07. Camada de Ozônio

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Estratosfera: situada entre 15 - 50 km da superfície terrestre, 
região onde O3 concentra-se, formando a camada gasosa (camada 
de ozônio) que absorve fortemente a radiação UV na faixa de: 
190nm < λ < 320nm 
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http://www.chem.umass.edu/~cmartin/Courses/GenChem/F08/LecNotes/Chem111_Lec_10_17_08.pdf 
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A camada tem cerca de 30.000m de espessura e protege a 
Terra da incidência de energéticas e perigosas radiações UV 
que provocariam danos às formas de vida. 
 RADIAÇÃO λ (nm) CARACTERÍSTICAS 
 
UV-A 
 
 
320-400 
 
Possui menor energia, sendo mais 
inofensiva 
 
UV-B 
 
290 < λ< 320 
Pode ser perigosa, sobretudo em 
exposições prolongadas 
 
 
UV-C 
 
 
< 290 
Mais energética e não penetra na 
troposfera, pois interage nas ca-
madas superiores da atmosfera. É 
muito perigosa para a biota 
4 
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C
i
c
l
o
 
n
a
t
u
r
a
l
 
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( < 242,4 nm) 
1) a radiação eletromagnética proveniente do Sol 
dissocia oxigênio molecular à forma 
 atômica: 
2) Por ser reativo, oxigênio 
atômico reage com O2: 
forma-se O3 
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3) O3 se dissocia fotoquimica-
mente por ação da radiação UV: 
4) Acima da estratosfera, átomos de oxigê-
nio se recombinam formando novamente O2 
( < 325 nm) 
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5) No ciclo O3 se forma e se 
decompõe na estratosfera 
Portanto: [O3] permanece ~ constante 
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2) Oxigênio atômico reage com O2, formando O3: 
 O + O2 + M 
  O3 + M 
O2 
h O + O ( < 242,4 nm) 
Principais Reações que Ocorrem na Camada 
1) Decomposição de oxigênio: 
3) Dissociação fotoquímica de O3: 
 O3 
 hv O2 + O ( < 325 nm) 
 
 
 
 
 
 
 
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4) Formação de O2: acima da estratosfera, átomos de oxigênio 
recombinam-se: 
O + O + M  O2 + M 
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Espectro de Absorção deO2 
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Espectro de Absorção de O3 
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Através do ciclo O3 absorve radiações UV evitan-
do que a superfície terrestre seja atingida, sendo 
efetivo na filtração de perigosas radiações UV-B. 
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Na absorção, a energia radiante 
converte-se em energia 
calorífica, responsável pelo 
máximo de temperatura 
observado entre a estratosfera e 
a mesosfera a uma altitude de 
cerca de 50 km. 
 
 
O3 
hv O2 + O 
máximo 
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Por que em condições naturais: 
1. A formação de O3 é lenta nas camadas 
atmosféricas superiores? 
 
2. Na troposfera a concentração de O3 é pequena? 
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Variação da Concentração de Ozônio na Atmosfera 
A formação de O3 em condições naturais, requer a presença de 
oxigênio atômico e de oxigênio molecular. Mas: 
Em Maiores Altitudes: a concentração de O2 é pequena e por-
tanto, a formação de O3 é lenta. 
  
Na Troposfera: as radiações solares 
mais energéticas não penetram e a 
fotodissociação de O2 é difícil. 
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A concentração de O3 nas camadas superiores é baixa
É rara a presença de oxigênio atô-
mico requerido na formação de O3 
 
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Além disso: O3 se decompõe ao interagir com aerossóis e outras 
espécies presentes na troposfera 
Maior concentração: entre a altitude de 15 - 40 km e atinge o má-
ximo em torno de 20 km. 
Pode variar muito de um dia para outro: mas a variação é apro-
ximadamente regular com a latitude e as estações climáticas. 
Concentração Média de Ozônio Estratosférico em Função do 
Clima 
Clima Polar Temperado Tropical 
Concentração (UD) 450 350 250 
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Medida em unidade UD (Dobson) 
Significa que uma área coberta 
por uma coluna de ar com es-
pessura de 5 mm, a quantidade 
de O3 nessa coluna é de 500 UD. 
 15 
O3 
Uma Unidade Dobson é 
equivalente à quantidade de 
O3 contida numa coluna 
vertical de ar com espessura 
de 0,01 mm nas condições 
normais de temperatura e 
pressão (0°C e 1atm). 
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As medidas da concentração de 
O3 foram iniciadas na década de 
50 na Baía Halley (Antártica). 
 
