química da atmosfera

1. Química da Atmosfera
UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE - UERN
FACULDADE DE CIÊNCIAS ECONÔMICAS – FACEM
DEPARTAMENTO DE GESTÃO AMBIENTAL – DGA
Mossoró/RN

2. Atmosfera é o nome dado à camada gasosa que envolve os
planetas. No caso da atmosfera terrestre ela é composta por
inúmeros gases que ficam retidos por causa da força da
gravidade, da temperatura baixa em grande altitudes e do campo
magnético que envolve a Terra.
ATMOSFERA

3. • A composição da atmosfera atual é um fator vital para o
desenvolvimento da vida na Terra.
• Sabe-se que a composição da atmosfera atual não é igual à
composição da atmosfera primitiva, aquela que se formou há
milhões de anos.
COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA

4. COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA
No início da formação do planeta Terra a
atmosfera era composta basicamente por gases
(metano, amônia, nitrito, vapor de água e dióxido
de carbono) resultantes das constantes
erupções e colisões na superfície inóspita da
Terra primitiva, além dos que eram expelidos por
rachaduras na crosta terrestre.

5. Então, em uma segunda fase, surgem os
organismos vivos fotossintesantes,
absorvendo o gás carbônico da atmosfera e
transformando-o em oxigênio (ciclo do
carbono).
Com o processo da fotossíntese a atmosfera torna-se saturada
de oxigênio, formando a camada de ozônio fundamental para a
existência da vida como conhecemos hoje.
COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA

6. Após milhares de anos de
transformação a atmosfera
chega à constituição química
que possui hoje: rica em
nitrogênio e oxigênio.
Gases Volume %
Nitrogênio - N2
Oxigênio - O2
Argônio - Ar
Dióxido de carbono - CO2
Neônio - Ne
Hélio - He
Metano - CH4
Criptônio - Kr
Hidrogênio - H2
Óxido de dinitrogênio - N2O
78
21
0,9
0,03
0,002
0,0005
0,0002
0,0001
0,00005
0,00005
6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6O2 + H2O
(Glicose)
COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA
Minoritários

7. CAMADAS DA ATMOSFERA
Para efeitos de estudos a atmosfera
pode ser dividida em camadas tendo
como critérios a variação da altitude,
temperatura e concentração de gases.

8. A troposfera, geralmente se estende entre ≈ de 10 a 15
km da superfície (entre 20 km no equador e 8 km nos
polos). É nesta camada que acontecem praticamente todos
os fenômenos que influenciam o tempo (fenômenos
meteorológicos). A temperatura diminui com a altitude
(decresce 6,5 0C a cada 1000 metros)
CAMADAS DA ATMOSFERA

9. A estratosfera, estende-se até aproximadamente 50 km com
temperaturas parecidas com as da troposfera até o limite de
20km. Esta camada é mais quente por causa do ozônio que se
acumula e que absorve os raios ultravioletas. Temperatura se
eleva com a altitude.
CAMADAS DA ATMOSFERA

10. CAMADAS DA ATMOSFERA
Na mesosfera, a temperatura novamente
diminui. Esta camada vai até cerca de 80
km. A esta altura, a temperatura chega a -
90ºC.

11. CAMADAS DA ATMOSFERA
E a termosfera não possui um limite inferior bem definido. As
moléculas se agitam com uma velocidade enorme. A termosfera
compreende uma camada situada entre 80 a 900 km, chamada de
ionosfera. Diferentes espécies que absorvem radiação UV
(altíssimas temperaturas)

12. CAMADAS DA ATMOSFERA

13. IMPORTÂNCIA DA ATMOSFERA
Grande parte dessa interações ocorrem na Troposfera

14. IMPORTÂNCIA DA ATMOSFERA
É a região da atmosfera que está
contato com a superfície do planeta
e sofre influência direta do
aquecimento dessa superfície e do
depósito de poluentes
• Dinamismo – intenso transporte
de matéria e energia devido às
correntes de convecção;
• É deposito direto de gases
poluentes e material
particulado provenientes de
atividades antropogênicas ou
naturais
85% da massa de toda a atmosfera

15. ✓ A atmosfera pode ser considerada como um grande reator;
✓ Contém O2 que é um elemento bastante reativo e
diversos outros compostos em pequenas concentrações;
✓ Os quais podem atuar como reagente e/ ou catalisadores,
e a luz solar como fonte de energia;
✓ As questões ambientais devem ser interpretadas o fluxo
de matéria e energia;
Balanço térmico + ciclos biogeoquímicos
Ações antrópicas

17. Balanço de Energia da Terra
“ Balanço” é a diferença entre a entrada e a saída de elementos
de um sistema.
Os principais componentes para o balanço de radiação no sistema
terrestre são: superfície, atmosfera e nuvens.
entrada – saída = balanço
Quando a radiação solar entra no sistema climático da Terra, uma
parte é absorvida pela superfície do planeta e outra parte é
refletida de volta para o espaço.
A radiação solar é um dos principais fatores que assegura a vida
na Terra.

