“Envelope” gasoso que circunda a Terra, composto de …mica-analítica... · da concentração...

“Envelope” gasoso que circunda a Terra,

A ATMOSFERA

composto de uma mistura de gases e

líquidos / sólidos suspensos (aerossóis).

A ATMOSFERAPode ser dividida em camadas, que estão relacionadas com propriedades químicas

e físicas, mas que influem diretamente na tendência de mudança de temperatura

da atmosfera de acordo com a altura.

Rocha et. al., Introdução à química ambiental, Bookman, 2004.

A ATMOSFERAAo contrário do que parece ser o senso comum, a atmosfera não é composta

apenas por gases. Existe material sólido nela disperso, como poeira em

suspensão, pólen, microorganismos, etc. Há, ainda, uma porção líquida dispersa,

composta de gotículas resultantes da condensação do vapor d’água, na forma de

nuvens, neblinas e chuvas.

Gases %

Nitrogênio 78

Oxigênio 21

CO2, CH4, H2, NO2, SO2, O3 e gases nobres 1


TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS NA ATMOSFERA

GRANDE REATOR QUÍMICO → contém, além do oxigênio (composto altamente

reativo), diversos compostos em pequena concentração, os quais podem atuar como

reagentes e/ou catalisadores, e a luz solar, como fonte de energia.

Tempo de residência =


Tempo de residência =

capacidade de reagir na

atmosfera, a qual varia de

acordo com as condições

ambientais

Fontes de emissão:

NATURAIS: vulcão, superfície do mar

ANTRÓPICAS: criadas pela humanidade (por exemplo, chaminé)

PONTUAL: um ponto localizado (chaminé)

DIFUSA: a emissão está espalhada em uma grande área (superfície do mar)

MÓVEL: chaminé de um navioMÓVEL: chaminé de um navio

ESTACIONÁRIA: chaminé de uma fábrica

Classificação dos poluentes:

PRIMÁRIO: composto que chega à atmosfera pela emissão direta de uma fonte

natural ou antrópica

SECUNDÁRIO: composto formado como produto de uma reação entre compostos

existentes na atmosferaRocha et. al., Introdução à química ambiental, Bookman, 2004.

SORVEDOUROSProcesso de consumo dos componentes que chegam na atmosfera.

Chuva (deposição úmida) / Vento (deposição seca) / Reações químicas


CICLOS BIOGEOQUÍMICOSSão os principais caminhos pelos quais elementos importantes para os processos

terrestres e a vida, se movem através dos compartimentos ambientais.

Alguns elementos que circulam nos ciclos biogeoquímicos são indispensáveis

para a vida. Eles podem ser divididos em 3 grupos:

os chamados seis grandes macro nutrientes, que formam a maior parte dos�os chamados seis grandes macro nutrientes, que formam a maior parte dos

compostos orgânicos: C, H, O, N, P, S,

�os outros macro nutrientes, necessários em grande quantidade para diversas

formas de vida, esse grupo inclui por exemplo, K, Ca, Fe e Mg,

�os micro nutrientes, que são necessários em pequenas quantidades em pelo

menos um organismo vivo, por exemplo, Cu (enzimas) e Mo (fixador de

nitrogênio por algumas bactérias).

CICLO DO CARBONO

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/C/CarbonCycle.html

CICLO DO CARBONOCompostos líquidos, sólidos e gasosos.

Número de oxidação variando de -4 a +4.

Transporte entre os vários compartimentos ambientais.

Principais reações com o carbono na atmosfera:

CO2 + H2O + hν→ carbono fixado (planta) + O2 (fotossíntese) ⇒ absorção de CO2 pelos vegetais

O2 + respiração seres vivos→ CO2 + H2O ⇒ respiração dos seres vivosO2 + respiração seres vivos→ CO2 + H2O ⇒ respiração dos seres vivos

CO2 (g) CO2 (aq)

CO2 (aq) + H2O H2CO3

H2CO3 H+ + HCO3-

HCO3- H+ + CO3

2-

CaCO3 (s) Ca2+ + CO32-

Interferência humana: combustível + O2 → CO2 + H2O ⇒ carbono de fontes não-renováveis

