4. O OZONO NA ESTRATOSFERA UNIDADE 2 – NA ATMOSFERA DA TERRA: RADIAÇÃO, MATÉRIA E ESTRUTURA 4. O OZONO NA ESTRATOSFERA 4.1. FORMAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DO OZONO NA ESTRATOSFERA 4.2. A DEGRADAÇÃO DA CAMADA DE OZONO. O BURACO DE OZONO 4.3. REGRAS DE NOMENCLATURA DOS ALCANOS E DE ALGUNS DOS SEUS DERIVADOS Escola Secundária Maria Lamas – Torres Novas Física e Química A – 10º Ano Nelson Alves Correia
OBJECTIVOS Compreender o efeito da radiação na produção de ozono estratosférico. Explicar o equilíbrio O2/O3 na atmosfera em termos da fotodissociação de O2 e de O3. Explicar a importância do equilíbrio O2/O3 para a vida na Terra. Interpretar o modo como actua um filtro solar (filtro mecânico e filtro químico). Indicar o significado de índice de protecção solar.
OBJECTIVOS Interpretar o significado de camada de ozono. Discutir os resultados da medição da concentração do ozono ao longo do tempo, como indicador do problema da degradação da camada do ozono. Interpretar o significado de buraco de ozono, em termos da diminuição da sua concentração. Compreender algumas razões para que essa diminuição não seja uniforme.
OBJECTIVOS Indicar alguns dos agentes (naturais e antropogénicos) que podem provocar a destruição do ozono. Indicar algumas consequências da diminuição do ozono estratosférico, para a vida na Terra. Indicar o significado da sigla CFC, identificando os respectivos compostos pelo nome e fórmula, como derivados do metano e do etano. Aplicar a nomenclatura IUPAC a alguns alcanos e seus derivados halogenados.
CONTEÚDOS Formação e Decomposição do Ozono Filtros Solares Camada de Ozono Alteração do Equilíbrio de Formação e Decomposição do Ozono Destruição do Ozono Buraco de Ozono Hidrocarbonetos Saturados (Alcanos) Derivados Halogenados dos Alcanos
FORMAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DO OZONO Cerca de 90% do ozono está na Estratosfera. Formação do ozono: 1º - Fotodissociação das moléculas de O2 por acção das radiações UV 2º - Os radicais livres de oxigénio (O•) reagem com moléculas de oxigénio
FORMAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DO OZONO 1º - Fotodissociação das moléculas de ozono 2º - Os radicais livres de oxigénio (O•) reagem com moléculas de ozono
FORMAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DO OZONO 1 2 3 4
FORMAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DO OZONO A velocidade de formação de ozono é igual à sua velocidade de decomposição. Existe um equilíbrio entre a formação e a decomposição naturais de ozono, pelo que a concentração de ozono na Estratosfera fica constante. Este equilíbrio é importante para os seres vivos, pois é responsável pela existência da camada de ozono, que protege a Terra da radiação ultravioleta.
FILTROS SOLARES As radiações ultravioleta são classificadas em UVA, UVB e UVC, por ordem crescente da sua energia. As radiações UVC são as mais energéticas e mais perigosas, mas não chegam à Terra. São absorvidas na parte superior da atmosfera (na Termosfera e, em menor grau, na Mesosfera). As radiações UVB são absorvidas pela camada de ozono, mas algumas chegam à Terra, provocando queimaduras, cancros de pele (melanoma), doenças dos olhos, mutações genéticas, destruição de espécies vegetais e deterioração de alguns materiais.
FILTROS SOLARES As radiações UVA, são as menos energéticas e menos perigosas, mas provocam o envelhecimento da pele, a síntese da melanina (pigmento natural que protege a pele absorvendo a radiação) e queimaduras. Apesar da atmosfera, nomeadamente a camada de ozono, funcionar como um filtro solar, absorvendo os ultravioletas, parte desta radiação não é absorvida e atinge os seres vivos. Assim, é importante proteger a pele, que está mais exposta à radiação solar, usando protectores solares (cremes solares).
FILTROS SOLARES Os protectores solares têm filtros solares que absorvem ou reflectem a radiação solar: Filtros químicos - Formados por moléculas orgânicas que absorvem as radiações UVA e UVB; Filtros físicos (ecrãs minerais) - Formados por compostos inorgânicos (óxidos de zinco e de titânio) que reflectem a maior parte da radiação solar. São mais eficazes do que os filtros químicos.
