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Aula 6Aula 6

Química da Atmosfera Química da Atmosfera -- Parte IParte I

Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Instituto de Ciências ExatasDepartamento de Química

QUI106 - Química Analítica Ambiental

Química da Atmosfera Química da Atmosfera -- Parte IParte I

1.1. Composição química e a poluição da atmosferaComposição química e a poluição da atmosfera

2.2. “Regiões da atmosfera”“Regiões da atmosfera”

33. . Transporte de substâncias e os Ciclos biogeoquímicosTransporte de substâncias e os Ciclos biogeoquímicos

Prof. Rafael Arromba de SousaJuiz de Fora, 2013

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IntroduçãoIntrodução

“Pode-se assumir, com boa aproximação, que nosso planeta

é um sistema fechado em termos de fluxos de massaum sistema fechado em termos de fluxos de massa,

sem entrada ou saída de material”

� É importante conhecer ascaracterísticas da atmosfera

� Não poluir a atmosferaconsiderando que os poluentes sediluem ao serem dispersados

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Introdução Introdução -- Composição química geralComposição química geral

A Terra tem aproximadamente 4,5 bilhões de anos e ao longo desse período a atmosfera sofreu modificações a atmosfera sofreu modificações que permitiram o

surgimento e manutenção da vida

Dados da provável composição (%) da atmosfera terrestre antes e após o aparecimento de vida

Gás Vênus Marte Terra** Terra

CO2 96,5 95 98 0,035

N2 3,5 2,7 1,9 79

O2 Traços 0,13 Traços 21

Argônio Traços 1,6 0,1 1,0

** Composição provável antes do aparecimento da vida no planetaComposição provável antes do aparecimento da vida no planeta 3

Característica da atmosfera que favorecem a vidafavorecem a vida: caráter oxidante

� 21% de oxigênio coexiste com espécies reduzidas como metanometano, amôniaamônia,monóxidomonóxido dede carbonocarbono e óxidoóxido nitrosonitroso

A composição geral é resultado da

Introdução Introdução -- Composição Composição química geralquímica geral

�A composição geral é resultado da“vida” que vem se desenvolvendo

OO teorteor dede oxigêniooxigênio éé quasequase

todotodo produtoproduto dada fotossíntesefotossíntese

OutrasOutras fontesfontes contribuemcontribuem comcom

menosmenos dede umum bilionésimobilionésimo dodo estoqueestoque dede

OO22 queque respiramosrespiramos

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Ação humana ⇒⇒⇒⇒ Modificações significativas a partir da Revolução industrial

PoluiçãoPoluição:chuvachuva ácidaácida,, efeitoefeito estufaestufa ee depleçãodepleção dada camadacamada dede ozônioozônio

Introdução Introdução -- Contexto ambiental da poluiçãoContexto ambiental da poluição

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Exemplos de FATOS HISTÓRICOS relacionados à POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA:

-- DezDez.. 19301930 �� Vale de Meuse, Bélgica: grossa camada de poluição por 5dias (63 mortos e doenças em cerca de 6000 pessoas )

-- OutOut.. 19481948 �� o mesmo em Donova (Pensilvânia, EUA): 20 mortos equase metademetade dada populaçãopopulação ficouficou “doente”“doente”


-- DezDez.. 19521952 �� Londres: durante 5 dias ocorreram 4000 mortes (outrosepisódios na cidade em 1953 e 1962)

-- 19531953, 19631963, 19661966 �� episódios de forte poluição em Nova York

A partir desses episódios alguns países passaram a legislar, regulamentar eimplementar tecnologias para redução da poluição

No Brasil graves problemas ocorreram na cidade de No Brasil graves problemas ocorreram na cidade de CubatãoCubatão 6

Alguns conceitos relacionados à poluição atmosférica

11)) OO crescimentocrescimento populacionalpopulacional alteraaltera constantementeconstantemente aa atmosferaatmosfera