 
 
 
 
 
 
 
O nome da unidade é uma 
homenagem à G. M. Dobson, um 
dos 1ºs cientistas a estudar a 
camada de ozônio 
 
 
 
 
 
 
 
Gordon Miller Bourne Dobson 
(25/02/1889 - 11/03/1976): físico e 
meteorologista britânico. 
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Estudo da Organização Mundial de Meteo-
rologia (OMM) divulgado no Dia Internacio-
nal pela Preservação da Camada de Ozônio 
revela que essa camada permaneceu estável 
na última década com o buraco na superfície 
mantendo o mesmo diâmetro. 
O trabalho foi 
feito e revisado 
por 300 cientis-
tas ligados ao 
órgão da ONU 
(19/09/2010) 
www.opovoquersaber.com) 
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Decomposição Catalítica do Ozônio 
Certas espécies naturais destroem a camada de ozônio, mas a 
maioria provém de atividades antrópicas. 
Principais Destruidores: radicais livres representados por 3 
categorias: 
HOx (.H, .OH, HOO.) NOx (.NO, .NO2) ClOx (
.Cl, .ClO) 
Contribuição para a Destruição 
 • Próximo a estratopausa: espécies oxigenadas contribuem com 
cerca de 70% 
 • Altitudes próximas a 30 km: NOx mais devastadores 
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Ciclo dos Radicais HOx.: decompõem O3 cataliticamente através 
das reações: 
 HO. + O3  HOO
. + O2 
 HOO. + O  HO. + O2 
 O + O3  2 O2 
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Ciclo dos Radicais NOx: na região mais baixa da estratosfera NO 
contribui através do ciclo: 
 NO + O3  NO2 + O2 
 NO2 + O  NO + O2O + O3  2 O2 
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Ciclo dos Radicais ClOx 
Cloreto de metila produzido em oceanos, vegetação, erupções 
vulcânicas sofre fotólise, sendo o principal agente natural 
precursor de átomos de Cl: 
CH3Cl 
hv .CH3 + 
.Cl 
 
 
 
 
 
 21 
 HOCl 
hv HO. + Cl. 
 
 
 
 
 
 
Cl. + O3  ClO
. 
 + O2 
 HO. + O3  HOO
. + O2 
 2 O3  3 O2 
Ciclo natural catalítico que pode ocorrer na atmosfera: 
HOO. + ClO.  O2 + HOCl(ácido hipocloroso) 
 
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Substâncias Halogenadas (Antrópicas) 
que Destroem a Camada de Ozônio 
 
 
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•Clorofluorcarbonos (CFCs ou Freons) 
Classe de substâncias orgânicas contendo átomos de flúor e 
cloro: principais agentes sintéticos precursores de átomos de 
cloro. 
 CFC-12 (freon-12) CCl2F2 
 Mais Comuns: 
 CFC-11 (freon-11) CCl3F 
 
 
Uso de CFCs nos USA (1947-1974): nº de 
embalagens de aerossol cresceu 67.000%. 
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Propriedades dos CFCs (notáveis) 
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  Baixa tensão superficial 
  Inércia química e biológica 
 
  Baixa viscosidade 
  Baixo ponto de ebulição 
  Atóxicos 
  Não são inflamáveis 
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• Halônios: (CXBr, X = halogênio) 
Compostos orgânicos halogenados nos quais pelo menos um 
halogênio é bromo. Podem destruir a camada de ozônio mais 
devastadoramente que os CFCs. Felizmente, são liberados na 
atmosfera em concentrações muito menores. 
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• Hidroaloalcanos (HFCs) 
 
Organohalogenados contendo pelo menos um hidrogênio na 
molécula numa ligação C-H 
CH2F-CF3 (HFC-134a) e CH3-CCl2F (HCFC-141b) 
Não têm a mesma ação destrutiva sobre O3 como os CFCs, 
devido às ligações C-H que tornam as moléculas mais suscep-
tíveis à oxidação, muito mais reativas e menos estáveis. 
Podem circular e reagir mais facilmente na troposfera onde se 
decompõem-se, não atingindo a estratosfera. 
 
