Aula 5 Química atmosférica Parte 1 1S2018

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Aula 6 
 
Química da Atmosfera - Parte I 
 
1. Composição química e a poluição da atmosfera 
2. “Regiões da atmosfera” 
3. Transporte de substâncias e os Ciclos biogeoquímicos 
Prof. Rafael Arromba de Sousa 
Universidade Federal de Juiz de Fora 
Instituto de Ciências Exatas 
Departamento de Química 
Juiz de Fora, 1o semestre de 2018 
 QUI 163 - Química Ambiental 
1 
 
1. Composição química e a poluição da atmosfera 
 
 
2. “Regiões da atmosfera” 
 
 
3. Transporte de substâncias e os Ciclos biogeoquímicos 
 O que vocês já sabem ?? 
2 
Introdução 
“ Pode-se assumir, com boa aproximação, que nosso planeta 
 é um sistema fechado em termos de fluxos de massa, 
sem entrada ou saída de material ” 
 
 
3 
Introdução 
“ Pode-se assumir, com boa aproximação, que nosso planeta 
 é um sistema fechado em termos de fluxos de massa, 
sem entrada ou saída de material ” 
 
 
4 
 Importante não poluir a mesma considerando que os poluentes se diluem 
 
 Necessidade de se conhecer as características da atmosfera 
 
A atmosfera terrestre é uma fina camada gasosa que envolve a Terra, sendo 
formada por diferentes gases que se distribuem em “camadas” 
Formação .... 
 
No início da formação do planeta Terra: atmosfera composta por gases como 
metano, amônia, vapor de água e gás carbônico - resultantes das constantes 
erupções vulcânicas e de colisões de meteoros na superfície 
 
Em uma “segunda fase”, surgiram os primeiros organismos vivos que 
realizaram fotossíntese, absorvendo o gás carbônico da atmosfera e 
transformando-o em oxigênio 
 
 
6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + H2O 
 (Glicose) 
“Ocorreu a maior transformação causada no planeta pelos organismos 
vivos: a atmosfera tornou-se “cheia” de oxigênio” 
 
 
5 
Introdução – Definição e Histórico 
Introdução - Composição química geral 
A Terra tem aproximadamente 4,5 bilhões de anos e ao longo desse 
período a atmosfera sofreu modificações que permitiram o 
surgimento e manutenção da vida 
 
Dados da provável composição (%) da atmosfera terrestre antes e após o 
aparecimento de vida 
Gás Vênus Marte Terra* Terra 
CO2 96,5 95 98 0,035 
N2 3,5 2,7 1,9 79 
O2 Traços 0,13 Traços 21 
Argônio Traços 1,6 0,1 1,0 
 * Composição provável antes do aparecimento da vida no planeta 
6 
ENTÃO... 
Característica da atmosfera que favorece a vida: caráter oxidante 
 21% de gás oxigênio (coexiste com formas reduzidas de oxigênio, como 
monóxido de carbono e óxido nitroso) 
 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 
Introdução - Composição química geral 
7 
- Contém 80% dos 
gases atmosféricos 
- Th máx  - 60
0C 
- Fenômenos 
meteorológicos 
- Moléculas de O3 
- T de - 60 até 00C 
(abs de UV) 
- Menos moléculas 
- T chegam a – 1000C 
(camada mais fria) 
- Diferentes espécies 
- T chegam em 12000C 
(Abs de radiação de 
alta energia) 
 
Atmosfera – Composição química x camadas 
ou 
Termosfera 
Ordem e dimensão das camadas: 
8 
Composição gasosa de cada camada: 
9 
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Atmosfera – 
 
 Importância ?? 
10 
 
  Funções protetoras ... 
 
 - Evita os impactos de corpos celestes (meteoros) 
 
 - Mantem parte do calor solar, impedindo sua imediata irradiação 
para o espaço 
 
 - Impede variações bruscas de temperatura e radiações 
extremamente energéticas, favorecendo a vida terrestre 
 
 - Atua como um condensador que transporta água dos oceanos 
aos continentes (Ciclo hidrológico) 
Atmosfera – Importância 
11 
Troposfera ... 
 
