Química do Ozônio na Atmosfera
Ozônio na baixa atmosfera (troposfera)
Cerca de 10% do total de ozônio (O3) na atmosfera é
encontrada na troposfera – camada baixa da atmosfera até 16 km acima da superfície da
Terra.
O ozônio na troposfera – referido anteriormente como
“mau ozônio” tem efeitos nocivos para vários seres vivos porque é tóxico.
Em humanos, o ozônio provoca irritação nos olhos, comprometimento
da função pulmonar, agravamento de doenças respiratórias como a asma, e aumenta
a suscetibilidade à infecção. A poluição
pelo ozônio na troposfera está muitas vezes ligada ao nevoeiro fotoquímico.
Ozônio na baixa atmosfera é formado, por exemplo, durante a
descarga elétrica de aparelhos de alta tensão, como mostrado nas equações
abaixo:
O2(g) ----->
2O(g)
O2(g) + O(g) ----->
O3(g)
Outra fonte de
ozônio na baixa atmosfera vem da decomposição de gases de escape de veículos,
maiores detalhes no apêndice abaixo (clique aqui).
Ozônio na atmosfera superior (estratosfera)
Cerca de 90% do total de ozônio (O3) na atmosfera é
encontrado na estratosfera (15
km a 35 de superfície da Terra). Na
estratosfera, o ozônio, referido anteriormente como “ozônio bom”, atua como o
protetor primário de radiação UV. A radiação ultravioleta de curto comprimento
de onda da do sol (<240Nm) fornece a energia
necessária para separar as moléculas de oxigênio em átomos de oxigênio:
O2(g)
|
Radiação UV
------------>
|
2O(g)
|
Átomos
de oxigênio, então, reagem com as moléculas de oxigênio para formar ozônio:
O(g) +
O2(g) -------> O3(g)
O
ozônio pode absorver radiações UV-B e UV-C nocivas, impedindo-as de atingir a
superfície da terra:
O3(g)
|
Radiação UV
------------>
|
O2(g) + O(g)
|
A
constante de formação e destruição do ozônio manteve-se em equilíbrio ao longo
do tempo. Porém,
ações empreendidas pelo homem, como a liberação de CFC’s na atmosfera,
perturbaram este equilíbrio.
Clorofluorcarbonos (CFC) e halons:
• CFC e halons pertencem
ao haloalcanos.
• Os clorofluorcarbonos
(CFCs) são compostos que contêm apenas carbono, cloro
e flúor (sem hidrogênio).
Halons são compostos que contêm apenas carbono, bromo e outros
halogênios (sem hidrogênio).
• Os clorofluorcarbonos
(CFCs) são vendidos sob o nome comercial de Freon.
• CFCs são usados como
fluidos para o trabalho em refrigeradores e condicionadores de ar, porque são gases
à temperatura ambiente, e podem ser facilmente liquefeitos por compressão, em
último, porque eles são estáveis e não-tóxicos.
• CFCs são usados como
agentes na produção de espuma de poliestireno espuma de poliuretano e plásticos
utilizados para o isolamento e materiais de embalagem
• CFCs são utilizados
como propelente em aerossóis para tintas, repelentes de insetos, desodorantes
• Os halons são usados
em extintores de incêndio, porque eles são líquidos densos, não- inflamáveis.
Bromoclorodifluorometano, CF2ClBr, é
comumente utilizado em extintores de halon.
Química da destruição do ozônio pelo CFC:
• Os CFCs destroem o ozônio na estratosfera
(15 - 35 km
acima da superfície da Terra). As concentrações de ozônio são medidas em
unidades Dobsen, 1 unidade Dobsen,
e representa 1 molécula de O3 para cada 1 bilhão de moléculas ar.
A perda de ozônio é maior sobre a Antártida onde a
destruição do ozônio foi registrada e é comumente referida como o “buraco do
ozônio”.
•
Ozônio (O3), um alótropo de oxigênio, é venenoso para os seres
humanos se respirado, mas é importante para a vida na medida em que filtra e
absorve a radiação ultravioleta de onda curta (UV) no intervalo de 280 - 320nm
que pode causar queimaduras graves, câncer de pele e doenças
oculares.
• A inércia e a
ausência de solubilidade de CFC’s na água significam
que eles não são destruídos nem são dissolvidos em água de chuva de tal maneira
que eles permanecem na atmosfera por um tempo muito longo e se difundem até a
estratosfera
• Na estratosfera, os CFC’s
entram em contato com a radiação ultravioleta de onda curta, que é capaz de
separar os átomos de cloro das moléculas de CFC
CCl3F(g)
|
Radiação u.v
--------------->
|
CCl2F(g)
|
+
|
Cl(g)
|
Estes
átomos de cloro destroem a camada de ozônio:
Cl(g)
|
+
|
O3(g)
|
------>
|
ClO(g)
|
+
|
O2(g)
|
Há
um número significativo de átomos de oxigênio na estratosfera (desde que o
ozônio sofre uma decomposição fotoquímica natural produzindo átomos e moléculas
de oxigênio), que leva à regeneração dos átomos de cloro na estratosfera. Então, 1 molécula de CFC pode
destruir muitas moléculas de ozônio, em repetidos ciclos.
ClO(g)
|
+
|
O(g)
|
-------->
|
O2(g)
|
+
|
Cl(g)
|
Apêndice: Produção
de ozônio a partir dos gases de escapamento de automóveis
Veículos motorizados produzem gases de escape contendo óxidos de
nitrogênio, como o dióxido de nitrogênio (NO2) e óxido nítrico (NO). Nas altas
temperaturas da câmara de combustão do carro (cilindro), nitrogênio e oxigênio
do ar reagem para formar óxido nítrico (NO):
N2(g) + O2(g)
-----> 2NO(g)
Parte do óxido
nítrico (NO) reage com o oxigênio para formar dióxido de nitrogênio (NO2):
2NO(g) + O2(g) -----> 2NO2(g)
A mistura de óxido
nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2) é muitas vezes referida
como NOx. Quando a concentração do
dióxido de nitrogênio (NO2) está bem acima dos níveis de ar limpo e
há uma abundância de luz solar, um átomo de oxigênio se separa da molécula de
dióxido de nitrogênio:
NO2(g)
|
Luz solar
---------->
|
NO(g)
|
+
|
O(g)
|
Esse átomo de oxigênio (O) pode reagir com
moléculas de oxigênio (O2) do ar para formar o ozônio (O3):
O + O2 -----> O3
O
óxido nítrico pode remover ozônio reagindo com ele para formar o dióxido de
nitrogênio (NO2) e oxigênio (O2):
NO(g) + O3(g)
-----> NO2(g) + O2(g)
Quando a relação de
NO2 para NO é superior a 3, a formação de ozônio é a reação dominante. Se
a relação for inferior a 0,3, então a reação de óxido nítrico destrói o ozônio
na mesma taxa que ele é formado, mantendo a concentração de ozônio abaixo dos
níveis nocivos. A reação dos hidrocarbonetos (gasolina não queimada) com
óxido nítrico e oxigênio produz dióxido de nitrogênio também na presença de luz
solar, aumentando a proporção de dióxido de nitrogênio em óxido nítrico.
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