H2O

⇒ dissolução do CO2 em água

⇒ reações em equilíbrio em meio aquoso

⇒ interação com íons metálicos


CICLO DO NITROGÊNIO

http://faculty.southwest.tn.edu/rburkett/ES%20-%20%20understanding_the_environment.htm

CICLO DO NITROGÊNIO

Os óxidos de nitrogênio (NOx) são compostos presentes em algumas das etapas

do ciclo do nitrogênio e podem entrar na atmosfera sob diversas formas. Entre

elas, a mais importante é o NO2, que é um gás visível em concentrações acima

de 1,8 mg m-3, de cor marrom avermelhada.

O NO2 é combinado com a umidade da atmosfera formando HNO3, que é muito

corrosivo.

ÓXIDOS DE NITROGÊNIOOs óxidos de nitrogênio são encontrados na atmosfera com diferentes

combinações: N2O, NO, NO2, N2O3, etc. Dentre eles, somente N2O, NO e NO2

são encontrados em quantidades significativas e apresentam papel relevante na

química atmosférica.

N2O → emitido por fontes naturais, por meio da ação bacteriana e por reação

entre N e O na atmosfera ⇒ considerado um gás ESTUFA.entre N2 e O3 na atmosfera ⇒ considerado um gás ESTUFA.

NO → produzido na atmosfera por ação de microorganismos, sendo também um

dos principais poluentes produzidos pela ação humana, pois é comum a todos os

processos de combustão. É oxidado pelo ozônio e pelo oxigênio, em processos

fotoquímicos, transformando-se em NO2 (NO + O3 → NO2 + O2).

NO2 → um dos principais poluentes secundários presentes na atmosfera nas

grandes cidades. Sua principal fonte é a rápida oxidação do NO na atmosfera.


CICLO DO ENXOFRE

O enxofre apresenta um ciclo que se desenvolve entre o ar e os minerais presentes na superfície da Terra.

No entanto, pode-se dizer que existem dois ciclos, o maior ocorreria na crosta terrestre com os sedimentos

minerais. O menor aconteceria na atmosfera, com reações envolvendo gases e material particulado.


CICLO DO ENXOFRE�Nutriente essencial

�Diferentes números de oxidação (-2 até +6)

�Espécies gasosas: SO2 (combustão), H2S (emitido por águas ou regiões úmidas do continente que

contém pouco oxigênio) e dimetilsulfeto (emitido por fitoplânctons existentes na superfície dos

oceanos)

�Na água→ SO42-

�Segundo principal ânion presente em águas marinhas

�Existem grandes quantidades de sulfato, na atmosfera, agregado às partículas. Muitas destas são

provenientes de gotículas de água que são formadas nas ondas e levadas pelo vento → spray

marinho (podendo ser levado para o interior do continente sobretudo sendo depositado a centenas de

km do litoral).

�Contribuição humana: SO2 (subproduto da combustão de materiais tais como combustíveis fósseis

e massas vegetais como a madeira).

�Grande parte do enxofre é transformada em partículas de sulfato na atmosfera ou sofre

transformações, formando H2SO4 e aumentando a acidez da chuva.


CICLO DO OXIGÊNIO

Manahan, S. E., Environmental chemistry. 8th ed.; CRC Press, 2005

PROCESSO DE COMBUSTÃO�Grandes fontes de energia e emissão de compostos para a atmosfera do mundo

contemporâneo.

�Grande problema para os centros urbanos e países ricos.

�Combustão é a queima de um material com o oxigênio do ar, processo que libera

como produtos gases e partículas.

Combustível + ar (O2 e N2) → gases (NO + SO2 + CO2) + partículasCombustível + ar (O2 e N2) → gases (NO + SO2 + CO2) + partículas

�Os gases formados na combustão são invisíveis aos olhos humanos, não têm cheiro

ou se acham em quantidades suficientes para ser detectados pelo odor.

�Composição do material combustível → previsão dos possíveis gases emitidos no

processo de combustão.

�Os óxidos de nitrogênio são formados em todas as combustões, independentemente

da composição do material queimado.


