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Química Da Estratosfera - Pamela Melo
Química Da Estratosfera - Pamela Melo
Química Da Estratosfera - Pamela Melo
INSTITUTO DE QUÍMICA
1– Em relação aos gráficos que faixa da radiação ultravioleta emitida pelo sol é filtrada pelo oxigênio e que faixa é
filtrada pelo ozônio?
O oxigênio diatômico que está acima da estratosfera filtra a radiação na faixa dos 120 a 220 nm e o ozônio, que fica
espalhado pela média e baixa estratosfera, filtra a radiação entre 220 e 320 nm.
A divisão principal desses comprimentos de ondas é denominada ultravioleta (UV), que vai de 50 nm até 400 nm. Dentro
dessa divisão há as subdivisões que são as UV-C que abarca a faixa dos 200 a 280 nm, a UV-B que compreende a faixa
dos 280 aos 320 nm e a UV-A que representa a faixa dos 320 aos 400 nm. Então, as faixas que representam os
As consequências estão relacionadas ao fato da nossa maior exposição aos raios solares da faixa UV-B, os quais o O3 é
responsável por filtrar na estratosfera média e baixa. Desta forma, com a maior exposição a esses raios altamente
energéticos pode- se causar o bronzeamento da pele ou, em casos mais graves, a queimadura, assim como desenvolver
o melanoma (câncer de pele) e a catarata. Além disso, os raios UV-B podem alterar de formas distintas o nosso sistema
6 - Defina o que vem a ser uma reação fotoquímica? E como o átomo ou molécula no estado excitado perde a
energia?
A reação fotoquímica é aquela que acontece devido a energia provinda da luz. O átomo ou molécula que está em um
estado excitado pode retornar ao seu estado fundamental por meio de uma reação fotoquímica, da emissão de um
fóton ou na liberação de calor.
7 - Qual a energia em, kJmol-1, associada a fótons que tem os seguintes comprimentos de onda? Qual faixa do
espectro eletromagnético associada a esse fóton?
a) 280 nm
119.627 119.627
𝐸 = λ
⇒𝐸 = 280
= 427, 24 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 ⇒ ultravioleta
b) 500 nm
119.627
𝐸 = 500
= 239, 25 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 ⇒ visível
c) 850 nm
119.627
𝐸 = 850
= 140, 74 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 ⇒ infravermelho
d) 4000 nm
119.627
𝐸 = 4000 = 29, 91 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 ⇒ infravermelho
e) 40 nm
119.627
𝐸 = 40
= 2990, 68 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 ⇒ raio x
8 - Utilizando as informações das entalpias de formação dadas a seguir, calcule o comprimento de onda máximo
que pode dissociar NO2 em NO e oxigênio diatômico. Recalcule o comprimento de onda no caso de a reação
resultar na completa dissociação de átomos livres? ( N + 2O). A luz com este comprimento de onda está
disponível em que faixa da luz solar?
0 119627
∆𝐻 = ((2 * 90, 2) + 0) − (2 * 32, 2) = 116 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 λ = 116
= 1031, 3 𝑛𝑚
0 119627
∆𝐻 = (472, 7 + (2 * 249, 2)) − 32, 2 = 938, 9 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 λ = 938,9
= 127, 41 𝑛𝑚
9 - Qual a reação de formação de O3 na estratosfera? Como ele ocorre? Qual o gradiente da concentração do
ozônio formado?
𝑂 + 𝑂2 + 𝑀 → 𝑂3 + 𝑀 + 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟
Essa reação ocorre devido a pouca quantidade de oxigênio atômico e maior presença de oxigênio molecular na
média estratosfera, visto que os raios UV-C, mais energéticos e responsáveis pela dissociação do O2, já foram
absorvidos pelo oxigênio na parte de cima. Então a reação mais provável é do O com o O2, formando o O3. E a maior
quantidade de O3 fica localizada, de maneira geral, entre 15 e 35 km de altitude, logo na média e baixa estratosfera.
O ciclo de Chapman diz respeito aos processos de produção e destruição do ozônio. Podemos começar o ciclo pelo O2
da alta estratosfera que pode absorver um fóton e se dissociar em dois oxigênios atômicos que, sequencialmente,
podem reagir com um O2 e produzir o O3, que por sua vez, pode reagir com um O e produzir duas moléculas de
oxigênio diatômico.
Os processos catalíticos da destruição do O3 são aqueles que apresentam catalisadores chamados, genericamente, de X
que aceleram o mecanismo de Chapman, visto que a reação mais direta (O3 + O ---> 2O2) raramente ocorre e com os
catalisadores já é mais comum e eficiente.
13 – Um dos mais importantes agentes catalíticos para a destruição da camada de ozônio é a espécie radical livre
NO. Como é formado o radical NO?
O NO é produzido quando o NO2 sobe para a estratosfera, onde pode eventualmente colidir com O atômico excitado,
produzido pela decomposição fotoquímica do O3, e resultar em duas moléculas de NO.