18. • Cerca de 30% da radiação solar é
refletida de volta para o espaço;
• 70 % é absorvido pela superfície
terrestre
(parte é absorvida pelas moléculas de
água e demais partículas que tem
essa propriedade como o ozônio;
grande parte é absorvida pela
superfície que é fonte de energia para
a biomassa)
Obs: Após a absorção da radiação solar
pela superfície terrestre essa energia é
refletida na forma de calor (Radiação
infravermelha) dependendo dos
constituintes presentes na atmosfera
essa radiação é reabsorvida e aquece o
planeta – efeito estufa)

19. Processos de emissão de espécies, transformação
e saída da atmosfera envolvendo reações químicas
ou mudanças de fase passando pelos vários
compartimentos da crosta terrestre, envolvendo,
inclusive, os seres vivos.
⇩
Ciclo biogeoquímico.

20.  Ciclo biogeoquímico - processo natural de reciclagem de
elementos químicos do meio ambiente para os organismos e vice-
versa.
 Importante na autoregulação da biosfera - constante permuta
de elementos/energia mantém o equilíbrio entre o meio físico-
químico (abiótico) e o biológico (biótico).

21.  Ciclo Biogeoquímico

22. • Dois tipos: os ciclos gasosos e os ciclos sedimentares;
• Os ciclos gasosos possuem como principal reservatório a atmosfera. Como exemplo,
podemos citar o ciclo do carbono, do oxigênio e do nitrogênio.
• Os ciclos sedimentares são aqueles que possuem como reservatório a crosta terrestre.
São exemplos os ciclos do fósforo e do enxofre.
❖ Os ciclos gasosos ocorrem de maneira mais rápida que os ciclos sedimentares,
devido a dificuldade de acesso dos organismos aos reservatórios da crosta terrestre.
❖ Além disso, a velocidade dos ciclos também pode ser influenciada pela natureza do
elemento químico, taxa de crescimento de seres vivos, movimento na teia alimentar,
taxa de decomposição e a ação do homem.
 Ciclo Biogeoquímico
Classificado de acordo com se reservatório

23. ➢ Nitrogênio – Ciclos gasosos
Vital para vida:
- um dos principais componentes dos aminoácidos 
proteínas.
- um dos mais abundantes da Terra  maioria agregado
a rochas ou N2 e apenas 0,02% disponível para plantas.
- é o mais abundante componente do ar (N2).
- bactérias fixadoras de nitrogênio têm capacidade de
retira-lo do ar e transformá-lo em um elemento reativo.

24. O ciclo do nitrogênio pode ser dividido em algumas etapas:
• Fixação: Consiste na transformação do nitrogênio gasoso em substâncias aproveitáveis pelos seres vivos
(amônia e nitrato). Os organismos responsáveis pela fixação são bactérias (presentes no solo), retiram o
nitrogênio do ar fazendo com que este reaja com o hidrogênio para formar amônia. O nitrogênio também pode
ser fixado no solo através de processos que liberem energia na forma de calor (relâmpagos, queimadas,...)
• Amonificação: Parte da amônia presente no solo, é originada pelo processo de fixação. A outra é proveniente
do processo de decomposição das proteínas e outros resíduos nitrogenados, contidos na matéria orgânica morta
e nas excretas. Decomposição ou amonificação é realizada por bactérias e fungos.
• Nitrificação: É o nome dado ao processo de conversão da amônia em nitratos (pelas bactérias notosonomas e
nitrobacter) o processo primeiro transforma o nitrito e depois em nitrato.
• Desnitrificação: As bactérias desnitrificantes (como, por exemplo, a Pseudomonas denitrificans), são capazes
de converter os nitratos em nitrogênios molecular, que volta a atmosfera fechando o ciclo.

25. (Vídeo)

26. ➢ Oxigênio – ciclos gasosos
Entende-se por Ciclo do oxigênio o movimento do oxigênio entre os seus
três reservatórios principais:
a Atmosfera (os gases que rodeiam a superfície da Terra),
a biosfera (os organismos vivos e o seu ambiente próximo)
a litosfera (a parte sólida exterior da Terra)
✓ Este ciclo é mantido por processos geológicos, físicos, hidrológicos e
biológicos, que movem diferentes elementos de um depósito a outro.
✓ Na atmosfera, encontra-se como oxigênio diatômico/oxigênio molecular
(O2), dióxido de carbono (CO2), ozônio (O3), dióxido de nitrogênio (NO2),
monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de enxofre (SO2), etc. Este oxigênio
satisfaz as necessidades de todos os organismos terrestres que o respiram no
seu metabolismo.

