2.3. Interação Radiação Matéria

Voltando à atmosfera da Terra…

A atmosfera da Terra é uma mistura de gases que

envolve a Terra e que acompanha os seus movimentos de

rotação e translação.

Atmosfera vista do espaço

Troposfera

Mesosfera

Estratosfera

Termosfera

Exosfera

90 km

500 km

Camadas da atmosfera:

1) Troposfera

2) Estratosfera

3) Mesosfera

4) Termosfera

5) Exosfera Zonas de

transição

Tropopausa

Estratopausa

Mesopausa

Constituintes

dominantes:

Moléculas

Constituintes

dominantes:

Iões

Constituintes

dominantes:

Moléculas e

Radicais

Uma breve referência…

Composição química da

atmosfera

A temperatura da atmosfera terrestre depende…

Efeito da

proximidade ao

solo

Interacção das

radiações solares

com os

constituintes da

atmosfera

Efeito

Térmico Efeito

Químico

Interacção da radiação devolvida pela

Terra (radiação Infravermelha)

com os constituintes da atmosfera

Interacção

radiação - matéria

Efeito térmico Efeito químico

A energia absorvida pelas

partículas faz aumentar

a sua energia cinética,

o que resulta num aumento

da sua temperatura

A energia absorvida pelas

partículas possibilita o

desencadeamento de reacções

químicas

Se não existisse efeito químico… como seria a

temperatura da atmosfera terrestre?

A temperatura

diminui com o

aumento da

altitude

A Temperatura

aumenta com o

aumento da

altitude

Ponto de inflexão

Mas, na realidade tal não acontece!

Conjugação de

factores:

Efeito Químico

Efeito Térmico

Proximidade ao

solo

em vez de

Alt

itu

de

(km

)

Perfil real da temperatura da atmosfera em função da altitude

Então o que provoca o efeito químico…

As reacções químicas desencadeadas pela

acção da radiação solar designam-se reacções

fotoquímicas ou fotólises

Energia de dissociação – Energia que é necessário

fornecer para “quebrar” a ligação química de uma

molécula

Da dissociação das moléculas

resultam partículas muito reactivas

Radicais Livres - partículas com pelo menos

um electrão desemparelhado

O=O + radiação ultravioleta O. + O.

H3C–H + radiação ultravioleta CH3

. + H.

H3C–Br + radiação ultravioleta CH3. + Br.

Cl-Cl + radiação ultravioleta Cl. + Cl.

HO-H + radiação ultravioleta HO. + H.

Formação de radicais livres na atmosfera

Efeito dos radicais livres na saúde

São a causa básica do envelhecimento;

Têm implicações no desenvolvimento de:

Cancro

Sida

Aterosclorose

Diabetes

Asma

Doenças reumatológicas

Doenças cardiovasculares

Na lesão cerebral mediada pela idade

Po

der

an

tio

xid

an

te

Vegetais Frutas

Repolho

Morango, Kiwi

Beterraba Ameixa

Pimenta vermelha Laranja

Brócolos Uva

Espinafre Maçã

Batata Tomate

Milho Banana

. Pêra

. Melão

Alimentos importantes no controlo da

produção de radicais livres

Energia de ionização – Energia necessária para

remover um electrão a um átomo ou molécula.

Destas reacções resultam iões

positivos

A energia de ionização pode exprimir-se em joule por partícula (J)

ou em quilojoule por mole de partículas (KJmol-1)

Formação de iões positivos na atmosfera

N2 + radiação ultravioleta N2+ + 1e-

O2 + radiação ultravioleta O2 + + 1e-

O. + radiação ultravioleta O.+ + 1e-

Comparação das energias de dissociação com as de

Ionização…

Ocorrem

(principalmente)

Na troposfera

Na estratosfera

Ocorrem

(apenas)

Na mesosfera

Na termosfera

Exercício 1: A energia de ionização para a molécula de O2 é 1,910-18J.

Exprima este valor em KJ por mole de partículas (KJ.mol-1).

