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Ozono na estratosfera
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Ozono na estratosfera

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  • 1. O OZONO NA ESTRATOSFERA O ozono (ou trioxigénio segundo a nomenclatura da IUPAC) é um dos muitos gases presentes na atmosfera. Na verdade é muito raro na atmosfera terrestre, existindo, no ar, uma média de três moléculas de ozono para 10 milhões de outras moléculas. Cerca de 90% do ozono atmosférico está situado na estratosfera apresentando uma concentração máxima entre os 20 e os 30 km de altitude, o que explica o facto de esta zona ser conhecida pelo nome de «camada de ozono». Este gás encontra-se presente em pequenas concentrações em toda a atmosfera, mas em especial numa pequena faixa da estratosfera, denominada camada de ozono.
  • 2. O OZONO NA ESTRATOSFERA O ozono como filtro protetor da Terra Existem dois tipos de ozono:  O ozono troposférico é conhecido como “mau ozono” pois a sua presença ao nível do solo pode provocar problemas respiratórios aos seres vivos.  O ozono estratosférico é conhecido como “bom ozono” uma vez que funciona como escudo protetor contra radiações UV-B, impedindo-as de chegar à superfície da Terra, onde podem provocar efeitos catastróficos. Apesar de ser comum dizer-se que a camada de ozono impede a radiação UV de atingir a superfície terrestre, nem todos os tipos de radiação UV são absorvidos pelo ozono. A radiação UV que atinge a superfície terrestre é constituída por 94% de radiação UV-A e 6% de radiação UV-B.
  • 3. O OZONO NA ESTRATOSFERA Filtros solares O facto de haver radiação perigosa para a saúde a atingir a superfície terrestre levou ao desenvolvimento de filtros protetores, cuja utilização deve ser incentivada. Em geral, os filtros solares são produtos que se aplicam sobre a pele com a intenção de a proteger das radiações ultravioleta e de prevenir, a curto prazo, a ocorrência de queimaduras solares e, a longo prazo, o surgimento de alterações cutâneas. São constituídos por substâncias que absorvem ou bloqueiam as radiações ultravioleta que atingem a superfície terrestre (UV-A e UV-B). Como funcionam os filtros solares? Esta proteção da radiação ultravioleta pode ser obtida com dois tipos de filtros: os filtros físicos e os filtros químicos.
  • 4. O OZONO NA ESTRATOSFERA Filtros solares  Os filtros físicos são substâncias opacas à radiação ultravioleta, criando uma barreira física à sua passagem. Formam um filme protetor que reflete e espalha a radiação UV, impedindo-a de chegar à pele. Os mais usados são constituídos por óxidos de zinco ou por dióxido de titânio.  Os filtros químicos absorvem as radiações ultravioleta através de processos químicos, impedindo-as de atingir as camadas mais profundas da pele. Apresentam sempre a indicação do índice de proteção solar (IPS) e englobam a maior parte dos cremes solares. Um exemplo dos constituintes é a benzofenona e o ácido p-aminobenzóico. O índice de proteção solar é uma das formas de indicar o grau de proteção dos filtros solares, e é definido como a razão entre o tempo necessário para a produção de eritema na pele (aspeto avermelhado) com protetor e o tempo necessário para produzir o mesmo eritema sem protetor. Exemplo: Se um protetor solar tiver um valor de IPS igual a 15 isso quer dizer que se usarmos o protetor podemos estar expostos ao sol durante 15 minutos para termos o mesmo efeito que o causado por uma exposição de 10 minutos sem protetor.
  • 5. O OZONO NA ESTRATOSFERA Índice Ultravioleta
  • 6. O OZONO NA ESTRATOSFERA Índice Ultravioleta
  • 7. O OZONO NA ESTRATOSFERA Formação e decomposição do ozono na estratosfera Na compreensão dos fenómenos relacionados com a camada de ozono é essencial perceber o que se passa quimicamente com a formação e decomposição deste gás. O mecanismo de formação do ozono nesta camada foi proposto, pela primeira vez, por Chapman, em 1930. Formação do ozono Primeiro passo: fotodissociação das moléculas de O2, por ação das radiações UV. O O O O O2O2  h λUV < 241 nm (UV-C) Segundo passo: Cada átomo de oxigénio vai reagir com moléculas de dioxigénio (O2) formando moléculas de ozono. O O O O O O EnergiaMOMOO 3 )1( 2  (1) É necessária uma terceira molécula para transmitir a energia desta reação.
