Nossa atmosfera é uma camada de
ar de aproximadamente 700 quilômetros de espessura que envolvem o planeta terra
e é composta por diversos elementos químicos. Os gases que estão em maior
quantidade na atmosfera são:Nitrogênio, Oxigênio,
Argônio, Neônio, e outros gases nobres. Na atmosfera estão presentes gases que
são produtos de processos respiratórios e fotossintéticos, como o gás oxigênio
e o gás carbônico
Esses
gases fazem parte da mistura de ar seco presente até mais ou menos uma altura
de 25 quilômetros de altura, acima disso é possível encontrar outros
componentes gasosos, os poluentes, que causam diversas alterações na atmosfera:
dióxido de carbono, vapor d'água etc.
A
atmosfera terrestre deve ser vista como um grande ‘cobertor’ do planeta. Ela
protege a Terra do espaço cósmico, que contém radiações extremamente
energéticas. Ela também se constitui em um componente fundamental do Ciclo
Hidrológico, pois age como um gigantesco condensador que transporta água dos
oceanos aos continentes.
A
atmosfera também absorve a maior parte da radiação cósmica e eletromagnética do
Sol: apenas a radiação na região de 300- 2.500 nm (ultravioleta, a UV, visível
e infravermelha, a IV) e 0,01-40 m (ondas de rádio) é transmitida pela
atmosfera e atinge nossas cabeças. Com afirma Manahan (1984), ‘é
particularmente um fato feliz o fato de a atmosfera filtrar a radiação Ultra
Violeta de comprimento de onda (λ) menor que cerca de 300 nm que destrói os
tecidos vivos’. Desta forma, é também essencial na manutenção do balanço de calor
na
A
estrutura das regiões da atmosfera quase sempre é definida de acordo com as
variações da temperatura com a altitude.
É
importante comentar que há registros de que existem variações na altitude das
regiões limítrofes entre essas camadas. A tropopausa (que separa a troposfera
da estratosfera), pode variar até mais de 1 km em um único dia em função de
diversos fatores que incluem a temperatura e natureza da camada inferior.
A
troposfera é caracterizada por quedas na temperatura à medida que a altitude
aumenta, isto é, à medida que aumenta a distância da fonte de calor que é a
superfície da Terra. Na tropopausa, em sua parte mais fria, a água atmosférica
é solidificada. Isso evita a perda do elemento hidrogênio da Terra para o
espaço sideral.
Na
estratosfera há um aumento da temperatura com a altitude, que atinge seu máximo
na sua parte superior devido à presença do ozônio (O3).
Na
mesosfera, por sua vez, há uma queda na temperatura devido à diminuição da
concentração de espécies que absorvem energia, especialmente o ozônio. Nesta e
em camadas mais altas (a termosfera) aparecem espécies iônicas e atômicas, e
nesta última, a temperatura, devido à absorção de radiação de alta de energia
de comprimento de ondas de cerca de 200 nm, chega a cerca de 1.200 °C.
A
atmosfera tem uma função vital de proteção da Terra, pois absorve a maior parte
da radiação cósmica e eletromagnética do Sol: apenas UV, visível e IV e ondas
de rádio são transmitidas pela atmosfera e atingem nossas cabeças.
Reações
químicas e fotoquímicas da atmosfera:
Os principais componentes da atmosfera são o nitrogênio diatômico (N2) com 78%,
o oxigênio diatômico (O2) com 21%, o argônio (Ar) com 1% e o gás carbônico (CO2
) com cerca de 0,04%. Essa mistura de gases aparenta ser não-reativa na baixa
atmosfera mesmo em temperaturas e intensidade solar muito além daquelas
encontradas na superfície da Terra; mas o fato é que muitas reações
ambientalmente importantes ocorrem no ar, independente de estar limpo ou
poluído.
A química da camada de ozônio tem diferentes moléculas absorvem a radiação
solar em diferentes comprimentos de onda devido aos diferentes estados
eletrônicos que estas podem assumir. Muitas espécies absorvem energia na região
do visível (de 400 a 750 nm) enquanto outras, como o oxigênio diatômico,
absorvem radiação UV (que vai de 50 a 400 nm) preferencialmente na faixa de
cerca de 70 a 250 nm.
Acima da e na estratosfera, moléculas de O2 e N2 filtram
a radiação solar de um modo que nenhuma energia com comprimento de onda (λ)
menor que 220 nm atinge a superfície da Terra. Já a radiação na faixa de 220 a
320 nm é filtrada principalmente pelas moléculas do oxigênio triatômico O3, o
ozônio (pico de absorção entre 250- 260 nm), que se distribui na parte média e
baixa da estratosfera.