 É a camada importante para a sobrevivência dos 
seres aeróbios 
CARACTERÍSTICAS 
 
 Forte interação com a 
Litosfera e com a Hidrosfera 
 
 
 Composição variada 
 
 - Gases* 
 
 - Líquidos 
 
 - Sólidos 
Tabela 1. Composição média do ar seco no nível do mar (SEINFELD, 1984). 
Substâncias Concentração em ppm Concentração em µg/m
3
 
Nitrogênio (N2) 780 840.00 8.95 x 10
8
 
Oxigênio (O2) 209 460.00 2.74 x 10
8
 
Argônio (Ar) 9 340.00 1.52 x 10
7
 
Dióxido de Carbono (CO2) 315.00 5.67 x 10
5
 
Neônio (Ne) 18.00 1.49 x 10
4
 
Hélio (He) 5.20 8.50 x 10
2
 
Metano (CH4) 1.20 7.87 x 10
2
 
Criptônio (Kr) 1.10 3.43 x 10
3
 
Óxido de Nitrogênio (N2O) 0.50 9.00 x 10
2
 
Hidrogênio (H2) 0.50 4.13 x 10
1
 
Xenônio (Xe) 0.08 4.29 x 10
2
 
 
Existem também milhares de constituintes-traço 
  170 tipos de interações químicas (estimativa) 
(*) Composição média do ar seco no nível do mar (SEINFELD, 1984) 
12 
Troposfera 
 
É a camada importante para a sobrevivência dos seres 
aeróbios 
OUTRAS CARACTERÍSTICAS 
 
 Forte interação com a Litosfera e com a Hidrosfera 
 
 
 Composição variada (gases, líquidos e sólidos) 
 
 
  Materiais líquidos e sólidos em suspensão 
 
 - Origem natural (vulcões, queimadas) 
 
 - Origem antropogênica (poluição...) 
13 
Ação humana  Modificações significativas a partir da Revolução industrial 
 
 
chuva ácida, efeito estufa e depleção da camada de ozônio 
Atmosfera - Efeitos da poluição 
14 
na 
Troposfera 
na 
 Estratosfera 
 Exemplos de FATOS HISTÓRICOS relacionados à POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA: 
 
- Dez. 1930  Vale de Meuse, Bélgica: grossa camada de poluição por 5 
dias ( 63 mortos e doenças em cerca de 6000 pessoas ) 
 
Mais detalhes: www.youtube.com/watch?v=blyN42zpAYM 
 
- Out. 1948  o mesmo em Donora (Pensilvânia, EUA): 20 mortos e 
quase metade da população ficou “doente” 
 
 Mais detalhes: www.youtube.com/watch?v=IKDpNTNm1Cc 
 
- Dez. 1952  Londres: durante 5 dias ocorreram 4000 mortes (outros 
episódios na cidade em 1953 e 1962) 
 
Mais detalhes: www.youtube.com/watch?v=pX4uqLIJn5c 
 
- 1953, 1963, 1966  episódios de forte poluição em Nova York 
 
15 
Atmosfera - Efeitos da poluição 
 Exemplos de FATOS HISTÓRICOS relacionados à POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA: 
 
- Dez. 1930  Vale de Meuse, Bélgica: grossa camada de poluição por 5 dias ( 63 mortos 
e doenças em cerca de 6000 pessoas ) 
- Out. 1948  o mesmo em Donova (Pensilvânia, EUA): 20 mortos e quase metade da 
população ficou “doente” 
- Dez. 1952  Londres: durante 5 dias ocorreram 4000 mortes (outros episódios na cidade 
em 1953 e 1962) 
- 1953, 1963, 1966  episódios de forte poluição em Nova York 
 
 A partir desses episódios alguns países passaram a legislar, regulamentar e 
implementar tecnologias para redução da poluição 
 
No BRASIL graves problemas ocorreram na cidade de Cubatão: 
“Vale da Morte” na década de 1980 
HOJE: “Cidade-símbolo da Recuperação Ambiental”! 
 
Mais detalhes: 
http://colunas.revistaepoca.globo.com/planeta/2012/08/14/como-
cubatao-deixou-de-ser-o-vale-da-morte/ 16 
Atmosfera - Efeitos da poluição 
17 
The CrownContexto econômico e ambiental da poluição atmosférica: 
 
1) O crescimento populacional altera constantemente a atmosfera 
 
– Por meio do lançamento de gases e partículas ... 
 