FILTROS SOLARES Índice de protecção solar ou factor de protecção solar (FPS) – Indica o número de minutos que uma pele pode estar exposta ao sol sem sofrer danos. Depende do tipo e da concentração das substâncias protectoras. Um factor de protecção 30 indica que uma pele com esse protector suporta 30 × 10* = 300 minutos (5 horas) de exposição ao sol sem sofrer danos. * 10 minutos de exposição ao sol sem sofrer danos e sem protector
CAMADA DE OZONO Camada de ozono - Quantidade de ozono que existe na Estratosfera, disperso entre 15 km e 50 km de altitude. A camada de ozono absorve as radiações ultravioleta (UVB) com energia entre 6,6 x 10-19 J e 9,9 x 10-19 J, funcionando como um filtro solar natural. Durante a absorção da radiação ocorre efeito químico da radiação (quebra das ligações químicas) e efeito térmico (aumento da energia cinética das partículas, responsável pelo aumento da temperatura na Estratosfera).
CAMADA DE OZONO O ozono na Estratosfera protege os seres vivos, mas na Troposfera é uma substância nociva que irrita os olhos, o nariz e a garganta.
ALTERAÇÃO DO EQUILÍBRIO DE FORMAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DO OZONO A concentração do ozono na Estratosfera manteve-se constante durante muito tempo, porque existe um equilíbrio entre a formação e a decomposição naturais do ozono . Mas, a concentração do ozono começou a diminuir quando substâncias, libertadas pelo Homem para atmosfera (óxidos de azoto e radicais de cloro Cl•), aumentaram a decomposição do ozono.
ALTERAÇÃO DO EQUILÍBRIO DE FORMAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DO OZONO Os óxidos de azoto formam-se a partir do oxigénio e do azoto atmosféricos, a temperaturas elevadas, com os efluentes dos aviões supersónicos. Os radicais Cl• formam-se principalmente a partir dos CFC (clorofluorcarbonetos ou freons). Os CFC são derivados do metano (CH4) e do etano (C2H6), onde os átomos de hidrogénio são substituídos por átomos de cloro e de flúor (derivados halogenados): CFCl3 (triclorofluormetano) e CF2Cl2 (diclorodifluormetano).
ALTERAÇÃO DO EQUILÍBRIO DE FORMAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DO OZONO Os CFC têm sido usados no arrefecimento dos frigoríficos e aparelhos de ar condicionado, em espumas de isolamento térmico, em latas de spray (lacas, desodorizantes e perfumes), diluentes, etc. A maioria dos CFC acabam por ser lançados na atmosfera e, como são praticamente inertes (reagem pouco), atingem a Estratosfera e provocam a destruição do ozono.
DESTRUIÇÃO DO OZONO Na Estratosfera, os CFC são decompostos pelas radiações UV, formando os radicais cloro: O radical cloro reage com o ozono, formando monóxido de cloro e oxigénio (reacção A). O monóxido de cloro reage com o radical oxigénio e forma radical cloro (reacção B):
DESTRUIÇÃO DO OZONO A reacção global resultante das reacções A e B pode ser representada pela seguinte equação: O radical cloro não aparece na reacção global porque é consumido na 1ª reacção e forma-se de novo na 2ª reacção, ficando disponível para reagir novamente com o ozono. Significa que funciona como um catalisador (aumenta a velocidade da reacção sem se transformar). Outros catalisadores da decomposição do ozono são as que produzem os radicais livres:
DESTRUIÇÃO DO OZONO Para além dos agentes antropogénicos (CFC e óxidos de azoto), também existem agentes naturais que podem provocar a destruição do ozono. Os principais agentes naturais são os vulcões, cujas erupções libertam grandes quantidades de gases para a Estratosfera. As partículas finas e o ácido sulfúrico contidos nestes gases também podem funcionar como catalisadores da decomposição do ozono.
BURACO DE OZONO A diminuição da camada de ozono não é uniforme em toda a atmosfera, sendo muito acentuada na Antárctida (foi detectada em 1987, sobre o Pólo Sul). Buraco de ozono - Zona sobre a Antárctida onde o ozono quase desapareceu. Desde 1987 (Protocolo de Montreal) que alguns países têm estabelecido normas e prazos para a redução dos CFC.
BURACO DE OZONO
BURACO DE OZONO Os ventos polares empurram os CFC para o Pólo Sul. Durante 6 meses, o Pólo Sul fica sem luz solar e com temperaturas até -80 ºC. Formam-se pequenos cristais de gelo que actuam como catalisadores na transformação dos CFC em radicais cloro, o que aumenta ainda mais com as radiações UV do Sol, durante os restantes 6 meses.