Os
fótons da luz visível ou UV têm energia da ordem de grandeza das entalpias (ou
calor de reação) de muitas reações químicas,o que viabiliza a dissociação de
moléculas. É o caso do oxigênio diatômico na atmosfera: as moléculas de O2, que
absorvem fótons de energia correspondentes a λ ≤ 241 nm, serão dissociadas
segundo a equação O2+ UV (λ ≤ 241 nm) → 2O (1)
Quando
uma reação é iniciada pela ação de fótons, ela é chamada de reação fotoquímica.
No caso da reação acima, dizemos tratar-se de uma reação de fotólise, ou de fotodissociação
ou ainda de decomposição fotoquímica. Contudo, moléculas de O2 não se
dissociarão se a quantidade de energia do fóton for insuficiente. Neste caso,
elas acumulam este excesso de energia por um tempo muito curto e dizemos que
estão em um estado excitado (de energia maior do que a do estado fundamental),
denotado por O2*.
Esse excesso de energia ou é convertido em um fóton e
novamente emitido ao meio, ou é convertido em calor que é transmitido a
espécies vizinhas através das colisões. Naturalmente, para que uma quantidade
de fótons promova uma reação, a energia dos mesmos tem de ser absorvida pelas
moléculas.
No entanto, como afirma Baird (1998), a absorção de fótons por
espécies com energia suficiente para que uma reação ocorra não é um requisito
sine qua non para que a mesma ocorra: a energia dos fótons pode ser divergida
pela molécula em outros processos do estado excitado. Portanto, a
disponibilidade de luz com suficiente energia dos fótons é uma condição
necessária, mas não suficiente para que a reação ocorra.
Moléculas
de O3 são formadas e destruídas em reações não catalíticas na estratosfera.
Estas reações são exotérmicas, conferindo portanto o perfil típico de
temperatura desta camada da atmosfera. Acima da estratosfera o ar é muito
rarefeito e as molé- culas de O2 são decompostas pela radiação UV do Sol; parte
dos átomos de oxigênio recombinam-se e formam moléculas diatômicas, que podem
novamente sofrer o processo de fotodecomposição. Por estas razões, a
intensidade da radiação UV na estratosfera é muito menor. Sendo o ar aí mais
denso, essa região contém um maior número de moléculas de O2.
Assim,
essas moléculas em colisão com átomos de oxigênio resultam na produção de
ozônio segundo a equação O + O2→ O3+ calor (2)
Esta
reação é a principal fonte de geração do O3
da estratosfera. No entanto, uma terceira molécula é requerida para
transmitir o calor desta reação. As moléculas de N2, por serem mais abundantes,
geralmente desempenham este papel. Portanto, a equação acima é mais
realisticamente escrita incluindo-se essas moléculas da forma apresentada
abaixo, que é denominada de processo não-catalítico da formação do ozônio.
O +
O2 + M → O3+ M + calor (3)
Assim,
apesar da existência de um gradiente de temperatura dentro da estratosfera (o
ar é mais quente na parte superior do que na parte inferior desta camada) a
estratosfera mesmo assim é mais quente que o topo da troposfera e a parte
inferior da mesosfera, seus limites físicos, como mostrado na
A
destruição das moléculas de O3 na estratosfera é predominantemente um resultado
da fotodecomposição pela absorção de fótons UV com λ < 320 nm que, segundo a
equação abaixo, produz moléculas e átomos de oxigênio no estado excitado: O3 +
UV (λ < 320 nm) → O2* + O*(4)
A
maioria dos átomos de oxigênio formados na decomposição do O3 ou do O2 reagem
com moléculas de O2 regenerando o O3; alguns átomos de oxigênio reagem com o
ozônio, destruindo-o através da conversão emduas moléculas de O2.
A
combinação dos processos acima referidos de formação do ozônio pela ação da
radiação UV e moléculas de O2 (Eq. 3) e
sua destruição pela UV formando átomos de oxigênio por um lado e, por outro
(Eq. 4), usando esses átomos para formar moléculas de O2, é o chamado Ciclo de
Chapman. Os processos catalíticos de destruição do ozônio são de fundamental
importância no estudo da química atmosférica e começaram a ser desvendados no
início da década de 1960.
Várias são as espécies atômicas
ou moleculares que fazem esta destruição através da remoção de um átomo de
oxigênio da molécula de O3.
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