química ambiental

1. Aula 6 – Química Atmosférica
Parte II
Prof. Julio C. J. Silva
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Instituto de Ciências Exatas
Depto. de Química
Juiz de Fora, 2o Semstre, 2019
QUI 163 – Química do Meio Ambiente

2. Atmosfera
A atmosfera terrestre é uma fina camada gasosa que
envolve a Terra
Composição da atmosfera  quimicamente estável e
constante nas últimas centenas de milhões de anos
Fornece O2/CO2 (fotossíntese) e N2 (essencial na
construção de bioméculas)
Outros compostos  Ciclos biogeoquímicos
Estado estacionário  dependente de fenômenos naturais

3. Atmosfera
 Nossa atmosfera está em constante modificação: somente a
essas modificações podemos ter vida em uma atmosfera tão
oxidante
21% de oxigênio coexistindo com espécies reduzidas como
metano (CH4), amônia (NH3), monóxido de carbono (CO) e
óxido nitroso (N2O)
 A composição geral é resultado da “vida” que vem se desenvolvendo:
O teor de oxigênio é quase todo produto da fotossíntese
Outras fontes contribuem com menos de um bilionésimo do estoque de
O2 que respiramos

4. Atmosfera

5. Atmosfera
 A atmosfera, entre outras funções protege a superfície da Terra:
 Impactos de corpos celestes (meteoros)
 Radiação cósmica de alta energia
 Mantêm parte do calor solar impedindo sua imediata irradiação para o
espaço.
 Impede variações bruscas de temperaturas permitindo a vida
terrestre.
 Revolução Industrial
 Polução fotoquímica
 Chuva ácida
 Efeito estufa

6. Atmosfera
(gradientes de temperatura)
 Troposfera
• Do nível do mar até 6 a 16 km (6 a 8 km nos polos e 12 a 14 km no
equador).
• Na troposfera a temperatura diminui com a altitude (decresce 6,5ºC por
cada 1000 metros)
• Concentra 85-90% da massa total de ar
 Estratosfera (elevação da temperatura)
• Aquecimento do ar na região entre 20 e 35km, de vido a reações
fotoquímicas (O3 - O2).
• 90% do O3 da atmosfera (responsável por filtrar a radiação UV do sol)
 Mesosfera (diminuição de -5º a -95º)
• A T (C0) cai devido ao afastamento do calor vindo da camada de ozônio
• A T (C0) cai pela ausência de gases ou nuvens que possam absorver a
energia solar.
• Onde os meteoros se desintegram
 Termosfera (Elevação -95º a mais de 1000º)
• T aumenta devido a absorção dos raios ultravioleta pelo oxigênio
atômico.

7. Ordem e dimensão das camadas

8. v
v

9. Atmosfera
 Troposfera
 Instável e dinâmica (correntes de convecção)
 Reações químicas
 Mecanismos de remoção
 Fenômenos climáticos e meteorológicos
 Troposfera/Estratosfera  Concentra a maioria dos estudos
sobre poluição
 Forte interação com a Litosfera e com a Hidrosfera

10. Atmosfera
• Massa seca total da atmosfera (anual)  5,13 x 1018 Kg
• Composição majoritária (99,9%)  N2, O2 e Argônio
• Fração minoritária ( 0,1%)  CO, CO2, He, Ne, Kr, CH4, H2,
O3, NOx (NO + NO2) e NH3, entre outros.
• diferentes quantidades de materiais líquidos e sólidos em
suspensão, que entram na atmosfera de forma natural (vulcões,
queimadas, material biogênico, vapor d´água ), ou antropogênica
(poluição)
• Desempenham papel fundamental em diversos processos químicos
e biológicos e mecanismos, tais como a regulação da temperatura
do planeta.
• Poluição atmosférica  alteração dos componentes minoritários

11. Composição média do ar seco no nível do mar

12. Transformações químicas na atmosfera
 Atmosfera  REATOR
• Oxigênio (componente extremamente reativo),
compostos em pequenas concentrações (reagentes ou
catalisadores) e luz solar (energia)
 Produtos de reações atmosféricas
• Dependem da concentração dos reagentes,
temperatura, catalisadores e reatividade da molécula
 Tempo de residência desses produtos
• Tempo médio de permanência do composto na
atmosfera

13. Tempo de residência

14. Principais Fontes de Poluição
• Origem natural  vulcões, mar, pólen,
queimadas, microorganismos, etc.
• Origem antropogênica  processos
industriais diversos (químicos, combustão,
refinamento...), nucleares ou atômicos,
atividades agrárias e minerárias, etc.
• Fonte  Pontual (móvel ou estacionária) ou
difusa
• Poluente  Primário ou Secundário