 
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Hidroaloalcanos são 
potenciais causadores 
do Efeito Estufa, numa 
ação mais devastadora 
que CO2 
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Estudos indicam que se os hidroaloalcanos atingirem a estratos-
fera, a ação destrutiva é muito menor que a ação regenerativa da 
camada. São mais susceptíveis ao ataque de radicais OH. devido 
à ligação C-H e assim decompõem-se na troposfera, não liberan-
do halogênios para a estratosfera. 
 
 
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The European Union banned the use of HFC-134a in air-
conditioners in new vehicle types from 1 January 2011 
(with a view to a complete ban in all new cars from 1 
January 2017), and in June 2013 China and the USA - the 
two biggest users - agreed to phase out HFCs. HFO-1234-yf 
2,3,3,3-tetrafluoropropene 
 HFO-1234-yf is the preferred alternative at 
present. It has a much lower GWP (4) and much 
shorter lifetime in the atmosphere than HFC-
134a, so is likely to be adopted by many auto 
manufacturers in the EU, though it is slightly 
flammable. Because of this problem, people are 
looking at using mixtures of HFO-1234-yf with 
HFC-134a. 
http://www.chm.bris.ac.uk/motm/hfc134/hfch.htm 
 
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Mecanismos da Destruição da Camada de Ozônio 
Na presença da radiação UV os CFCs podem liberar átomos de 
cloro que reagem diretamente com O3: 
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CF2Cl2(g) 
hv CF2Cl
.
(g) + Cl
.
(g) 
 
 
 
CFCl3(g) 
hv CFCl2
.
(g) + Cl
.
(g) 
 
 
 
ClO.(g) 
hv Cl.(g) + O(g) 
 
 
 
 Cl.(g) + O3(g)  ClO
.
(g) + O2(g)
A espécie ClO. pode também produzir átomos de cloro por 
interação com a radiação solar: 
 
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As reações são cíclicas. Na presença de nuvens polares, o cloro 
atômico permanece disponível por longo tempo. 
Até mesmo na presença de intensa radiação UV estratosférica, 
os CFCs mais persistentes têm vida média de mais de cem anos 
tendo ação destruidora prolongada 
29 
Estima-se que através de um ciclo catalítico 
um único átomo de cloro seja capaz de des-
truir cerca de 100.000 moléculas de ozônio. 
Portanto: 
 
 
O efeito líquido das reações é a destruição de milhares de 
 moléculas de O3 por cada átomo de Cl produzido 
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Átomos de oxigênio produzidos nas reações também reagem 
com ozônio: O(g) + O3(g)  2 O2(g) 
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Átomos de Br podem substituir átomos de Cl no ciclo decompon-
do O3: 
BrO. + ClO.  Br
.
 + Cl
.
 + O2 
 Br. + O3  BrO
.
 + O2 
 Cl. + O3  ClO
. + O2 
 2 O3  3 O2 
 
 
 
A concentração de ozônio estava diminuindo a uma taxa de 0,5% 
ao ano, mas na Antártica o decréscimo podia chegar a 2,5%. 
Em consequência, o nível de radiação UV-B aumentava mais que 
5% ao ano 
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Nas regiões polares (sobretudo na Antártica): na presença de 
NOx e água ocorrem reações devido ao esfriamento de nuvens 
estratosféricas (T < - 70ºC): 
 ClO. + NO2  ClONO2 
 ClONO2 + H2O  HOCl + HNO3 
 ClONO2 + HCl  Cl2 + HNO3 
 
 
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HOCl hv HO. + Cl. 
 
 
Cl2 
hv Cl. + Cl. 
 
 
ClONO2 Collar on March 03 1995 
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Em outubro de 1985 os níveis de O3 na região caíram cerca de 
50% voltando posteriormente aos níveis aproximadamente 
normais. No mesmo período em 1987 foi observada nova queda 
de 50%. 
A cada decréscimo de 1% da camada há um acréscimo de 
1,3% de radiação UV que atinge a troposfera aumentando os 
casos de queimaduras de pele e 2% de maior probabilidade 
de incidência de câncer de pele 
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O que ocorre na Antártica 
PSC= Polar Stratospheric Clouds 
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O que ocorre na Antártica: “Buraco” 
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Época Início dos anos 60 1980 1985 
 [O3] > 300 UD 230 UD 150 UD 
Variação Sazonal da Espessura da Camada de O3 
 
 
 
 
 
 
 
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O que ocorre na Antártica: “Buraco” 
 
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A temperatura da estratosfera podeatingir – 90ºC. 
Formam-se nuvens atípicas e o ar preso no vórtice é 
extremamente frio na noite polar. 
O buraco surge logo após o fim do inverno austral que começa 
em abril (a região fica no escuro). 
Os ventos Vortex (vórtices) polares são corren-
tes de ar que giram na região em círculos com 
velocidade de cerca de 100 km/h atraindo 
massas de ar de outras partes da Terra. 
 