– Lançamento de gases e partículas

– Modificando as trocas de água e energia

•• Substituindo/removendoSubstituindo/removendo aa coberturacobertura naturalnatural queque barrambarram osos


•• Substituindo/removendoSubstituindo/removendo aa coberturacobertura naturalnatural queque barrambarram ososventosventos

•• RReduzindoeduzindo aa quantidadequantidade dede águaágua evaporada,evaporada, aumentandoaumentando oo fluxofluxodede calorcalor sensívelsensível

•• MudandoMudando aa circulaçãocirculação locallocal ee oo ânguloângulo dede recebimentorecebimento dada luzluz solarsolar

22)) PoluentesPoluentes são partículas e gases em concentrações que colocam emperigo a saúde dos organismos,, alterandoalterando aa dinâmicadinâmica ambientalambiental ee dosdosprocessosprocessos físicosfísicos

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PartículasPartículas maioresmaiores concentram-sepróxima ao solo (gravidade)

Alguns conceitos relacionados à poluição atmosférica

Características gerais dos poluentespoluentes


próxima ao solo (gravidade)

MateriaisMateriais particuladosparticulados diminuem apenetração da luz afetando o clima pormeio de efeitos físicos

GasesGases poluentespoluentes afetam o clima por meio de reações químicas

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Atmosfera Atmosfera -- Propriedades físicoPropriedades físico--químicas e regiõesquímicas e regiões

A atmosfera terrestre é atmosfera terrestre é uma fina camada gasosa que envolve a Terra, sendo formada por diferentes gases que se distribuem em “camadas”

Formação da atmosfera:

No início da formação do planeta Terra: atmosfera composta metanometano,amôniaamônia, nitritonitrito, vaporvapor dede águaágua e gásgás carbônicocarbônico - resultantes das constanteserupções vulcânicas e de colisões de meteoros na superfície

Em uma “segunda fase”, surgiram os primeiros organismos vivos querealizaram fotossíntese, absorvendo o gásgás carbônicocarbônico da atmosfera etransformando-o em oxigêniooxigênio.

6 COCO2 + 12 HH22OO CC66HH1212OO66 + 6 OO22 + HH22OO

(Glicose)

Ocorreu a maior transformação causada no planeta pelos organismos vivos: a atmosfera tornoua atmosfera tornou--se “cheia” de oxigêniose “cheia” de oxigênio

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Importância

� Funções protetoras da superfície da Terra

AA) Evita os impactos de corpos celestes (meteoros)

BB) Mantem parte do calor solar, impedindo sua imediata


BB) Mantem parte do calor solar, impedindo sua imediatairradiação para o espaço

CC) Impede variações bruscas de temperatura e radiações extremamente energéticas, favorecendo a vida terrestre

D) Atua como um condensador que transporta água dos oceanos aos continentes

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- Menos moléculas

- Abs de radiação de alta energia- T chegam em 12000C


ou ou

TermosferaTermosfera

Ordem e dimensão das camadas:Ordem e dimensão das camadas:

- Contém 80% dos gases atmosféricos- Th máx ∼∼∼∼ -- 60600C

- Moléculas de O3

- T de -- 60 60 até 000C

- Menos moléculas - T chegam a – 1000C

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Composição gasosa de cada camada:Composição gasosa de cada camada:

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Troposfera

• A temperatura diminui temperatura diminui com a altitude (decresce 6,5 0C a cada 1000 metros)• É nesta camada que se processam todos os fenómenos meteorológicosfenómenos meteorológicos

Estratosfera

• Ocorrem T superiores devido à absorçãoabsorção dede radiaçãoradiação UVUV por moléculas de O3


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Mesosfera

• É a camadacamada maismais friafria da atmosfera (poucas espécies absorvedoras)

Termosfera

• Diferentes espécies que absorvem radiação UV (altíssimasaltíssimas temperaturastemperaturas)13