15. Poluentes Primários
• Material Particulado  partículas e líquidos emitidos para a
atmosfera por fontes diversas (fábricas, plantas, veículos,
construções, etc.). Inclui fumaças, cinzas, poeiras, pólen, esporos...
Reduz a visibilidade e as menores se alojam nos pulmões e outros
tecidos
• Dióxido Sulfúrico (SO2)  gás incolor e corrosivo originário de
processos de combustão. No ar: SO3 que, em contato com a água
H2SO4 (ácido sulfúrico)
• Óxido nitroso (N2O)  Emitido por fontes naturais (bactérias) e
pela reação entre N2 e O3. Gás de efeito estufa
• Óxido nítrico (NO)  Emitido por fontes naturais
(microorganismos) e pela combustão. Na atmosfera é oxidado a NO2
pelo O3 e O2.
• Óxido de Nitrogênio (NO2)  gás avermelhado, odor irritante,
reduz a visibilidade. Formado quando há oxidação de componentes
nitrosos (NO e NO2); altas concentrações: problemas no coração e
pulmões. Em presença de umidade: HNO3 (ácido nítrico)

16. Poluentes Primários
• Monóxido de Carbono (CO)  gás incolor, inodoro e altamente
venenoso causa enjoos, reflexos retardados e compromete o
transporte de oxigênio pelo sangue, podendo levar à morte.
• Intoxicação
– Minha namorada morreu por causa de uma churrasqueira - BBC.com
– Intoxicação por inalação de monóxido de carbono mata família em Sabrosa
– Último Segundo - iG @ https://ultimosegundo.ig.com.br/mundo/2018-02-
19/casal-morre-carro-sexo.html
“Um casal morreu sufocado enquanto fazia sexo, dentro de um carro na cidade
de Bottrop, na Alemanha. De acordo com o portal Metro , os corpos do homem,
de 39 anos, e da mulher, de 44, foram encontrados, nus, na última terça-feira
(13), em um veículo estacionado em uma garagem no oeste do país europeu”

17. Poluentes Primários

18. Poluentes Secundários
• Produzidos na atmosfera quando ocorrem certas reações
químicas poluentes primários em contato com a luz solar geram
centenas de componentes químicos danosos  reações
fotoquímicas
– Ozônio (O3)  na troposfera é altamente danoso. Formado a
partir de hidrocarbonetos inexistentes na estratosfera
(assim como o átomo O inexiste na troposfera).
– Piores episódios de concentração de O3  verão e de dia
(luz). Causa irritação nos olhos, pulmões e câncer.
Compromete o crescimento de culturas agrícolas, danifica
materiais (borracha, pintura, plástico), ...
– Ácidos diversos: comprometem a saúde e causam corrosões
em diversos materiais
• HNO3 (ácido nítrico)
• H2SO4 (ácido sulfúrico), ...

19. Atmosfera
Dispersão atmosférica de contaminantes
– O termo dispersão atmosférica é usado para referir-se ao
espalhamento de poluentes gasosos devido aos efeitos
convectivos e turbulentos do escoamento atmosférico.
– A dispersão é resultado de mecanismos de transporte
rápidos e irregulares.
– Os contaminantes quando introduzidos no ar, são
transportados pelo vento e simultaneamente se misturam na
atmosfera turbulenta.
– Sorvedouros  Processos de consumo das espécies que
chegam a atmosfera
– Durante a dispersão, os contaminantes podem sofrer reações
químicas que os transformam de contaminantes primários
(procedentes diretamente das fontes de emissão) em
contaminantes secundários (originados por reações químicas
entre os contaminantes primários e os componentes normais
presentes na atmosfera) ou podem ser depositados no solo
por via seca ou úmida.

20. Dispersão atmosférica de contaminantes
• Deposição úmida
• Deposição seca
• Reação química de partículas ou gases

21. Combustão
• Processos de combustão:
• Combustível + ar [N2 e O2]
– MPTS
– Gases  depende do material (C, H, O, S)
– NOx  Independe do material
Fumaça (visíveis)
PM10, PM2,5 (invisíveis)
Gases (NO + SO2 + CO2) + MPTS
Energia  Trabalho

22. Formação dos NOx por combustão
• NOx (NO + NO2)  Presentes em locais onde ocorreu
combustão
• Reação: N2 (78%) + O2 (21%) → 2NO
• Exercício
• A) Demonstre matematicamente que a quantidade NO formado a
partir de N2 e O2 é insignificante.
• Dados:
• LogK (25oC) = -30,3
• Resposta  2,90 x 10-14 kPa
• B) Se um combustível queima no ar, algum NO é formado. Calcule
a concentração de NO em equilíbrio (ao nível do mar) a uma
temperatura de 1.727 oC.
• LogK (1.727oC) = -4,50
• Resposta  0,223 kPa

23. Reações fotoquímicas
• Reações químicas  energia térmica
• Reações fotoquímicas  Radiação (E = h.)
NO2 + h.  NO + O
NOx (NO2 + NO) e a formação de poluentes secundários
NO + O3 → NO2 + O2
NO + RO2* → NO2 + RO* (alcoxila)
NO2 + h (  430 nm) → NO + O
O + O2 → O3
(Estado fotoestacionário)
O3 = 40 ppb (sem poluição)
O3 = 500 ppb (com poluição)