BURACO DE OZONO Nas latitudes médias, a radiação ultravioleta tem sido constante na última década. Em 2010, a quantidade de ozono não estava a diminuir nem a aumentar. A camada de ozono, fora das regiões polares, deve recuperar até 2050, para os níveis antes de 1980, mas o buraco de ozono sobre a Antártida deve recuperar muito mais tarde. O buraco de ozono já está a influenciar o clima da Terra, alterando a temperatura e o movimento do vento. Fonte: Earth Observatory (NASA)
HIDROCARBONETOS SATURADOS (ALCANOS) Hidrocarbonetos – Compostos orgânicos formados por carbono e hidrogénio. Hidrocarbonetos saturados (alcanos) – Hidrocarbonetos que só têm ligações covalentes simples entre os átomos de carbono. Os alcanos podem ser de cadeia aberta ou de cadeia fechada (cicloalcanos). Os alcanos de cadeia aberta podem ser de cadeia linear ou de cadeia ramificada.
HIDROCARBONETOS SATURADOS (ALCANOS) Fórmula de estrutura – As ligações entre os átomos são indicadas através de traços. Nos alcanos, cada átomo de carbono está ligado a quatro átomos. O alcano mais simples é o metano (CH4), só com um átomo de carbono. O etano (C2H6), tem 2 átomos de carbono.
HIDROCARBONETOS SATURADOS (ALCANOS) O propano (C3H8) tem 3 átomos de carbono e o butano (C4H10) tem 4 átomos de carbono.
HIDROCARBONETOS SATURADOS (ALCANOS) As regras de nomenclatura (nome) das moléculas são propostas pela IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada). Nos alcanos, o nome é formado por um prefixo que indica o número de átomos de carbono e pela terminação “ano”. A fórmula molecular de um alcano obedece à fórmula geral CnH2n+2
HIDROCARBONETOS SATURADOS (ALCANOS) Alcanos de cadeia ramificada – Quando o número de átomos de carbono é superior a três, os alcanos podem ter ramificações.
HIDROCARBONETOS SATURADOS (ALCANOS) Radicais alquilo ou grupos alquilo (R) – Grupos de átomos que formam as ramificações, cujo nome termina em “ilo”: CH3 é o grupo metilo; C2H5 é o grupo etilo; C3H7 é o grupo propilo; C4H9 é o grupo butilo.
HIDROCARBONETOS SATURADOS (ALCANOS) A nomenclatura dos alcanos de cadeia ramificada obedece às seguintes regras: A cadeia de átomos de carbono mais comprida (cadeia principal) é responsável pelo nome do alcano; Cada átomo de carbono da cadeia principal é numerado, de modo a que os carbonos que têm os radicais fiquem com números menores; Os radicais são indicados pela sua posição (nº do carbono) e nome por ordem alfabética; O nome do radical escreve-se antes do nome da cadeia principal e fica separado por um hífen (-);
HIDROCARBONETOS SATURADOS (ALCANOS) Se existem radicais iguais acrescenta-se di, tri, tetra, etc. , ao nome do radical, e as suas posições são indicadas por ordem crescente e separadas por vírgulas.
HIDROCARBONETOS SATURADOS (ALCANOS) A nomenclatura dos cicloalcanos (hidrocarbonetos de cadeia fechada) obedece às regras dos alcanos, com as diferenças: O nome tem o prefixo “ciclo”; A cadeia principal é a cadeia fechada; Quando só existe um radical, não se indica a sua posição.
HIDROCARBONETOS SATURADOS (ALCANOS) Os cicloalcanos têm menos dois átomos de hidrogénio do que os alcanos de cadeia linear correspondente. A fórmula geral dos cicloalcanos é CnH2n+2
DERIVADOS HALOGENADOS DOS ALCANOS Muitas vezes, as ramificações têm átomos, ou grupos de átomos diferentes dos grupos alquilo. Haloalcanos – São derivados halogenados dos alcanos, cujas ramificações são átomos de halogéneos (como o cloro e o fluor). Os clorofluorcarbonetos (CFC) são haloalcanos.
DERIVADOS HALOGENADOS DOS ALCANOS
BIBLIOGRAFIA Dantas, M., & Ramalho, M. (2008). Jogo de Partículas A – Física e Química A - Química - Bloco 1 - 10º/11º Ano. Lisboa: Texto Editores.