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
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- 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)
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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
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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
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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)
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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
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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”
Atmosfera Atmosfera -- Efeitos da poluiçãoEfeitos da poluição
-- 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
Atmosfera Atmosfera -- Efeitos da poluiçãoEfeitos da poluição
•• 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
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PartículasPartículas
PartículasPartículas maioresmaiores concentram-
Características gerais dos poluentespoluentes
Atmosfera Atmosfera -- Efeitos da poluiçãoEfeitos da poluição
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)
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Dispersão atmosférica de contaminantes
Atmosfera Atmosfera -- Transporte de substânciasTransporte de substâncias
Exemplos de alguns poluentes importantes na atmosfera
1)1) Poluentes gasososPoluentes gasosos
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2) Poluentes particulados e gasosos de acordo com a fonte
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� Leva os contaminantes para outros locais (distantes das fontes)
� Os poluentes podem ser removidos, naturalmente, por:
Sobre a dispersão atmosférica de contaminantes
Atmosfera Atmosfera -- Transporte de substânciasTransporte de substâncias
- Deposição úmida
- Deposição seca
- Reações químicas com partículas ou outros gases
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Exemplificando a dispersão atmosférica de contaminantes
Atmosfera Atmosfera -- Transporte de substânciasTransporte de substâncias
� Substâncias persistentes (origem natural ou não) po dem ficar “circulando” no ambiente:
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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])
Atmosfera Atmosfera -- Transporte de substânciasTransporte de substâncias
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
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Ciclos Biogeoquímicos Ciclos Biogeoquímicos
Atmosfera Atmosfera -- Transporte de substânciasTransporte de substâncias
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
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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)
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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?
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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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•• 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
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