Aula 3 Q. Ambiental química da estratosfera II

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Química Ambiental 
 Aula 3 
Química da Estratosfera
Universidade Federal de Lavras
Departamento de Química
Prof. Fabiano Magalhães
mgfabiano@yahoo.com.br
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Revisão
Composição da atmosfera
 
Adsorção da radiação UV pelo O2 e O3
Formação e destruição do ozônio 
 Origem natural
 Poluentes emitidos na estratosfera 
 Destruição catalítica do O3
Mecanismo 1 e 2 
 CFCs, HCFCs, e HFCs
Tratado de Montreal (1987) 
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A Química e a Poluição do Ar na Troposfera
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Transformações na Atmosfera
Atmosfera primitiva: rica H2, NH3, CH4 e H2O 
Formação de CO, CO2 e N2 – reações fotolíticas
Aparecimento seres autótrofos
Produção de O2
Oxidação dos gases e metais
Saturação da atmosfera, hidrosfera e litosfera
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Transformações na Atmosfera
CO2, CH4, SO2, H2S, N2, HCl, HBr, NH3
CH4, H2S, NH3....
CO2, H2O, NOx...
Fontes naturais
Fonte pontual
Fonte difusa
Fonte difusa
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Transformações na Atmosfera
Sorvedouros
Remover compostos emitidos na atmosfera
 Deposição úmida: chuva – CO2 + H2O  H2CO3(aq)
 Deposição seca: vento arrasta os compostos para o solo ou água
 Deposição que envolve mecanismo químico: HCl(g) + NH3(g)  NH4Cl(s)
Ciclos Biogeoquímicos
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Ciclo biogeoquímico do carbono
Principais compostos de carbono transportados entre atmosfera – litosfera – hidrosfera: CO2, CO3-2 e HCO3-
Carbono: principal constituinte da matéria orgânica seca  49%
Fonte??
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Ciclo biogeoquímico do carbono
Sorvedouro 
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Ciclo biogeoquímico do carbono
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Ciclo biogeoquímico do carbono
Fotossíntese
Clorofila – responsável pela absorção da radiação solar
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Ciclo biogeoquímico do carbono
Fotossíntese
Clorofila – responsável pela absorção da radiação solar
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Ciclo biogeoquímico do carbono
Fotossíntese
Absorvem a radiação
Sistema fotossintético de algas vermelhas denominado ficobilisoma, contendo clorofila a, ficoeritina (PE), ficocianina (PC) e aloficocianina (AP).
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Ciclo biogeoquímico do carbono
Fotossíntese
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
 Nitrogênio
 Macroelemento essencial à vida – principal componente de aminoácidos;
 Maior parte está agregado em rochas ou na forma de N2;
 N2  inerte (maior parte dos organismos não pode utilizá-lo);
 Nitrogênio reativo  ligado ao O ou H ou C (NH3, NH4+, NOx, (NH3)2CO)
Como o N2 se torna nitrogênio reativo????
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
 Como o N2 se torna nitrogênio reativo????
 Processos de fixação do nitrogênio
1. Ação bacteriana
2. Nitrificação
3. Redução de nitratos
4. Raios e vulcões
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
 Processos de fixação do nitrogênio
1. Ação bacteriana
3(CH2O) + 2N2 + 3H2O + 4H+  3CO2 + 4NH4+
Bactérias 
 Campos alagados (produção de arroz)
Bactérias 
 Vivem em simbiose – ancoradas nas raízes de leguminosas
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
 Processos de fixação do nitrogênio
2. Nitrificação
É importante porque as plantas absorvem o nitrogênio na forma de nitrato.
O2 + 2NH4+  NO3- + H2O
A reação é catalisada por nitrossonomas e nitrobactérias
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
 Processos de fixação do nitrogênio
3. Redução de nitratos
2NO3- + (CH2O)  NO2- + H2O + CO2
2NO2- + 3(CH2O) + 4H+  2NH4+ + 3CO2 + H2O 
A reação é realizada pela ação microbiológica
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
 Processos de fixação do nitrogênio
4. Raios e vulcões
N2 + O2  2NO
NO, NO2, NH3
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
 Processos de fixação do nitrogênio
5. Fixação industrial – Proc. Haber-Bosh
N2 + 3H2  2NH3
Fritz Haber e Carl Bosch 
Condições: 450 0C, 200 atm e Fe (catalisador)
Por que produzimos NH3?
