Reações Fotoquímicas

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ReaReaçções Fotoquões Fotoquíímicasmicas
Professora: ClProfessora: Clááudia Cunhaudia Cunha
ProfProfªª. Cl. Clááudia Cunhaudia Cunha
O estudo das reaO estudo das reaçções quões quíímicas na atmosfera micas na atmosfera éé muito difmuito difíícil cil 
porque: porque: 
�� BaixBaixííssimas concentrassimas concentraçções (elementos traões (elementos traçços) detecos) detecçção ão 
e ane anáálise (interferentes e condilise (interferentes e condiçções em laboratões em laboratóório muito rio muito 
diferentes da original).diferentes da original).
�� Algumas reaAlgumas reaçções são extremamente lentas.ões são extremamente lentas.
�� ReaReaçções requerem radiaões requerem radiaçção na forma de luz ão na forma de luz 
(catalisador).(catalisador).
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A energia de cada fA energia de cada fóóton estton estáá relacionada com a freqrelacionada com a freqüüência ência 
e comprimento de onda:e comprimento de onda:
ΕΕ = = hhνν ou ou ΕΕ = = hhcc //λλ
ΕΕ = energia do f= energia do fóóton ton 
h = constante de Planck (6,626218 10h = constante de Planck (6,626218 10--3434 JsJs) ) 
c = velocidade da luz (2,997 10c = velocidade da luz (2,997 1088 m sm s--11) ) 
νν = freq= freqüüência ência 
λλ = comprimento de onda (= comprimento de onda (nmnm) ) 
hhcc = 119.627 kJ mol= 119.627 kJ mol--11 nmnm
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Por exemplo, a dissociaPor exemplo, a dissociaçção do oxigênio molecular em suas ão do oxigênio molecular em suas 
formas monoatômicas requer uma variaformas monoatômicas requer uma variaçção de entalpia ão de entalpia 
de 498,4 kJ molde 498,4 kJ mol--11::
OO22 →→ 2O2O ((∆∆HH°° = 498,4 kJ mol= 498,4 kJ mol
--11))
O cO cáálculo da varialculo da variaçção de entalpia (ão de entalpia (∆∆HH°°) ) éé igual a soma das igual a soma das 
entalpias de formaentalpias de formaçção (ão (∆∆HH°°ff) dos produtos menos dos ) dos produtos menos dos 
reagentes:reagentes:
∆∆HH°° = 2 = 2 ∆∆HH°°ff (O) (O) -- ∆∆HH°°ff (O(O22))
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A partir dos dados tabelados, temos:A partir dos dados tabelados, temos:
∆∆HH°° = 2 = 2 ×× 249,2 249,2 –– 0 = 498,4 kJ mol0 = 498,4 kJ mol--11
ConsideraConsidera--se que se que ∆∆HH°° éé igual a energia necessigual a energia necessáária para ria para 
que a areaque a areaçção ocorra. Logo, o comprimento de onda ão ocorra. Logo, o comprimento de onda 
correspondente para a luz correspondente para a luz éé::
λλ = 119.627 kJ mol= 119.627 kJ mol--11 nmnm / 498,4 kJ mol/ 498,4 kJ mol--11 = 240 = 240 nmnm
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Os Os áátomos e moltomos e molééculas que absorvem luz (UV e Vis) culas que absorvem luz (UV e Vis) 
sofrem mudansofrem mudançças na organizaas na organizaçção de seus elão de seus eléétrons. Diztrons. Diz--
se que existe temporariamente, um se que existe temporariamente, um estado excitadoestado excitado
eletronicamente, e para indiceletronicamente, e para indicáá--lo, suas flo, suas fóórmulas são rmulas são 
seguidas de um asterisco sobrescrito (*). No entanto as seguidas de um asterisco sobrescrito (*). No entanto as 
molmolééculas geralmente não permanecem no estado culas geralmente não permanecem no estado 
excitado, e, portanto, não retêm o excesso de energia excitado, e, portanto, não retêm o excesso de energia 
fornecida pelo ffornecida pelo fóóton por muito tempo. Em poucos ton por muito tempo. Em poucos 
segundos, elas devem utilizar a energia para reagir segundos, elas devem utilizar a energia para reagir 
fotoquimicamente ou retornar ao seu fotoquimicamente ou retornar ao seu estado fundamentalestado fundamental
–– o arranjo de elo arranjo de eléétrons de menor energia (mais esttrons de menor energia (mais estáável).vel).