TroposferaTroposferaÉ a camada importante para a sobrevivência dos seresaeróbios

OUTRAS CARACTERÍSTICAS

� Forte interação com a Litosfera e com a Hidrosfera



Representação da Representação da LITOSFERALITOSFERA , , também chamada de crosta terrestretambém chamada de crosta terrestre

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� Forte interação com aLitosfera e com a Hidrosfera

� Composição variada

Substâncias Concentração em ppm

Nitrogênio (N2) 780 840.00

Oxigênio (O2) 209 460.00

Argônio (Ar) 9 340.00

Dióxido de Carbono (CO2) 315.00

- GasesGases**

- Líquidos

- Sólidos

Neônio (Ne) 18.00

Hélio (He) 5.20

Metano (CH4) 1.20

Criptônio (Kr) 1.10

Óxido de Nitrogênio (N2O) 0.50

Hidrogênio (H2) 0.50

Xenônio (Xe) 0.08

Existem também milhares de constituintesExistem também milhares de constituintes--traço traço � 170 tipos de interações químicas (estimativa)

(**) Composição média do ar seco no nível do mar (SEINFELD, 1984)15




� Composição variada (gases, líquidos e sólidos)� Composição variada (gases, líquidos e sólidos)

� Materiais líquidoslíquidos e sólidossólidos em suspensão

- Origem natural (vulcões, queimadas)

- Origem antropogênica (poluição)

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Dispersão atmosférica de contaminantes

O termo “dispersão atmosféricadispersão atmosférica” é usado para referir-se ao espalhamento de poluentes gasosos devido aos efeitos convectivos e turbulentos do escoamento

atmosférico

ALÉMALÉM DISSO,DISSO, aa dispersãodispersão éé resultadoresultado dede mecanismosmecanismos dede transportetransporte rápidosrápidos eeirregularesirregulares

Atmosfera Atmosfera -- Transporte de substânciasTransporte de substâncias

�� Os contaminantes são carreados pelo vento e naturalmente semisturam na atmosfera turbulenta

�� Durante a dispersão, os contaminantes podem sofrer reaçõesquímicas

-- ContaminantesContaminantes primáriosprimários transformamtransformam--sese emem ContaminantesContaminantessecundáriossecundários

-- SãoSão depositadosdepositados nono solosolo ouou nana águaágua (por(por viavia secaseca ouou úmida)úmida)

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Exemplo de alguns poluentes importantes na atmosfera

� Os poluentes podem ser removidos por:

- Deposição úmida

- Deposição seca

- Reações químicas com partículas ou outros gases18



�� Substâncias persistentes (origem natural ou não) podem ficar “circulando” no ambiente:

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MAS, também ocorrem transformações químicas, MAS, também ocorrem transformações químicas, favorecidas pelos favorecidas pelos Ciclos Biogeoquímicos Ciclos Biogeoquímicos

• Atmosfera ⇒⇒⇒⇒ REATOR (OxigênioOxigênio [componente extremamentereativo], compostoscompostos emem pequenaspequenas concentraçõesconcentrações, [reagentesou catalisadores] e luzluz solarsolar [energia])


ou catalisadores] e luzluz solarsolar [energia])

• PRODUTOS de reações atmosféricas ⇒⇒⇒⇒ concentração dosreagentes, temperatura, catalisadores e reatividade damolécula

• Tempo de residência desses produtos ⇒⇒⇒⇒ tempo médio depermanência do composto na atmosfera

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Ciclos Biogeoquímicos Ciclos Biogeoquímicos


São o conjunto de reações químicas e as mudanças de fase que fazem com que substâncias permeiem os diferentes ecossistemas

Ex: Questão do CO2

CO2 atmosférico é fixado pelas plantas (fotossíntese) e reemitidopela respiração

� TENDÊNCIA: concentrações “constantes” de substâncias nos ecossistemas

em equilíbrio

MAS no caso do CO2 e outros gases � alterações (atividades

antropogênicas)

