radiações absorvidas na parte de cima da troposfera têm energia suficiente para dissociar grande parte das moléculas de gases aí existentes, mas não para as ionizar. Eis a razão porque aí se formam preferencialmente radicais livres.
A
B
C
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Na Termosfera, e em menor grau na Mesosfera, as radiações absorvidas são mais energéticas, radiações UV de energia superior a 9,9 x 10-19, suficientes para formar iões.
Formação de iões – Termosfera e Mesosfera
A energia radiante que ao chocar com uma molécula é superior à necessária para a ionização da molécula fica disponível para aumentar a energia cinética das partículas, Ec, após a reação fotoquímica. Assim se explica que a termosfera seja a camada da atmosfera onde as partículas atingem a temperatura mais elevada.
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Formação de iões – Termosfera e Mesosfera
Para uma mesma espécie a energia de dissociação é inferior às energia de ionização dessa espécie.
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Espécies químicas presentes na Termosfera
Na termosfera para além das moléculas de e de e dos correspondentes radicais livres, há uma elevada quantidade de iões positivos e de eletrões livres daí a parte inferior da termosfera ser
designada por Ionosfera.
Na Termosfera verifica-se:
- A ionização das partículas existentes – formação, sobretudo, de e mas também de O+; - Aumento da energia cinética destas partículas, devido ao excesso de energia absorvida relativamente ao efeito químico, dissociação e ionização.
Maria do Anjo Albuquerque
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Formação de iões na Termosfera
absorção 1313 kJ/mol
absorção 1205 kJ/mol
absorção 890 kJ/mol
A ação da atmosfera como filtro de radiação UV-C pode ser explicada por diversas reações de ionização, de átomos e moléculas que ocorrem na termosfera, como por exemplo:
Estas reações ocorrem à custa da absorção de energia das radiações ultravioleta e explicam a capacidade filtrante da atmosfera para as radiações UV-C. A posterior captura de eletrões por parte dos iões faz-se à custa de libertação de energia sob a forma de calor. A absorção de energia com valores superiores à energia de ionização conduz a uma maior energia dos iões e dos eletrões ejetados. Estes dois fenómenos explicam as elevadas temperaturas na termosfera
IMPORTANTE
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