3. INTERACÇÃO RADIAÇÃO-MATÉRIA. ESTRUTURA DA ATMOSFERA TERRESTRE UNIDADE 2 – NA ATMOSFERA DA TERRA: RADIAÇÃO, MATÉRIA E ESTRUTURA 3. INTERACÇÃO RADIAÇÃO-MATÉRIA. ESTRUTURA DA ATMOSFERA TERRESTRE Escola Secundária Maria Lamas – Torres Novas Física e Química A – 10º Ano Nelson Alves Correia

OBJECTIVOS Explicar que, na ausência de qualquer reacção química, a temperatura da atmosfera deveria diminuir com a altitude até um certo valor e depois aumentar como resultado da actividade solar. Associar a divisão da atmosfera em camadas, aos pontos de mudança da variação de temperatura em função da altitude. Interpretar a formação dos radicais livres na atmosfera (estratosfera e troposfera), como resultado da interacção entre radiação e matéria.

OBJECTIVOS Enumerar alguns dos efeitos da acção de radicais livres na atmosfera sobre os seres vivos. Interpretar a formação dos iões como resultado da interacção entre radiação e matéria. Explicar o resultado da interacção da radiação de energia mais elevada na ionosfera e mesosfera, em termos de dissociação, ionização e agitação das partículas. Interpretar a atmosfera como filtro solar (em termos de absorção de várias energias nas várias camadas).

CONTEÚDOS Temperatura da Atmosfera Formação de Radicais Livres Formação de Iões A Atmosfera como Filtro da Radiação Solar

temperatura da atmosfera A temperatura da atmosfera depende da distância ao solo e das radiações solares que a atravessam. O solo liberta radiações infravermelhas para a atmosfera, que aquecem o ar junto ao solo. A temperatura da atmosfera diminui quando a altitude aumenta, até cerca de 12 km (Troposfera), porque o efeito das radiações infravermelhas diminui.

temperatura da atmosfera Depois da Troposfera, as partículas absorvem a energia das radiações solares, o que provoca: Efeito térmico – Quando aumenta a energia cinética (agitação) e a temperatura das partículas; Efeito químico – Quando as partículas sofrem transformações químicas (reacções fotoquímicas ou fotólises). Estas transformações podem ser dissociações de moléculas ou ionizações de moléculas e de átomos.

temperatura da atmosfera

temperatura da atmosfera Se não existisse efeito químico, a energia da radiação solar absorvida provocava o aumento da energia cinética das partículas. Neste caso, a temperatura da atmosfera aumentava sempre, a partir da Estratosfera, porque a radiação absorvida tem mais energia na zona superior da atmosfera. A temperatura baixa na Mesosfera porque a energia absorvida provoca efeito químico, e existe pouca energia disponível para provocar efeito térmico (a energia cinética não aumenta).

temperatura da atmosfera Quando a energia das radiações é grande, o que acontece na Termosfera, parte da energia absorvida provoca efeito químico e outra parte provoca efeito térmico. Quanto mais elevada for a energia da radiação absorvida, mais energia fica disponível para aumentar a energia cinética e a temperatura das partículas: Eefeito térmico = Ecinética = Eradiação absorvida - Eefeito químico

temperatura da atmosfera A temperatura da atmosfera depende do efeito térmico e do efeito químico. A temperatura da atmosfera aumenta entre os 12 km e os 50 km (Estratosfera), diminui entre os 50 km e os 80 km (Mesosfera), e aumenta a partir dos 80 km (Termosfera). A atmosfera divide-se em regiões ou camadas, de acordo com as variações de temperatura: Troposfera, Estratosfera, Mesosfera e Termosfera. No fim de cada camada, existe uma zona onde a temperatura é constante: Tropopausa, Estratopausa e Mesopausa.

temperatura da atmosfera

temperatura da atmosfera Troposfera – Camada da atmosfera mais baixa, que tem o ar que respiramos. É a camada menos espessa e mais densa, com cerca de 80 %, em massa, de todos os gases da atmosfera. Nesta camada, a temperatura diminui com a altitude até cerca de -60 ºC. Estratosfera – Camada da atmosfera onde existe a camada de ozono. As radiações ultravioletas, absorvidas pelo ozono, são responsáveis pelo aumento da temperatura, até cerca de 0 ºC.

temperatura da atmosfera Mesosfera – Camada mais fria da atmosfera, onde a temperatura diminui com a altitude, até cerca de -100 ºC a 80 km de altitude. Termosfera – Camada mais espessa e externa da atmosfera, onde a temperatura aumenta com a altitude, atingindo-se temperaturas muito elevadas (2000 ºC). Esta camada pode subdividir-se em duas partes: Ionosfera, entre 80 km e 550 km; Exosfera, entre 550 km e 1000 km, onde começa o espaço interestelar.

FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES Dissociações – Transformações químicas, provocadas pela luz absorvida pelas moléculas, em que se quebram ligações químicas entre os átomos. Radicais livres – Átomos e moléculas muito reactivas, por terem um electrão desemparelhado, que se formam quando se quebram ligações dentro das moléculas: OH•, O•, N•, C•, Cl• e Br•. As dissociações (formação de radicais livres) ocorrem em todas as camadas da atmosfera, mas principalmente na Troposfera e na Estratosfera.

FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES Formação do radical livre OH• a partir dos radicais O• e H• : A) Fotodissociação de moléculas de O2 : B) Fotodissociação de hidrocarbonetos: C) Os radicais O• e H• ligam-se, originando o radical OH•:

FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES Os radicais livres são muito reactivos, e provocam reacções químicas noutras moléculas da atmosfera e nas células dos seres vivos. Os radicais podem provocar inflamações, envelhecimento e mutações genéticas (cancro). Alguns cremes de tratamento da pele têm substâncias que reagem com os radicais livres, evitando o seu efeito sobre as células.

FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES Energia de dissociação – Energia necessária para separar os átomos de uma molécula (dissociação). A energia de dissociação da molécula de oxigénio é 8,3 × 10­-19 J, o que significa que para separar os átomos de oxigénio é necessário que a radiação absorvida tenha pelo menos 8,3 × 10-19 J de energia (radiação UV):

FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES Se a radiação absorvida pela molécula de O2 tiver energia superior a 8,3 × 10­-19 J, a energia em excesso vai provocar o aumento da energia cinética e da temperatura dos radicais livres que se formam. Se a radiação absorvida pela molécula de O2 tiver energia inferior a 8,3 × 10­­-19 J, não provoca dissociação da molécula (efeito químico) mas aumenta a sua energia cinética e temperatura (efeito térmico).

FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES Os efeitos químico (dissociação) e térmico (aumento da temperatura) dependem da energia da radiação que é absorvida pelas moléculas e da sua energia de dissociação:

FORMAÇÃO DE IÕES Ionizações – Transformações químicas, provocadas pela luz absorvida pelas moléculas, em que se formam iões monopositivos, quando a luz consegue retirar um electrão da molécula: N2+, O2+, O•+ e NO+. A energia da radiação tem de ser igual ou superior à energia de primeira ionização das partículas (energia mínima de remoção - E ou I1). As ionizações ocorrem principalmente na Termosfera, onde a luz solar tem mais energia (as energias de ionização são superiores às energias de dissociação).

FORMAÇÃO DE IÕES As ionizações ocorrem na Termosfera e, em menor grau, na Mesosfera, onde a luz solar tem mais energia e porque as energias de ionização são superiores às energias de dissociação.

FORMAÇÃO DE IÕES A energia mínima para ionizar uma molécula de azoto é 2,5 × 10­-18 J (1510 kJ mol-­1). Uma radiação de 9,9 x 10­-19 J não consegue ionizar esta molécula. Redução de kJ mol-­1 a J por molécula: 1510 kJ mol-­1 = 1510 × 10­3 J / 6,0 × 10­23 moléculas = = 2,5 × 10­-18 J por molécula

FORMAÇÃO DE IÕES Os gases que existem em maior quantidade na Termosfera e na Mesosfera são o azoto (N2) e o oxigénio (O2). Eles absorvem a radiação solar e ionizam-se: Também ocorrem dissociações seguidas de ionizações. A molécula de oxigénio dissocia-se, originando radicais livres de oxigénio, que são depois ionizados:

FORMAÇÃO DE IÕES Os efeitos químico (ionização) e térmico (aumento da temperatura) dependem da energia da radiação que é absorvida pelas moléculas e da sua energia de ionização:

A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR A atmosfera funciona como um filtro da radiação solar, porque deixa passar as radiações de energia mais baixa e absorve as radiações com mais energia (principalmente os ultravioleta). Se isto não acontecesse, as radiações com mais energia atingiriam a superfície da Terra, provocando transformações químicas nas moléculas dos seres vivos, doenças graves, alterações genéticas e até o desaparecimento da vida na Terra.

A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR As radiações absorvidas na parte superior da Troposfera são radiações ultravioleta, de energia entre 6,6 × 10­-19 J e 9,9 × 10­-19 J. São absorvidas principalmente pelo oxigénio e ozono, mas também pelos CFC, compostos de bromo e óxidos de azoto. Têm energia suficiente para dissociar a maioria das moléculas de gases que existem na Troposfera, formando radicais livres.

A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR As radiações absorvidas na Termosfera e, em menor grau, na Mesosfera, são radiações ultravioleta de energia superior a 9,9 × 10-19 J, que provocam: A dissociação das moléculas O2 e N2, com formação dos radicais livres O•e N•; A ionização das partículas, com formação dos iões N2+, O2+, O•+ e NO+; O aumento da energia cinética destas partículas, devido ao excesso de energia absorvida. As radiações ultravioleta de menor energia, as radiações visíveis e as radiações infravermelhas atravessam a atmosfera terrestre sem serem absorvidas.

A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR

A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR

BIBLIOGRAFIA Dantas, M., & Ramalho, M. (2008). Jogo de Partículas A - Física e Química A - Química -­ Bloco 1 ­- 10º/11º Ano. Lisboa: Texto Editores.