27. • O oxigênio é produzido
pelo processo da
fotossíntese das plantas e
dos fictoplânctons.
• Intimamente ligado ao ciclo
do carbono.
• Ele é consumido pelo
processo de respiração das
plantas e dos animais, pelo
processo de combustão e
oxidação dos metais) na
produção de ozônio.
(Vídeo)

28. ➢ Carbono – Ciclo gasosos
✓ Intimamente relacionado com os seres vivos;
✓ Existem vários tipos de compostos de carbono nas diversas etapas que
compõem o ciclo;
✓Existem basicamente duas formas de carbono, uma orgânica, presente nos
organismos vivos e mortos, não decompostos, e outra inorgânica, presente nas
rochas.
• Orgânica • inorgânica

29. • No planeta Terra o carbono
circula através dos
oceanos, da atmosfera, da
terra e do seu interior, num
grande ciclo
biogeoquímico.
• Este ciclo pode ser
dividido em dois tipos: o
ciclo "lento" ou geológico,
e o ciclo "rápido" ou
biológico.

30. Ciclo geológico
Este ciclo, que opera a uma escala de milhões de
anos é integrado a própria estrutura do planeta e
iniciou-se há cerca de 4,55 bilhões de anos,
quando na formação do sistema solar e da Terra.
Nesse sentido, mais de 99% do carbono terrestre
está contido na litosfera, sendo a maioria carbono
inorgânico, armazenado em rochas sedimentres
como as rochas calcárias. O carbono orgânico
contido na litosfera está armazenado em
depósitos de combustíveis fosseis.
Ciclo biológico
O ciclo biológico do Carbono é relativamente
rápido: estima-se que a renovação do
carbono atmosférico ocorre a cada 20 anos.
Na ausência da influência antropogênica no
ciclo biológico existem três reservatórios ou
"stocks": terrestre (20.000 Gt), atmosfera (750
Gt), oceanos (40.000 Gt). Este ciclo
desempenha um papel importante nos fluxos
de carbono entre os diversos stocks, através
dos processos da fotossíntese e da
respiração dos seres vivos.

32. As atividades humanas influenciam o ciclo
global do carbono.
✓ Ao retirar carbono armazenado nos depósitos de combustíveis fósseis a uma taxa muito superior à
da absorção do carbono pelo ciclo, aumento as concentrações de CO2 na atmosfera e,
influenciando o sistema climático global.
✓ Algumas florestas possuem elevado potencial para capturarem o carbono atmosférico, tanto no
manto vegetal como na matéria orgânica do solo, o que aumenta a importância da manutenção de
ecossistemas com grandes quantidades de biomassa e solos estáveis, com os objetivos de certas
florestas se tornarem sumidouros de carbono a médio/longo prazo e outras não se tornarem
"fontes" de carbono.

33. ✓O ciclo do enxofre é complicado pelo grande número de estados de oxidação que
este elemento pode assumir, incluindo o sulfeto de hidrogênio (H2S), dióxido de
enxofre (SO2), sulfato (SO4
2–) e ácido sulfúrico (H2SO4), entre outros;
✓ Os processos inorgânicos são responsáveis por muitas destas transformações;
✓ Bactérias, que sequestram o enxofre e/ou o liberam para o meio ambiente;
✓ O enxofre é encontrado no solo em combinações de sais de sulfato, sulfetos e
minérios. Nas proximidades de vulcões, o enxofre é encontrado na sua forma
original, razão pela qual há muitas unidades de exploração nestas regiões.
➢ Enxofre – Ciclos Sedimentares

34. O ciclo do enxofre compreende 6 etapas
básicas:
a) As plantas absorvem do solo compostos
contendo enxofre além dos sulfatos;
b) Na produção de aminoácidos das plantas
o hidrogênio substitui o oxigênio na
composição dos sulfatos;
c) Os seres vivos se alimentam das plantas;
d) Microorganismos decompõe os
aminoácidos que contêm enxofre nos restos
de animais e plantas, criando sulfeto de
hidrogênio;
e) O enxofre é extraído do sulfeto por
bactérias e microorganismos;
f) sulfatos são produzidos pela ação de
microorganismos na combinação do
enxofre com o oxigênio.
✓Apresenta um ciclo com dois reservatórios: um
maior, nos sedimentos da crosta terrestre outro,
menor, na atmosfera.
✓As atividades humanas também liberam grandes
quantidades de enxofre, principalmente através da
queima de combustíveis fósseis;