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AbsorAbsorçção de luz ão de luz →→ mudanmudançça nos ela nos eléétrons trons →→ Estado Eletrônico excitado Estado Eletrônico excitado →→
Uso da energia para reagir so da energia para reagir →→ Estado fundamental Estado fundamental →→ Emissão de energia Emissão de energia 
(f(fóóton) ton) →→ LiberaLiberaçção de calor ão de calor 
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Teoria de BohrTeoria de Bohr
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No caso de uma molNo caso de uma moléécula de Ocula de O22, a energia de um f, a energia de um fóóton de ton de 
comprimento de onda maior que 240 comprimento de onda maior que 240 nmnm pode, se pode, se 
absorvido temporariamente, levar as molabsorvido temporariamente, levar as molééculas a um culas a um 
estado excitado. Mas a energia estado excitado. Mas a energia éé rapidamente rapidamente 
convertida para aumentar a energia cinconvertida para aumentar a energia cinéética da moltica da moléécula cula 
e das mole das molééculas que a rodeiam.culas que a rodeiam.
OO22 + f+ fóóton (ton (240 240 nmnm) ) →→ OO22
** →→ OO22 + calor+ calor
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1)1) Qual Qual éé a energia, em a energia, em quilojoulesquilojoules por mol, associada a por mol, associada a 
ffóótons que tem os seguintes comprimentos de onda? tons que tem os seguintes comprimentos de onda? 
a. 280 a. 280 nmnm
b. 400 b. 400 nmnm
c. 750 c. 750 nmnm
d. 4000 d. 4000 nmnm
ExercExercííciocio
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2) O valor de 2) O valor de ∆∆HH°° para decomposipara decomposiçção do ozônio em Oão do ozônio em O22 e e 
oxigênio atômico oxigênio atômico éé +105 kJ mol+105 kJ mol--11::
OO33 →→ OO22 + O+ O
Determine a região da luz solar (UV, visDetermine a região da luz solar (UV, visíível ou vel ou 
infravermelho) em que se encontra esse comprimento de infravermelho) em que se encontra esse comprimento de 
onda.onda.
ExercExercííciocio
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3) Um poss3) Um possíível mecanismo adicional que pode existir para vel mecanismo adicional que pode existir para 
criacriaçção de ozônio na alta estratosfera comeão de ozônio na alta estratosfera começça com a a com a 
criacriaçção de Oão de O22 excitado (excitado (vibracionalmentevibracionalmente) e oxigênio ) e oxigênio 
atômico no estado fundamental originados da absoratômico no estado fundamental originados da absorçção de ão de 
ffóótons com comprimento de ondas menores de 243 tons com comprimento de ondas menores de 243 nmnm. O . O 
OO22* reage com a mol* reage com a moléécula de Ocula de O22 no estado fundamental no estado fundamental 
para produzir ozônio e outro para produzir ozônio e outro áátomo de oxigênio.tomo de oxigênio.
Qual Qual éé a reaa reaçção global, a partir dessas duas etapas?ão global, a partir dessas duas etapas?
ExercExercííciocio
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4) O cloro atômico 4) O cloro atômico éé produzido sob as condiproduzido sob as condiçções do buraco ões do buraco 
de ozônio pela dissociade ozônio pela dissociaçção do cloro diatômico Clão do cloro diatômico Cl22. Dado . Dado 
que o gque o gáás de cloro diatômico s de cloro diatômico éé a forma esta forma estáável do elemento vel do elemento 
e que o valor de e que o valor de ∆∆HH°°ff para o cloro atômico para o cloro atômico éé +127,7 kJ mol+127,7 kJ mol
--
11, , calcule o comprimento de ondacalcule o comprimento de onda mmááximo de luz que pode ximo de luz que pode 
dissociar o cloro diatômico para a forma monoatômica. dissociar o cloro diatômico para a forma monoatômica. 
ExercExercííciocio
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5) A uma altitude de aproximadamente 35 quilômetros, as 5) A uma altitude de aproximadamente 35 quilômetros,as 
concentraconcentraçções mões méédias de O* e de CHdias de O* e de CH44 são são 
aproximadamente 100 e 1 aproximadamente 100 e 1 ×× 10101111 molmolééculas cmculas cm--33, , 
respectivamente. A constante de velocidade k para a respectivamente. A constante de velocidade k para a 
reareaçção entre eles ão entre eles éé de aproximadamente 3de aproximadamente 3 ×× 1010--1010
molmolééculasculas--11 ss--11. Calcule a velocidade de destrui. Calcule a velocidade de destruiçção do ão do 
metano em:metano em:
a. mola. molééculas por centculas por centíímetro cmetro cúúbico por anobico por ano
b. grama b. grama por centpor centíímetro cmetro cúúbicobico por anopor ano
ExercExercííciocio