  • 8. Decomposição do ozono O OZONO NA ESTRATOSFERA Formação e decomposição do ozono na estratosfera O ozono que se forma é também decomposto por dois processos. Fotodissociação das moléculas de ozono, O3, por absorção de radiação UV. O O O O O O λUV < 320 nm (UV-B) 23 OOO  hν Existe ainda uma outra reação (bastante mais lenta), em que o ozono reage com o oxigénio atómico originando duas moléculas de dioxigénio. O O O O O O O O 23 O2OO 
  • 9. O OZONO NA ESTRATOSFERA Formação e decomposição do ozono na estratosfera Estas reações prosseguem, sendo a velocidade de formação de ozono igual à sua velocidade de decomposição. Há assim um equilíbrio dinâmico entre a formação e o consumo de ozono, que, em princípio, deveria manter constante a concentração de ozono na estratosfera. 2O3 3O2
  • 10. O OZONO NA ESTRATOSFERA A diminuição da camada de ozono Apesar de haver um equilíbrio dinâmico entre os processos naturais de formação e destruição do ozono, que permite manter constante a sua concentração na estratosfera, há cada vez mais provas de que este equilíbrio natural tem vindo a ser alterado. Os dados recolhidos ao longo de vários anos de medição da camada de ozono mostraram um decréscimo desta camada por cima da zona do observatório (Halley Bay, na costa da Antártida). Esta diminuição dava-se de uma forma irregular, mas, de um modo geral, verificou-se que em cada primavera, havia menos ozono do que na anterior (no hemisfério sul a primavera coincide com o outono no hemisfério norte). A evidência definitiva da alteração da concentração do ozono estratosférico surgiu em 1981, com o trabalho de uma equipa de cientistas da British Antarctic Survey, liderada por Joseph Farman.
  • 11. O “buraco” na camada de ozono é a designação que é dada a uma diminuição significativa da concentração do ozono na estratosfera. O OZONO NA ESTRATOSFERA A diminuição da camada de ozono A camada de ozono tornou-se tão fina, que acabou por vir a ser batizada com o nome de “buraco” na camada de ozono. Unidade Dobson (DU) É a unidade que mede a concentração de ozono; é uma medida de comprimento e indica a altura que teria a camada de ozono se toda ela fosse transportada para o nível do mar à temperatura de 0 ⁰C e à pressão aí existente. 1 DU = 0,1 μm
  • 12. O OZONO NA ESTRATOSFERA A diminuição da camada de ozono Porque é que o “buraco na camada de ozono” se observa essencialmente na zona do Antártico? A diminuição da concentração do ozono observa-se, fundamentalmente na zona do Antártico (hemisfério sul). Este facto deve-se a condições atmosféricas e meteorológicas muito particulares: - As emissões de CFC ocorrem essencialmente no hemisfério norte. Estes gases são insolúveis em água e pouco reativos pelo que sobem até à estratosfera, onde se mantêm estáveis. Posteriormente, os CFC são levados pelos ventos até aos pólos (especialmente até ao Antártico). - Durante os invernos antárticos (junho e agosto), quando esta zona não recebe luz solar, a temperatura na estratosfera diminui bastante (- 80 ⁰C) e formam-se as nuvens polares estratosféricas (nuvens geladas de ácido nítrico e água). Estas nuvens proporcionam o meio ideal para a reação entre o ozono e o cloro. Esta reação, e consequente destruição da camada de ozono, só ocorre na presença de luz solar, logo, só tem início na primavera do hemisfério sul (setembro e outubro). Durante o Inverno do hemisfério sul o Antártico fica isolado do resto do planeta devido a uma circulação natural do vento – o vórtex polar. Esta corrente cria um enorme reator onde irá ocorrer a destruição de ozono.
  • 13. O OZONO NA ESTRATOSFERA A diminuição da camada de ozono A diminuição da camada de ozono provocará graves efeitos ambientais.
  • 14. O OZONO NA ESTRATOSFERA A destruição da camada de ozono Neste contexto, os CFC (clorofluorocarbonetos) merecem um destaque especial, porque têm um papel relevante na destruição do ozono. A destruição da camada de ozono pode ser originada quer por agentes naturais quer por agentes antropogénicos. Agentes naturais: trovoadas, vulcões, etc. Agentes antropogénicos: poluição – libertação de CFC, óxidos de azoto e outros.