35. ➢Ciclo do fósforo – ciclos sedimentares
✓ o ciclo do fósforo é mais simples pois não existem muitos compostos gasosos de fósforo,
apenas um composto de fósforo realmente importante para os seres vivos que é o íon fosfato
✓O fósforo é o material genético constituinte das moléculas dos ácidos ribonucléico (RNA) e
desoxirribonucléico (DNA) e componente dos ossos e dentes.
✓ O fósforo aparece principalmente na forma de fosfato (PO4
-3), obtido a partir da degradação
das rochas (minerais).
✓ Drenado gradativamente para o mar, o fosfato passa por processos de sedimentação,
sendo incorporado às rochas. Podendo retornar ao ecossistema terrestre por meio dos
processos geológicos, como a elevação do leito no mar ou o rebaixamento do nível das águas.

36. ✓ Existem dois ciclos do fósforo
que acontecem em escalas de
tempo bem diferentes.
✓ Uma parte do elemento recicla-
se localmente entre o solo, as
plantas, consumidores e
decompositores, em uma escala
de tempo relativamente curta, que
podemos chamar “ciclo de tempo
ecológico”.
✓ Outra parte do fósforo
ambiental sedimenta-se e é
incorporada às rochas; seu ciclo
envolve uma escala de tempo
muito mais longa, que pode ser
chamada “ciclo de tempo
geológico”.

37.  Composição média da atmosfera:
 Interferência das atividades
humanas sobre os ciclos
biogeoquímicos

38. Por quê medir constituintes atmosféricos?
✓ Avaliar efeitos de poluição sobre o homem e seu ambiente.
✓ Identificar qualquer uma possível causa e/ou relação de efeitos entre as
concentração dos poluentes com os efeitos sobre a saúde e as mudanças climáticas;
✓ Controles legislativos de emissões de poluentes para assegurar a conformidade da
qualidade do ar com padrões de emissão;
✓ Ativar procedimentos de emergência em áreas com tendências a episódios agudos
de poluição;
✓ Obter registro histórico da qualidade ambiental, fornecendo uma base de dados para
uso futuro ( estudos epidemiológicos).

47. Transformações químicas na atmosfera
 reator químico.
 O: altamente reativo
Diversos compostos: reagentes e/ou catalisadores
Luz solar: fonte de energia
 Capacidade de reagir = tempo de residência = tempo
médio de permanência do composto na atmosfera.
 raio de ação do composto com
base no local de emissão.
Ex.: NO2 : 1 dia  alguns km de distância.
CO2 : 4 anos  espalha-se por toda a atmosfera.

48. Poluição do ar e energia
Consumo de energia no mundo/ano: 9.1016 kcal
Maior parte proveniente da queima do carvão vegetal e
combustíveis derivados do petróleo.
Queima dos hidrocarbonetos produz H2O e CO2.
Efeito estufa
Combustíveis fósseis raramente consistem só de
hidrocarbonetos.

49. Compostos de enxofre e de metais  quantidade varia
com a origem do petróleo.
No petróleo  enxofre é incorporado nas estruturas
moleculares dos compostos organosulfurados.
No carvão  enxofre é combinado com ferro no mineral
pirita (FeS2).
Processamento petróleo cru e carvão remove muitas
impurezas, mas a eliminação total é extremamente cara
 elevaria custo do combustível e de energia.
Limpeza do ambiente vs. Nível
de vida da sociedade.
Tecnologia.

50. Principais poluentes do ar
Queima de carvão, gasolina e combustíveis similares
oxida hidrocarbonetos, mas também suas impurezas.
4FeS2 + 11O2  2Fe2O3 + 8SO2
Poluente de
ar primário
Poluente gerado como
resultado direto de uma
atividade específica.
Gás irritante,
com odor acre e
desagradável.

51. 2SO2 + O2 → 2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
Gás altamente
irritante.
Principal
componente da
chuva ácida.
Poluente de ar
secundário
Poluente formado pela reação
adicional de um poluente de ar
primário.

52. N2 + O2 → 2NO
2NO + O2 → 2NO2
Ar
Gás colorido.
Altas temperaturas:
- raio
- motor de combustão interna
Gás castanho
e tóxico.
100 a 200 ppm 
inflamação inicial dos
pulmões, podendo tornar-se
letal em poucos dias.
Período de tráfego
intenso.
 N2O, NO, NO2, NO3, N2O3, N2O4 e N2O5, HNO3.