𝑁2𝑂 + 𝑂 * → 2𝑁𝑂
15 - Descreva o processo pelo qual o cloro torna-se ativado, no fenômeno do buraco de ozônio na Antártida?
A conversão do cloro inativo em ativo ocorre na superfície de partículas formadas por uma solução contendo água,
ácido sulfúrico (H2SO4) e ácido nítrico (HNO3). A conversão só acontece devido às nuvens estratosféricas polares
(NEPs) que são formadas a partir da condensação dos gases dentro dos vórtices. Esses vórtices, por sua vez, são
gerados na estratosfera polar por causa da baixa pressão, que é proporcionalmente relacionada com a temperatura
de acordo com a lei dos gases gerais, e da rotação da terra, que, então, produzem uma massa de ar giratória que
armazena o ar em seu interior frio por meses e não deixa nenhuma matéria penetrar.
As reações químicas que levam finalmente à destruição de ozônio ocorrem em uma fina camada aquosa presente na
superfície dos cristais de gelo de NEP que com a diminuição da temperatura formam-se cristais maiores que
consistem principalmente de água e ácido nítrico. Então, torna-se possível a reação do nitrato de cloro gasoso
(ClONO2) com a água e produzir o ácido hipocloroso (HOCl) que pode reagir com um íon de Cl- oriunda da
dissociação do HCl ainda na camada aquosa, e produzir Cl2, que por sua vez pode absorver luz solar e gerar 2 Cl e
assim iniciar a depleção do O3.
17 - Explique o que são HCFCs e descreva quais os tipos de reação que apresenta sumidouro estratosférico para
eles. Sua destruição na atmosfera é 100% completa? Por que os HCFCS não são considerados substitutos do
CFCs ao longo prazo?
Os hidroclorofluorcarbonetos HCFCs são os substitutos temporários dos CFCs, pois a presença do hidrogênio faz com
que, quando esse composto chegue na atmosfera, possa reagir com o radical OH e desta forma não chegar até a
estratosfera. Contudo, apesar de a longo prazo os HCFCs serem menos ativos na depleção do O3, sua ação a curto
prazo é altamente eficiente porque libera o cloro muito mais rápido que os CFCs, portanto eles são substitutos
apenas temporários pois contrabalanceiam os efeitos nocivos ao O3 a longo prazo dos CFCs. Os substitutos perfeitos
são os que não contenham cloro em sua composição.
18 - Quais gases estão sendo eliminados gradualmente em cumprimento aos acordos do Protocolo de Montreal?
20 - O que halons?
São compostos químicos contendo bromo que não possuem sumidouros troposféricos e, desta forma, são substâncias
depletivas do ozônio, pois sobem até a estratosfera e liberam o bromo fotoquímicamente.
Apesar das similaridades do clima, a depleção do O3 no ártico é menos severa que na Antártica, pois a temperatura da
estratosfera não cai tanto e nem por tanto tempo e assim a circulação do ar nas áreas circundantes não fica tão
limitada. Portanto, há pouca formação das NEPs e, consequentemente, não ativa-se o cloro. Contudo, nos últimos
estudos observou-se que a maior quantidade de CO2 e a depleção do ozônio esfriam a estratosfera o que leva a uma
depleção maior se o resfriamento ocorrer na primavera, pois desta forma estende o período de permanência das NEPs.
22 - Um mecanismo proposto para a destruição de ozônio no final da primavera sobre latitude norte inicia-se na
baixa estratosfera pela decomposição fotocatalítica do ClONO2 a Cl e NO3, seguida pela decomposição
fotocatalítica deste último a NO e O2. Deduza o ciclo de destruição catalítica do ozônio que não necessite de
oxigênio e que incorpore essas reações. Qual a reação global?
𝐶𝑙 + 𝑂3 → 𝐶𝑙𝑂 + 𝑂2
𝑁𝑂3 + 𝑓ó𝑡𝑜𝑛 → 𝑁𝑂 + 𝑂2
𝑁𝑂 + 𝑂3 → 𝑁𝑂2 + 𝑂2
23 - Sob condições de baixa concentração de átomos de oxigênio, o radical HOO pode reagir reversivelmente com
NO2 para produzir moléculas de HOONO2.
𝑁𝑂2 + 𝑂2 → 𝑁𝑂 + 𝑂3
b) Deduza com a adição de óxido de nitrogênio na média e alta estratosfera pode diminuir a concentração de
ozônio com consequência de outras reações.
Na média e alta estratosfera há uma maior incidência de raios UV-B bastante energético que podem ser
absorvidos por uma molécula de NO2 e gerar sua dissociação em NO e O, e ambos os produtos podem reagir
com o ozônio.Apesar da reação do O com o O3 não ser tão eficiente, pode acontecer.
𝑁𝑂 + 𝑂3 → 𝑁𝑂2 + 𝑂2
𝑂 + 𝑂3 → 2 𝑂2
c) Dada as informações fornecidas nos itens (a) e (b), em qual região da estratosfera poderiam aviões
supersônicos no caso de emitirem quantidades substanciais de óxido de nitrogênio em sua exaustão?
Na baixa estratosfera.