REAÇÕES FOTOQUÍMICAS�Iniciada pela molécula que absorve um fóton de luz. Ex: NO2 + hν→ NO + O

�Os óxidos de nitrogênio desempenham um papel fundamental na formação de

novos compostos na atmosfera, como o ozônio, aldeídos e compostos orgânicos

nitrogenados.

�Formação de NO2:

NO + O → NO + O (oxidação do NO pelo O )NO + O3 → NO2 + O2 (oxidação do NO pelo O3)

NO + RO2·→ NO2 + RO· (reação do NO com radicais peróxidos)

�Consumo de NO2:

NO2 + hν (λ ≤ 430 nm)→ NO + O

O + O2 → O3

-Em regiões sem poluição: [O3] – 30-40 ppb

-Em locais poluídos: [O3] ~ 500 ppb


OXIDANTES NA ATMOSFERA�Espécies químicas ávidas por elétrons, as quais, em uma reação, retiram elétrons da outra espécie reagente.

�Um indício de que a espécie foi oxidada é o aumento do número relativo de átomos de oxigênio da sua

molécula.

�São compostos de grande importância para a química atmosférica, uma vez que são modificadores da sua

composição química, interferem na qualidade do ar, e alguns compostos podem influir no balanço térmico da

atmosfera.

�Principais oxidantes presentes na atmosfera: O3, H2O2, HO·, HO2·, nitrato radical (NO3

·) e nitrato de

peroxiacetila (PAN).

�O ozônio é responsável pelo início de todas as cadeias de oxidação primárias que ocorrem na atmosfera natural.

�Formação desses oxidantes na atmosfera:

Radical OH·: O3 + hν→ O2 + O e O + H2O→ 2HO· (Fotólise do ozônio)

2O2 + HCHO + hν → 2HO· + CO e HO2· + NO → NO2 + HO· (Fotodecomposição de compostos

carbonílicos)

Peróxido de hidrogênio: HO2· + HO2

·→ H2O2 + O2

Ozônio: Consumo de NO2

Os oxidantes desempenham o papelfundamental de limpeza da atmosfera;o processo de oxidação produz sempremoléculas mais solúveis em água,facilitando sua remoção da atmosferapela água de chuva.


SMOG FOTOQUÍMICO�Regiões industrializadas que possuem tráfego intenso.

�Maior intensidade em dias de muito sol e pouco vento.

�O smog fotoquímico é resultado da quebra do estado fotoestacionário:

Fotodissociação do NO2: NO2 + hν→ NO + O2 2

Formação de ozônio: O + O2 → O3

Decomposição do ozônio e formação de NO2: NO + O3 → NO2 + O2

�A formação e o acúmulo do ozônio depende não só de NOx, mas também da presença de

peróxidos na atmosfera. (NO + RO2·→ NO2 + RO·)

�Os peróxidos são formados como produto da reação entre COV e oxidantes.


SMOG FOTOQUÍMICO�Contribuição dos COV na atmosfera (hidrocarbonetos alcenos):

RCHCHR + O→ RCH2· + RCO· Formação de radicais livres

RCH2·+ O2 → RCH2O2

· Formação de peróxido

RCH2O2·+ NO→ RCH2O· + NO2 Formação de NO2

RCH2O·+ O2 → RCHO + HO2· Formação de aldeídos

RCH2O2·+ NO2 → RCH2O2NO2 Formação de nitratos orgânicos

(PAN – nitrato de peroxilacetila)

O PAN pode significar uma forma de o NO2 ser estabilizado e transportado a longas

distâncias, sem sofrer reação na atmosfera.

Sob diferentes condições ambientais o equilíbrio da reação de formação do PAN pode ser

deslocado, para a regeneração do NO2, longe da fonte de emissão dos óxidos de nitrogênio.

Os compostos formados são geralmente mais solúveis em água do que seus precursores e são

mais facilmente retirados da atmosfera por deposição úmida.

Estes compostos são tóxicos e causam problemas de poluição.