Ex: Queima de combustíveis fósseis

AumentaAumenta emem ~~44,,33%% aoao anoano aa emissãoemissão dede CarbonoCarbono nana atmosferaatmosfera

Compostos de Carbono Compostos de Carbono �� CICLO DO CARBONO (CICLO DO CARBONO (foco: COfoco: CO22 atmosféricoatmosférico))21

Atmospheric carbon dioxide (CO2)concentrations (1750 to present)

330

340

350

360

370parts per million volume

Mauna Loa (1958-present)

Siple Stat ion (1750-)

Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do carbonoCiclo do carbono

WORLDWORLDRESOURCESRESO URCES

INST ITUTEINST ITUTE

Data Source: C.D. Keel ing and T.P. Whorf, Atmospheric CO2 Concentrations (ppmv) deri ved from in s itu ai r samples col lec ted at Mauna LoaObservatory, Hawaii , Sc ripps Ins titute of Oceanography, August 1998. A. Neftel et al, H istoric al CO2 Record from the Siple Station IceCore, Phys ics Insti tute, University of Bern, Switzerland, September 1994. See http://cdiac .esd.ornl.gov/trends/co2/contents .htm

270

280

290

300

310

320

1750 1800 1850 1900 1950 2000

parts per million volume

Siple Stat ion (1750-)

22


�� “Fixação” de carbono por meio dos “Fixação” de carbono por meio dos vegetaisvegetais (CO(CO22) e ) e animaisanimais (C(C66HH1212OO66))�� ReemissãoReemissão por meio de processos naturais (decomposição) e queima de combustíveis fósseispor meio de processos naturais (decomposição) e queima de combustíveis fósseis

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�� EmEm relaçãorelação aoao fluxofluxo dede COCO22 entreentre ososdiferentesdiferentes compartimentos,compartimentos, seriaseria possívelpossível

ALGUMAS QUESTÕES ALGUMAS QUESTÕES PARA PENSAR...PARA PENSAR...

� Quais são as principais formas químicas de transporte de carbono entre os

vários compartimentos da biosfera?

22

diferentesdiferentes compartimentos,compartimentos, seriaseria possívelpossívelcalcularcalcular asas estimativasestimativas dede troca?troca?

�� OO pHpH dada águaágua favorecefavorece aa dissoluçãodissolução dodoCOCO22 atmosférico?atmosférico? DeDe queque forma?forma?

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Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do nitrogênioCiclo do nitrogênio

Espécies de Espécies de NN22 (inertes) e (inertes) e NOxNOx** (associadas a problemas ambientais)(associadas a problemas ambientais)

NN22

-- EspécieEspécie maismais abundanteabundante dadaatmosferaatmosfera-- NãoNão éé aproveitadoaproveitado pelospelos seresseres

vivosvivos NESTANESTA FORMAFORMA (exceção(exceçãoparapara algumasalgumas bactérias)bactérias)

-- OutrasOutras formasformas:: REATIVASREATIVAS

NONOxx == NONO ++ NONO

Transformação de NTransformação de N22em outros compostos:em outros compostos:

NH3NH4

+

NO2-

NO3-

NONOxx == NONO ++ NONO22

-- ChuvaChuva ácidaácida-- DepleçãoDepleção dada camadacamada dede ozônioozônio(Próxima(Próxima aula)aula)

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Ciclo do nitrogênio �� Complexo (efeitos desconhecidos)

• Relâmpagos⇒ Transforma N inerte em N reativo:

NN22 + O+ O22 → 2NO→ 2NO

Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do nitrogênioCiclo do nitrogênio

Reações químicasReações químicas

•• 3/2 H3/2 H22 + ½ N+ ½ N22 NHNH33 (Haber-Bosch) * Indústria de fertilizantes

* Substituinte dos CFCs

* Aditivo em petroquímicas

• Nitrificação:

