Interação Radiação - Matéria

Já estudámos, em aulas anteriores, que: a atmosfera terrestre é essencialmente constituída por azoto e oxigénio e por uma variedade de gases e partículas que constituem os componentes vestigiais e que existem em percentagens diferentes; a pressão e a densidade da atmosfera variam com a altitude, dependendo da quantidade dos componentes da atmosfera que existem em cada camada; a atmosfera terrestre é constituída por soluções, colóides e suspensões; a atmosfera está dividida em camadas de acordo com a variação da temperatura.

Variação da temperatura nas diferentes camadas da atmosfera A que se deve a variação da temperatura nas diferentes camadas da atmosfera?

☼ 50% de radiação infravermelha ☼ 40% de radiação visível Para dar resposta a esta questão temos que pensar: De onde vem a energia que aquece a Terra? O Sol emite uma grande gama de radiações Só cerca de 70% da radiação emitida pelo Sol atinge a Terra das quais destacamos: ☼ 50% de radiação infravermelha ☼ 40% de radiação visível ☼ 10% de radiação ultravioleta UV-A (λ~315 a 400 nm) UV-B (λ~280 a 315 nm) UV-C (λ~200 a 280 nm) 9,94 x 10-19 J Ultravioleta visível infravermelha 4,95 x 10-19 J 2,50 x 10-19 J 1,98 x 10-27 J UV-C UV-B UV-A 7,10 x 10-19 J 6,32 x 10-19 J

Nem todas as radiações emitidas pelo Sol atingem a superfície da Terra. + As radiações UV-C e algumas UV-B são absorvidas por N2, O2 e O3, a altitudes diferentes. As radiações UV-A, algumas UV-B, a radiação visível e a IV, atingem a superfície da Terra.

Ao entrar na atmosfera as radiações colidem com as partículas aí existentes, transferindo para elas a energia que transportam, podendo causar dois efeitos: Efeito térmico – a energia absorvida aumenta a energia cinética das partículas, o que faz aumentar a temperatura. Efeito químico – a energia absorvida vai desencadear reacções químicas.

Efeito químico da radiação – reacções fotoquímicas ou fotólises As partículas absorvem as radiações solares, utilizando a sua energia para: Quebrar ligações nas moléculas – levando à dissociação da molécula com a formação de radicais livres. Ocorrem na zona superior da troposfera e na estratosfera. Ionizar átomos ou moléculas – levando à formação de iões com carga +1. Ocorrem na termosfera e com menor frequência na mesosfera.

Radicais livres Radicais livres são partículas com electrões desemparelhados, que se formam quando átomos ou moléculas estáveis absorvem radiações visível e ultravioleta. A energia das radiações ao ser absorvida por átomos ou moléculas estáveis provoca a excitação de um electrão da orbital mais exterior para outra mais energética que se encontra vazia.

Radicais livres O electrão excitado pode manter o seu spin (estado de singleto) ou inverter o seu spin (estado de tripleto = radical livre). A partícula radical livre apresenta intensa reactividade mas tem tempo de vida muito curto (10 µs a 10 ms)

Radicais livres Efeitos nocivos Na atmosfera contribuem para a formação e decomposição do ozono. São responsáveis pela alteração das gorduras, quando em contacto com o ar. São responsáveis pela degradação de plásticos na presença da luz solar. São responsáveis pelo surgimento de rugas, flacidez e perda de vitalidade da pele e portanto causa básica do envelhecimento. Têm implicações no desenvolvimento do cancro, da diabetes, da asma, da depressão e de doenças reumatológicas e cardiovasculares. Têm implicações na lesão cerebral mediada pela idade (radiações de oxigénio).

A produção de radicais livres no nosso organismo é aumentada por: Controlo da produção de radicais livres de modo a não causarem dano no organismo. Alimentação inadequada. Com a hipoglicemia. Stress profissional, escolar e familiar. Hábito de fumar. Uso de drogas e de álcool. Exercício físico intenso sem condição física apropriada. Exposição à poluição ambiental. Exposição às radiações solares. Ingerir alimentos com ferro, manganésio e selénio, vitaminas A, C, E, β-caroteno e riboflavina que actuam como antioxidantes. Procurar não frequentar ambientes poluídos. Não fumar. Não beber bebidas alcoólicas em demasia. Praticar exercício físico moderado e de acordo com a condição física de cada um. Proteger-se contra a radiação UV com protectores adequados.

Alguns radicais livres existentes na atmosfera Forma-se por fotodissociação das moléculas de O2 O2 + O• Radiação UV Ao valor mínimo necessário para dissociar uma molécula chama-se energia de dissociação. Para uma mole de moléculas será energia de dissociação por mole. Neste caso é absorvida a energia de 498 kJ/mol. A energia libertada quando se forma uma ligação química chama-se energia de ligação, para uma molécula formada, ou, se se formar uma mole de moléculas, será energia de ligação por mole.

Alguns radicais livres existentes na atmosfera HO• Forma-se por fotólise das moléculas de H2O H2O + HO• H· Radiação UV Ou por fotólise das moléculas de HONO (vapor de ácido nitroso) HONO + HO• NO· Radiação UV

Alguns radicais livres existentes na atmosfera CH3• Forma-se por fotodissociação das moléculas de metano – CH4 H3C - H + CH3• H• Radiação UV

Formação de iões na atmosfera Se a energia da radiação solar for igual ou superior à primeira energia de ionização consegue arrancar um electrão à partícula sobre a qual incide, ionizando-a. Como as energias de ionização são relativamente elevadas ocorrem na termosfera e em menor quantidade na mesosfera por absorção da radiação UV – C.

Formação de iões na atmosfera Na termosfera e na mesosfera os gases predominantes são o oxigénio (O2) e o azoto (N2). São eles que absorvem a radiação solar e que se ionizam. O2  O2+ + 1e- N2  N2+ + 1e- O•  O•+ + 1e-

A atmosfera funciona como um filtro das radiações solares Deixa passar as radiações de menor energia e retém as de maior energia.

Por que motivo na termosfera a temperatura é tão elevada? E radiação absorvida = E necessária para o efeito químico + E cinética Se a energia da radiação é muito elevada, parte dela vai ser usada para aumentar a energia cinética das partículas, aumentando assim a temperatura ambiente.

O que acontece às radiações que atingem as zonas mais baixas da atmosfera? O dióxido de carbono e a água absorvem radiação de grandes comprimentos de onda, emitidas da superfície da Terra (radiação IV de 7 µm a 13 µm). Os gases que mais absorvem a radiação IV térmica (4<λ<50 μm) emitida pela superfície da Terra são: O3 (troposférico), H2O, CH4, N2O, CO2 e CFC (clorofluorocarbonetos), designados gases de estufa. ALERTA : Uma pequena variação da concentração destes gases pode causar alterações significativas no balanço energético da Terra. Efeito de estufa

Gases responsáveis: O3, CO2, CFC, CH4, H2O e N2O Aquecimento global Os gases de estufa absorvem essencialmente na região dos infravermelhos. Por isso uma pequena variação na concentração destes gases provoca alterações no balanço energético da Terra.