53.  Combustão:
Combustível + ar  gases + partículas
 
[O2 e N2] [ex.: NO + SO2 + CO2]
 Conhecer a composição química do material combustível
 conhecer os gases emitidos.
 C, H e O  CO2 e H2O
 C, H, O e S  SO2
Obs.: Exceção: NO é formado em todas as combustões,
independente da composição do material queimado.
N2 + O2  2NO
 oxida facilmente, formando NO2.

55. Acidez na precipitação
Precipitação ácida (úmida ou seca).
Resultado da poluição do ar causada
por queima de combustíveis fósseis
(carvão, petróleo e outros contendo N
e S).
Resultado da dissolução de óxidos
de N e S, produzindo mistura de
ácidos (nitroso, nítrico, sulfuroso e
sulfúrico)

56. Formação de ácidos minerais

60. Efeito da chuva ácida sobre monumentos

63. Os compostos orgânicos voláteis
• Chamam-se COVs por possuírem uma alta pressão de vapor e em
consequência se evaporam facilmente à temperatura ambiente.
• Os COVs são encontrados em gasolina, tintas, vernizes e produtos e limpeza
domésticas.
• Também são emitidos durante a combustão dos combustíveis (gasolina,
madeira, carvão, gás natural, etc), sendo os automóveis a fonte principal dos
COVs.
• Os COVs mais reativos no ar urbano são os hidrocarbonetos que possuem
ligação dupla dado que eles podem adicionar-se aos radicais livres

66. (hidrocarbonetos)

67. Fontes potenciais de hidrocarbonetos poluentes provenientes de um automóvel (antigo)
sem dispositivo de controle de poluição
Efeitos de poluentes orgânicos na atmosfera:
❑ Efeitos diretos (doenças )
❑ Formação de poluentes secundários (Smog fotoquímico)

73. Este fenômeno climático é resultado da camada de
poluição muito elevada fazendo com que as camadas de ar
quente e de ar frio, troquem de posição.
A inversão térmica por ser um fenômeno de curta duração,
variando tipicamente de algumas horas à alguns dias, está
intimamente relacionada às variações climáticas de tempo
metereológico. O fenômeno é mais comum após a passagem

74. Onde ocorre?
Geralmente nas grande cidades;
Onde podemos observar a olho nu uma camada de cor
cinza;
Resultado da queima de combustíveis fósseis;
Ilha de calor é um fenômeno típico dos grandes centros urbanos.
Este ter fenômeno afeta diretamente a
saúde;
Causa doenças respiratórias, cansaço
entre outros problemas;
Irritação nos olhos e intoxicação,
também são consequências as
concentração de poluentes na camada de
ar próxima dos solo.

75. Ilha de calor é um fenômeno
climático que ocorre a partir da
elevação da temperatura de uma
área urbana se comparada a uma
zona rural.
Isso quer dizer que nas cidades
(grande grau de urbanização), a
temperatura é superior a de áreas
periféricas, consolidando
literalmente uma ilha (climática).
A oscilação de temperatura entre
o centro de uma grande cidade e
uma zona rural pode variar entre
4°C, 6°C ou até mesmo 11°C.

77. ➢ Pode ser percebida em períodos diurnos e
noturnos, mas o ápice da diferença de
temperatura entre áreas urbanas e rurais
acontece ao anoitecer.
➢ A área rural resfria mais rápido do que a
urbana.
➢ Na área rural e florestal a cobertura vegetal
possibilita o processo de evaporação e
evapotranspiração, amenizando as
temperaturas, o que não acontece nas
grandes cidades que estão impermeabilizadas
e sem cobertura vegetal.
➢ Calor excessivo provoca:
Mortalidade de idosos e doentes que
apresentam dificuldade de manter a
termorregulação corpórea;
incremento no consumo de energia
elétrica, usada para funcionar
refrigeradores (ar condicionado),
principalmente para climatizar
residências, escolas, universidades,
comércios e indústrias.
Consequências

90. Referencias
• Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introducao a Quimica Ambiental, Porto Alegre
Bookman, 2004
• Baird, C. Quimica Ambiental; Traducao Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera,
2 ed, Porto
Alegre, Bookman, 2002• Nascentes, C. C; Costa, L. M. Quimica Ambiental, Universidade
Federal de Minas Gerais, 2011
• Maioli, O.L.G., Nascimento, G.N. Composicao da Atmosfera, Ciclos Globais e Tempo de
Vida. Monografia.
UFES
• Mozeto, A. Quimica Atmosferica: A quimica sobre nossas cabecas. Cadernos Tematicos de
Quimica Nova
na Escola. 2001