(PAN – nitrato de peroxilacetila)


COMPOSIÇÃO

Variação da composição dos gases atmosféricos envolvidos no smog fotoquímico, ao longo do dia


INVERSÃO TÉRMICAAcúmulo dos materiais na atmosfera, favorecendo as reações fotoquímicas pelo aumento

da concentração dos reagentes, diminuindo a dispersão do smog fotoquímico.


Solução: diminuir a emissão de poluentes primários, que são os precursores dos poluentes

secundários. Para os oxidantes e aldeídos, deve-se atuar sobre os precursores das reações

fotoquímicas, ou seja, os COV e NOx.







Origens

naturais e

antrópicas







Processos de

combustão

Acúmulo dos materiais na atmosfera, favorecendo as reações fotoquímicas pelo aumento


INVERSÃO TÉRMICA

Grande vilão: emissão veicular





Catalisadores – oxidar COV, formando CO2 e

H2O, reduzindo os NOx a N2

PROPRIEDADE ÁCIDO/BÁSICA DA ATMOSFERA

Propriedades ácido/básica dos óxidos e amônia:

-Os óxidos são compostos formados pela combinação de oxigênio e de um outro elemento.

-Os óxidos formados pelos não-metais são compostos moleculares e muito deles possuem

propriedades ácidas, sendo que alguns se apresentam como gases à temperatura ambiente.

-Os óxidos formados pelos metais são compostos iônicos, alguns com propriedades básicas,

e se encontram na forma de sólidos à temperatura ambiente.

-Os óxidos ácidos são formados pelo processo de combustão.


PROPRIEDADE ÁCIDO/BÁSICA DA ATMOSFERA

-Maior importância ambiental:

SO2(g) + H2O→ H2SO3

SO3(g) + H2O→ H2SO4

2NO2(g) + H2O→ HNO3 + HNO2

CO2(g) + H2O→ H2CO3

CaO(s) + H2O→ Ca(OH)2

Amônia:

-Composto com propriedades básicas existente em quantidade significativa na atmosfera.

NH3 + H2O→ NH4OH

Alguns ácidos podem ser emitidos diretamente, como por exemplo, o HCl, o HNO3 e o

ácido acético.


FORMAÇÃO DE ÁCIDOS NA ATMOSFERA

•À exceção do NO os gases formados na combustão dependem da composição do material

queimado.

•Seres vivos → macroconstituintes C, H, O, S, N → óxidos (queima). Ex: combustíveis

fósseis.

•Carvão mineral→ menor tratamento pode conter S e N como elementos contaminantes.

•Gás natural→ quase que exclusivamente C e H

•Álcool combustível→ fermentação do caldo extraído da cana-de-açúcar→ C, H, O (etanol)

•Gasolina, óleo diesel, óleo combustível, carvão mineral → CO2, H2O, NOx, SO2 e material

particulado.

•Gás natural e álcool combustível→ CO2, H2O, NOx e material particulado.

•Lenha→ CO2, H2O, NOx, SO2 e material particulado.


FORMAÇÃO DE ÁCIDOS NA ATMOSFERA

NO2

•Na presença de luz solar:

NO2 + HO·→ HNO3

•Durante a noite:

NO2 + O3 → NO3· + O2

NO2 + NO3·→ N2O5

O NO2, além de atuar como catalisador de

reações fotoquímicas, próximo da região

que foi emitido, ainda irá atuar em regiões

pouco mais distantes, contribuindo para a

formação da chuva ácida.

NO2 + NO3·→ N2O5

N2O5 + H2O→ 2HNO3

SO2

SO2 + HO·→ HSO3

HSO3 + O2 → HO2 + SO3

SO3 + H2O→ H2SO4

gotículas de água na atmosfera: SO2 (g) + H2O (aq) → H2SO3 (aq)

2H2SO3 + O2 → 2H2SO4

A formação de H2SO4 é lenta em atmosfera

limpa, mas, em presença de material

particulado contendo íons metálicos (Fe(III)

e Mn(II)), a velocidade de reação é

aumentada 10-100x.


AMÔNIA ATMOSFÉRICA•Gás incolor à temperatura ambiente, odor extremamente forte, mais leve do que o ar.

•É o único gás básico existente em quantidade significativa na atmosfera.