• Desnitrificação:

2 NH2 NH44++ + 3 O+ 3 O2 2 �� 2 NO2 NO22

-- + 2H+ 2H22O + 4HO + 4H++

2 NO2 NO22-- + O+ O22 �� 2 2 NONO33

--

NONO33-- �� NONO22

-- �� NO NO �� NN22O O �� NN2226

Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do enxofreCiclo do enxofre

Chuva ácidaChuva ácida

(próxima aula)(próxima aula)(próxima aula)(próxima aula)

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Compostos de enxofre (estados de oxidação (-2 até +6)) e suas fontes

�� SO2 ⇒ combustíveis fósseis (atividades antropogênicas � grandesquantidades)

HemisférioHemisfério NorteNorte ⇒⇒ maiormaior concentraçãoconcentração queque hemisfériohemisfério SulSul

(países(países ricosricos queimamqueimam maismais combustíveiscombustíveis fósseis)fósseis)

�� H2S ⇒ águas ou regiões úmidas do continente (reações anaeróbias)

Atmosfera Atmosfera –– Ciclo do enxofreCiclo do enxofre

�� H2S ⇒ águas ou regiões úmidas do continente (reações anaeróbias)

�� Dimetilsulfeto⇒ emitidos por fitoplancton na superfície dos oceanos

�� SO42- ⇒ dissolvido na água e presente na atmosfera (“spray oceânico”)

QuandoQuando asas partículaspartículas temtem diâmetrodiâmetro << 1010 mmmm constituemconstituem oo ““aerosolaerosol dede sulfato”sulfato”podempodem penetrarpenetrar nosnos pulmõespulmões ee causarcausar doençasdoenças respiratóriasrespiratórias (sulfatos(sulfatosprovenientesprovenientes dede poluição)poluição)

�� ResponsáveisResponsáveis porpor mudançasmudanças climáticasclimáticas (interagem(interagem comcom aa luzluz solarsolarcausandocausando alteraçõesalterações dede temperatura)temperatura)

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Referências

•• Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introdução à Química Ambiental, Porto Alegre Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introdução à Química Ambiental, Porto Alegre BookmanBookman, 2004, 2004

•• BairdBaird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo , C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo RecioRecio e Liz Carlos M. Carrera, 2 e Liz Carlos M. Carrera, 2 eded, Porto , Porto Alegre, Alegre, BookmanBookman, 2002, 2002

•• http://biologiatualizada.blogspot.com.br/2012/01/fotossintese.htmlhttp://biologiatualizada.blogspot.com.br/2012/01/fotossintese.html, acessada 22, acessada 22--0606--1313

•• http://www.brasilescola.com/historiag/revolucaohttp://www.brasilescola.com/historiag/revolucao--industrial.htmindustrial.htm, acessado 22, acessado 22--0606--1313

•• http://envolverde.com.br/saude/qualidadehttp://envolverde.com.br/saude/qualidade--dodo--ar/poluicaoar/poluicao--dodo--arar--matamata--pelopelo--menosmenos--doisdois--milhoesmilhoes--dede--pessoaspessoas--porpor--anoano--nono--mundomundo--dizdiz--oms/oms/, acessado 23, acessado 23--0606--1313

•• Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011

•• MaioliMaioli,, OO..LL..GG..,, Nascimento,Nascimento, GG..NN.. ComposiçãoComposição dada Atmosfera,Atmosfera, CiclosCiclos GlobaisGlobais ee TempoTempo dede VidaVida.. MonografiaMonografia..

UFESUFES

•• MozetoMozeto,, AA.. QuímicaQuímica AtmosféricaAtmosférica:: AA químicaquímica sobresobre nossasnossas cabeçascabeças.. CadernosCadernos TemáticosTemáticos dede QuímicaQuímica NovaNova

nana EscolaEscola.. 20012001

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