  • 15. O que são os CFC e como atuam na destruição do ozono Os clorofluorocarbonetos ou CFC (também conhecidos como «fréons») são compostos de carbono, cloro e flúor. Começaram a ser produzidos a partir de 1930, altura em que foi sintetizado o primeiro deles, por um físico da General Motors, Thomas Midgley Jr. São gases à temperatura ambiente mas podem ser liquefeitos com alguma facilidade (ótimos para a utilização em processos de refrigeração e de condicionamento de ar), muito estáveis, não inflamáveis, não corrosivos, não tóxicos e … fáceis de produzir (custos de produção baratos). O OZONO NA ESTRATOSFERA A destruição da camada de ozono
  • 16. O OZONO NA ESTRATOSFERA A destruição da camada de ozono NOME TRIVIAL COMPOSTO FÓRMULA UTILIZAÇÕES PRINCIPAIS CFC-11 Triclorofluorometano CCl3F Aerossóis, ar condicionado. CFC-12 Diclorodifluorometano CCl2F2 Aerossóis, refrigeração, ar condicionado, espumas. CFC-113 Triclorotrifluoroetano C2Cl3F3 Solvente de componentes electrónicos. CFC-114 Diclorotetrafluoroetano C2Cl2F4 Refrigeração e aerossóis. CFC-115 Cloropentafluoroetano C2ClF5 Solvente e refrigeração. Tabela 1. Lista dos CFC mais vendidos até perto de 1990 e respetivas aplicações. Paradoxalmente, a excelente estabilidade dos CFC, que os tornou tão populares e úteis, veio a transformar-se, algumas décadas mais tarde, num grande quebra-cabeças para a Humanidade. Devido à sua inércia química os CFC sobem até à estratosfera sem se modificarem. Só nesta camada, onde são expostos à radiação UV-C, são decompostos fotoquimicamente formando átomos de cloro; estes vão alterar o ciclo do ozono, promovendo a sua destruição. A primeira referência ao perigo dos CFC como agentes de destruição da camada de ozono foi feita por Mário Molina, em 1974 (foi um dos três galardoados com o Prémio Nobel da Química em 1995)
  • 17. O OZONO NA ESTRATOSFERA A destruição da camada de ozono Mecanismo de destruição do ozono pelos CFC Os CFC, que chegam intactos à Estratosfera, são decompostos pelas radiações UV, libertando os radicais cloro (exemplo para o CFC-11). Cl Cl Cl F C Cl • Cl Cl F CPasso 1 Passo 2 Passo 3 Cl • O O O O O OCl • OCl • O O OCl • Os passos 2 e 3 repetem-se sucessivamente, com o Cl • consumido no passo 2 a ser regenerado no passo 3 e a ficar disponível para atacar uma nova molécula de ozono.
  • 18. O OZONO NA ESTRATOSFERA A destruição da camada de ozono Mecanismo de destruição do ozono pelos CFC λUV < 260 nm (UV-C) 2 23 23 OClOClO OClOOCl ClFCClFCCl       h 2 23 OClOClO OClOOCl     Passo 1 Passo 2 Passo 3 Passo 2’ Passo 3’ A reação global da decomposição do ozono pode ser representada por: 223 OOOO  Como o radical Cl • não é consumido, funciona como catalisador da decomposição, pode destruir mais de 100 000 moléculas de ozono antes de ser removido da atmosfera por outras reações.
  • 19. O OZONO NA ESTRATOSFERA A destruição da camada de ozono Outros radicais que também provocam a destruição da camada de ozono. O ozono pode ser destruído por um determinado número de radicais livres sendo os mais importantes o radical hidroxilo (HO), o radical óxido de azoto (NO) e os radicais atómicos cloro (Cl ) e bromo (Br ). Todos são de origem tanto natural como antropogénica, embora, atualmente, a maior parte do HO e NO estratosférico seja de origem natural, mas as atividades humanas têm aumentado drasticamente a concentração de Cl  e Br. Como tal, Há outras substâncias que funcionam como catalisadores da reação de decomposição do ozono, nomeadamente as que produzem os radicais livres: HO•; NO•; Br •
  • 20. ALTERNATIVAS VANTAGENS DESVANTAGENS HCFC (hidrogenoclorofluoro- carbonetos) -Degradam-se mais rapidamente (2-20 anos); -São 90 % menos perigosos para a camada de ozono; -Podem ser usados como sprays (aerossóis), refrigeração, ar condicionado, espumas e agentes de limpeza (embora com restrições). - Entram na composição dos “gases de estufa”; -Destroem o ozono, especialmente se usados em grandes quantidades; -HCFC-123 pode causar tumores no pâncreas. -Podem baixar a eficiência energética das suas aplicações; -A produção de HCFC-134 origina igual quantidade de metilclorofórmio (destruidor do ozono). HFC (hidrogenofluorocarbo- netos) - Degradam.se mais depressa (2-20 anos); -Não contêm cloro, destruidor do ozono; -Podem ser usados em sprays, refrigeradores, ar condicionado e espumas. - Entram na composição dos “gases de estufa”; -Desconhecem-se propriedades como inflamabilidade e a toxicidade; -Causam diminuição da eficiência energética. Amoníaco - Alternativa simples para refrigeração, largamente usada antes dos CFC. - É tóxico por inalação; - Tem de ser manuseado cuidadosamente Alternativas aos CFC O OZONO NA ESTRATOSFERA A destruição da camada de ozono
  • 21. O OZONO NA ESTRATOSFERA Exercícios Considere o seguinte conjunto de reações, em que X representa uma espécie responsável pela destruição de ozono na estratosfera: a) Complete as reações, substituindo devidamente os espaços em branco. b) Indique as principais espécies que X pode estar a representar. c) Escreva a equação que traduz a reação global de destruição do ozono. 2 23 O____O____ O____OX   1. 2.
  • 22. O OZONO NA ESTRATOSFERA Exercícios Soluções: 1. F; F; F; V; V; F; F; F. 2. a) b) X representa os radicais livres responsáveis pela destruição do ozono: HO ; NO ; Cl; Br c) 2O3  3O2 2 23 OXOXO OXOOX    

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