•Fontes: decomposição de MO, emissões provenientes de fezes de animais, utilização de fertilizantes,

queima de biomassa.

•Pode ser retirada da atmosfera por processos físicos (deposições seca e úmida) ou processos químicos

(oxidação com formação de NOx e reação com espécies ácidas, formando partículas secundárias).

•Capaz de neutralizar, em determinada extensão, a acidez causada por gases e partículas.

•Apresenta alta solubilidade (dissolve-se facilmente nas gotículas formadoras de nuvens).

•Além de aumentar o pH, atua na conversão de espécies ácidas, como H2SO4 e HNO3 em partículas de

sulfato e nitrato.

•Estimativas indicam que a amônia emitida anualmente para a atmosfera pode neutralizar 32% da

produção anual de ácidos provenientes de fontes naturais e produzidos por atividades humanas.

•O material particulado formado pela neutralização da amônia é muito fino, o que resulta em alto tempo

de residência na atmosfera, sendo esse um dos principais mecanismos de transporte de tais poluentes

gasosos a longas distâncias.


MATERIAL PARTICULADO ATMOSFÉRICO

•Partícula sólida ou líquida presente na atmosfera.

•A massa de todas essas partículas é conhecida como MATERIAL PARTICULADO TOTAL EM

SUSPENSÃO (MPTS) e constitui uma medida de massa total delas por unidade de volume, expressa em

µg m-3.

•Poeira, cinzas e fumaças.

•O tamanho das partículas também influi nas propriedades atmosféricas, pois espalham a luz em•O tamanho das partículas também influi nas propriedades atmosféricas, pois espalham a luz em

diferentes direções.

•As partículas com diâmetro entre 0,1 e 1 µm causam grandes efeitos na visibilidade, além de reduzir a

quantidade de radiação solar que chega ao solo.

•Partículas entre 0,1 – 10 µm servem como núcleos para condensar vapor de água formando nuvens.

•Fontes naturais: atividades vulcânicas, o vento sobre o continente e sobre os oceanos, pólen, COV, vírus,

bactérias.

•Atividades humanas: processos de combustão e industriais, uso de veículos, manejo do solo, etc.


BALANÇO TÉRMICO DO PLANETA•Os gases que possuem a capacidade de absorver a radiação infravermelha na atmosfera são conhecidos

como GASES ESTUFA e são responsáveis pelo “EFEITO ERSTUFA”, fenômeno que mantém o planete

aquecido.

•Sem o efeito estufa, a vida, tal como está estabelecida em nosso planeta, seria inviável.

•O vapor da água é o principal componente da atmosfera que absorve a radiação infravermelha e a

reemite para a superfície do planeta.

•O segundo composto em importância devido a sua quantidade na atmosfera é o CO2.

•Um fator a ser considerado é o potencial de aquecimento global (PAG) de cada composto. Tal fator

indica qual é o potencial de cada molécula em contribuir para o efeito estufa.


PROTOCOLO DE KYOTO

Atividade para o dia 04/10

CONSEQÜÊNCIAS DO EFEITO ESTUFA

ELEVAÇÃO GLOBAL DA TEMPERATURA MÉDIA:

-Nível do mar: derretimento de geleiras→ elevação do nível do mar.

-Mudança global do clima: o aumento da temperatura média global deverá ter sérias

implicações sobre o clima → produção agrícola → aumento da fome nos países mais

atingidos, além de acarretar tempestades e inundações em algumas regiões e secas em regiões

onde atualmente o clima é ameno.

-Doenças: a população de alguns insetos deve proliferar e expandir, à medida que as latitudes

ao norte se tornam mais quentes e úmidas.


SOLUÇÕES PARA DIMINUIR O AQUECIMENTO GLOBAL

Atividade para o dia 04/10

QUÍMICA DA ESTRATOSFERA(apresentação de 20-25min – dupla)

QUÍMICA DA TROPOSFERA(apresentação de 20-25min – dupla)

Atividade para o dia 27/09/10

“Envelope” gasoso que circunda a Terra, composto de …mica-analítica... · da concentração...

Documents

Transcript of “Envelope” gasoso que circunda a Terra, composto de …mica-analítica... · da concentração...