 Produção de fertilizantes
 Utilização como gás de refrigeração industrial
 Neutralizador na indústria do petróleo
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
 Produção de N para obtenção de fertilizantes: 80x106 ton/ano
 NH3 emitida naturalmente  continentes : 8x106 ton/ano
			  oceanos: 15x106 ton/ano
 1990 humanidade produziu 140x106 ton
Grande alteração no ciclo biogeoquímico do nitrogênio
Preocupação: consequências ambientais e para a saúde
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
Processo que retorna com o nitrogênio fixado para a atmosfera na forma de N2
 Desnitrificação
4NO3- + 5(CH2O) + 4H+  2N2 + 3CO2 + 7H2O
 Ocorre também por processos anaeróbios (bactérias desnitrificantes)
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
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Ciclo biogeoquímico do Nitrogênio
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Ciclo biogeoquímico do Enxofre
Principais espécies na atmosfera: SO2, H2S, (CH3)2S 
Origem: 
 SO2  combustão
 H2S  decomposição anaeróbia
 (CH3)2S  fitoplancton 
 SO42-  presente nas águas oceânicas
Gotas de água (spray) – levadas pelo vento à centenas de Km
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Ciclo biogeoquímico do Enxofre
Principais fontes antrópicas
Queima de combustíveis
Matéria orgânica + O2  CO2 + H2O + SO2 + NO2
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Ciclo biogeoquímico do Enxofre
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 Reações na Troposfera
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Óxidos de Nitrogênio na Atmosfera
 Pode ser encontrado como: N2O, NO, NO2, NO3, N2O3, N2O4, N2O5
Formas mais comuns
 Emitido por fontes naturais
 Solos adubados
 Reações entre N2 e O2
 Gás estufa
 Combustão
 Micro organismos
 Oxida formando NO2
 Gás avermelhado
 Odor irritante
 Combustão
NOx = NO e NO2
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Óxidos de Nitrogênio na Atmosfera
 Reações atmosféricas envolvendo NOx
Oxidação do NO
NO2 + h (  430 nm)  NO + O
O + O2  O3
NO + O3  NO2 + O2
Atmosfera não poluída
VConsumo O3 = Vformação O3
Teor de O3 estacionário 
 Atmosfera não poluída: [O3] = 30 a 40 ppb
 Antes da Rev. Industrial: [O3] = 10 a 15 ppb
 Locais poluídos: [O3] = 500 ppb
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Reações na Atmosfera
 Oxidantes na atmosfera
 O3, H2O2, *OH, HO2*, NO3*
O3 + UV  O2 + O
O + H2O  2*OH
Formação do *OH
Formação do *OOH
2O2 + HCHO + UV  2HOO* + CO
HOO* + NO  NO2 + *OH
Formação do H2O2
HOO* + HOO*  H2O2 + O2
HOO* + NO  NO2 + *OH
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Reações na Atmosfera
 Oxidantes na atmosfera
 O3, H2O2, *OH, HO2*, NO3*
NO2 + O3  NO3* + O2 
Formação do NO3*
Instável na presença de luz solar existe somente durante a noite
Importância dos Oxidantes
Reagem formando espécies mais solúveis em água – facilitando a remoção pelas águas da chuva
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 Reações na Troposfera
 Reações com CO, SO2, NO e CH4
 Gases tipo HF, HCl, HBr, CO2, SO3 dissolvem na chuva
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A Química da Troposfera
 Reações na Troposfera
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
 Oxidação do metano
OH cat.
Mecanismo???
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Princípios de reatividade na troposfera
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Princípios de reatividade na troposfera
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 Oxidação do metano
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