3. INTERACÇÃO RADIAÇÃO-MATÉRIA. ESTRUTURA DA ATMOSFERA TERRESTRE

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1 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

2 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.

3 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).

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

5 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.

6 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.

7 temperatura da atmosfera

8 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).

9 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

10 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.

11 temperatura da atmosfera

12 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.

13 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.

14 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.

15 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•:

16 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.

17 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 × J de energia (radiação UV):

18 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).

19 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:

20 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).

21 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.

22 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

23 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:

24 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:

25 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.

26 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.

27 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 × 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.

28 A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR

29 A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR

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