Aurora austral sobre a Estação de 
Pesquisa Halley, na Antártida 
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Nas nuvens o cloro atômico resultante da decomposição de 
CFCs fica disponível por muito tempo para reagir com ozônio. 
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Ao final do inverno (setembro/outubro) início da 
primavera austral surgem os primeiros raios UV. 
Ocorrem nas superfícies das nuvens reações 
heterogêneas (reações que ocorrem sobre su-
perfícies) envolvendo CFCs e O3. 
Crepúsculo entre icebergs no 
verão da Península Antártica 
Medidas feitas por satélites têm confirmado a presença de 
átomos de cloro no Ártico e na Antártica durante os 
períodos de significativa destruição da camada. 
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Tratados de Proteção da Camada de Ozônio 
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Na década de 70, século XX, a produção de CFCs 
atingiu cerca de 1 milhão de toneladas/ano. 
Protocolo de Montreal (1987): as grandes nações industrializadas 
fizeram um tratado. Comprometeram-se que a partir do ano 2000 
só produziriam CFCs para usos especiais, como medicinais. 
O objetivo era reduzir em 50% a produção até o final do século XX. 
Em 1992 cientistas da NASA encontraram na estratosfera do Árti-
co teores de ClO. muito maiores que na Antártica, composto que 
tem uma taxa potencial de destruição de 1 a 2%/dia. Então, Geor-
ge Bush (pai) antecipou para 1996 a data estabelecida no Tratado. 
 
 Universidade Estadual do Ceará – Química Ambiental – Profa. Dra. Nadja Vasconcelos 39 
Em novembro de 1992 a comunidade internacional fez uma 
emenda ao Tratado, conhecida como Revisão de Copenhague. 
Ficou estabelecido para os países em desenvolvimento, a data 
limite de 2010 para a produção de CFCs. 
 
 
 
(emenda) 
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"A semana em que se comemora o Dia do Ozônio começa com uma boa notícia. Em 
2010 conseguimos cumprir o compromisso de eliminação dos clorofluorcarbonos 
(CFC), e agora partimos para o Programa Brasileiro de Eliminação de HCFCs, que 
também têm potencial de aquecimento global“ (Karen Suassuna, diretora de Mudanças 
Climáticas do MMA). Setembro, 2011 
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Efeitos da Destruição da Camada  maior incidência de UV-B 
 
 
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 Incidência de catarata: exposição do globo ótico à radiação 
(cega ~ 12 milhões de pessoas/ano) 
 Redução da população de anfíbios: o aumento da radiação UV 
mata os ovos 
 Queimaduras graves: exposições diretas aos raios solares 
intensos; 
 Envelhecimento prematuro; 
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Câncer de pele: absorção de radiação UV-B pelo DNA resulta em 
modificações de sua função. O código genético se altera, haven-
do descontrolada divisão celular. 
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 Alteração da produtividade agrícola: pesquisas revelam que 
concentrações de 50 ppb de O3 no ar podem reduzir em até 1/6 
a produtividade das safras de certos grãos. 
 Alteração de processos biológicos marinhos: por ser mais 
energética a radiação UV-B é mais penetrante no oceano, cau-
sando danos ao plâncton, a base da cadeia alimentar marinha. 
Associado a esse fato, o plâncton é grande consumidor de CO2 e 
sua destruição implica automaticamente em aumento da concen-
tração desse gás  Efeito Estufa 
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Ozônio na Troposfera 
 Forte oxidante  Ataca borrachas e monumentos 
 Reage com outros poluentes formando substâncias irritantes 
aos olhos e pulmões 
 Fitotóxico: enfraquece vegetais e torna-os mais susceptíveis às 
variações climáticas e ao ataque de pragas 
Em condições atmosféricas normais está presente em baixo teor, 
mas sob intensa radiação solar e na presença de NOx pode 
chegar a 0,1 ppm, concentração máxima permitida num máximo 
de 8 h/dia para pessoas diretamente expostas. 
Em concentrações acima das normais pode ser letal 
 
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Final do Capítulo