Resolução

Dados:

Ei = 1,910-18J

NA= 6,021023mol-1

1 KJ = 1000 J

1 partícula __________1,910-18J

6,021023mol-1_________ x

X = 11,4105 Jmol-1

Ei = 1140 KJmol-1

A atmosfera como filtro solar

A atmosfera funciona como

filtro de radiação solar:

deixa passar as radiações de

energia mais baixa e

absorve as de energia

superior

Se assim não fosse a

existência de vida não

seria possível

Parte do espectro electromagnético

Camada da atmosfera Tipo de radiação

absorvida

(Energia/J)

Termosfera e

Mesosfera

UVC e outras de maior

energia

(E>9,910-19)

Estratosfera UVC e UVB

(6,6 10-19 <E< 9,910-19)

Troposfera UVA, visível e

infravermelha

(E<6,610-19)

Em síntese…

Interacção

Radiação

Matéria

origina

Radiação muito

energética-

provoca a

ionização

retirando um

electrão

Iões

N2+, NO+,

O2+, O.+

Termosfera

Mesosfera

Radiação

menos

energética-

provoca a

dissociação das

moléculas

Radicais

livres

HO., NO.,

Br., Cl.

Estratosfera

Troposfera

Troposfera

0 km

Na troposfera a temperatura diminui com a altitude,

devido, essencialmente, à diminuição do efeito de

proximidade do solo.

12 km

A L T I T U D E

Nesta camada formam-se radicais livres,

sendo o radical OH., um dos mais

abundantes.

Estratosfera

20 km

50 km

A L T I T U D E

A estratosfera é constituída por

azoto, oxigénio e ozono.

A temperatura da estratosfera aumenta com a altitude

A absorção de radiações UV pelo ozono permite a dissociação de

moléculas e formação de radicais.

A reacção de formação do ozono (fortemente exotérmica) é a principal

responsável pelo aumento de temperatura nesta zona da atmosfera.

Também se observa efeito térmico.

Termosfera

100 km

500 km

A L T I T U D E

A temperatura

na termosfera

aumenta com a altitude.

Efeito químico

A dissociação das

moléculas N2 e O2 e a

formação dos

respectivos radicais, N.

e O..

A ionização das

partículas existentes

formação sobretudo,

de N2+, O2

+, mas

também de O.+

Efeito térmico Aumento da energia

cinética destas partículas,

devido ao excesso de

energia absorvida

relativamente ao efeito

químico

Mesosfera

50 km

90 km

A L T I T U D E

Na mesosfera a quantidade de

ozono e outros gases é baixa.

A temperatura na mesosfera diminui com a altitude.

Observam-se os efeitos químicos e térmicos da termosfera,

mas em menor escala.

Exercício 2 - As energias de dissociação e de ionização para a molécula N2 são,

respectivamente, 945 KJ mol-1 e 1503 KJ mol-1.

2.1-Traduza por equações químicas estas reacções químicas.

2.2- Exprima estas energias em Joule por partícula (J).

2.3- Atendendo a estes valores, explique por que razão a ionização das moléculas

de azoto ocorre na termosfera.

Resolução: 2.1- N2 + radiação ultravioleta N. + N.

N2 + radiação ultravioleta N2+ + 1e-

2.2- Ed = 945 KJ mol-1

Ei = 1503 KJ mol-1

945 KJ __________ 6,02 1023 partículas

X __________ 1 partícula

Energia de dissociação para a molécula de N2 = 1,6 10-18J por partícula

1503 KJ __________ 6,02 1023 partículas

X __________ 1 partícula

Energia de ionização para a molécula de N2 = 2,5 10-18 J por partícula

2.3- Porque a radiação ultravioleta absorvida nesta zona, termosfera, é a mais energética.

Exercício 3- Observe o gráfico ao lado.

3.1- Identifique a camada A da atmosfera e explique

por que razão nesta camada a temperatura diminui com

a altitude.

3.2- Identifique a camada B e explique a razão por que

aumenta a temperatura nesta camada.

3.3- Por que razão na camada mais alta da atmosfera o

aumento de temperatura é mais acentuado?

3.1- A- Troposfera.

A temperatura diminui com a altitude devido à diminuição do efeito de proximidade do solo.

3.2- B – Estratosfera

A temperatura aumenta devido à acção conjunta dos efeitos químico e térmico,

principalmente devido à ocorrência da reacção de formação do ozono (reacção fortemente

exotérmica).

3.3- C- Termosfera

A temperatura aumenta devido à acção conjunta dos efeitos químico e térmico. É nesta

camada que são absorvidas as radiações mais energéticas.

Exercício 4- Na estratosfera, as radiações que são absorvidas têm energia

compreendida entre cerca de 6,610-19J e 9,91019J. Explique por que motivo ocorre, principalmente na estratosfera , a formação de radicais livres e não a formação de iões.

Resolução:

Porque a formação de iões requer radiação ultravioleta

mais energética do que a formação de radicais livres.