– Modificando as trocas de água e energia, alterando a quím. atmosférica 
 
• Substituindo/removendo a cobertura natural que barram os ventos 
• Reduzindo a quantidade de água evaporada, aumentando o fluxo de 
calor sensível 
• Mudando a circulação local e o ângulo de recebimento da luz solar 
 
2) Existência de diferentes tipos de poluentes 
 
 Compreendem partículas e gases em concentrações que colocam em 
perigo a saúde dos organismos, alterando a dinâmica ambiental e dos processos 
físicos 18 
Atmosfera - Efeitos da poluição 
 Partículas 
 Partículas maiores concentram-
se próximas ao solo (gravidade) 
 Em geral, diminuem a 
penetração da luz afetando o clima por 
meio de efeitos físicos 
Poluentes: características gerais 
 Gases poluentes danificar as construções e afetam o clima por 
meio de reações químicas que ocorrem na atmosfera 
19 
Atmosfera - Efeitos da poluição 
Problemas de saúde ... 
Os poluentes atmosféricos têm efeitos sobre a saúde ! 
 PARTÍCULAS FINAS 
 alergias respiratórias em geral, silicose e câncer de pulmão 
 Espirros, tosse, dor de garganta, bronquite 
 
 
 PARTÍCULAS “ORGÂNICAS” 
 câncer, mutação genética e malformação de fetos 
 
 
 EMISSÕES GASOSAS EM GERAL 
 Agravamento das alergias respiratórias 
 Dor de cabeça 
 Falta de ar 
 Arritmia 
 “Chuva ácida” ... 
 
 
 
 Irritação nos olhos e Redução de visibilidade 
 20 
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 
 
OU SEJA, a dispersão é resultado de mecanismos de transporte 
rápidos e irregulares : 
 
  Os contaminantes são carreados pelo vento e naturalmente se 
misturam na atmosfera turbulenta 
 
  Durante a dispersão, os contaminantes podem sofrer reações 
químicas 
 - Contaminantes primários transformam-se em Contaminantes 
secundários 
 - São depositados no solo ou na água (por via seca ou úmida) 
Atmosfera - Transporte de substâncias 
21 
Dispersão atmosférica de contaminantes 
Atmosfera - Transporte de substâncias 
Exemplos de alguns poluentes importantes na atmosfera 
22 
1) Poluentes gasosos 
 
 
 
 
 
2) Poluentes (particulados e gasosos) de acordo com a fonte 
23 
FONTE PARTICULADOS EMISSÕES GASOSAS 
Caldeiras e fornos 
industriais 
Cinzas e fuligem NOX, SO2, CO, aldeídos, 
Ácidos orgânicos, 
benzopireno 
Motores de combustão 
interna 
Fuligem CO, NOX, aldeídos, 
hidrocarbonetos, 
benzopireno 
Metalurgia e química do 
coque 
Pó e óxidos de ferro NOX, SO2, CO, NH3, 
compostos de flúor, 
substâncias orgânicas 
Indústria alimentícia pó NH3, H2S, misturas 
multicomponentes de 
compostos orgânicos 
Alguns exemplos ... 
 
Por outro lado: 
 Os poluentes podem ser “removidos”, 
naturalmente, por: 
 
- Deposição úmida 
- Deposição seca 
- Reações químicas com partículas ou outros gases 
Um outro problema: 
 A dispersão atmosférica de contaminantes leva os 
contaminantes para outros locais (distantes das fontes) 
 
Atmosfera - Transporte de substâncias 
24 
 
 
 
Exemplificando a dispersão atmosférica de contaminantes 
Atmosfera - Transporte de substâncias 
25 
 Substâncias persistentes (origem natural ou não) podem ficar 
“circulando” no ambiente 
MAS, também ocorrem transformações químicas, 
favorecidas pelos Ciclos Biogeoquímicos ... 
• 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 
Atmosfera - Transporte de substâncias 
26 
Ciclos Biogeoquímicos ? 
Atmosfera - Transporte de substâncias 
São os conjuntos de reações químicas e as mudanças de fases que fazem 
com que substâncias permeiem os diferentes ecossistemas 
 
Ex: Questão do CO2 
 
CO2 atmosférico é fixado pelas plantas (fotossíntese) MAS reemitido pela 
respiração 
 
 TENDÊNCIA: concentrações “constantes” de substâncias nos ecossistemas 
em equilíbrio 
 
MAS no caso do CO2 e outros gases  alterações significativas 
 (atividades antropogênicas) 
 
 Ex: Queima de combustíveis fósseis 
 Aumenta em ~4,3% ao ano a emissão de Carbono na atmosfera 
 
 
 Compostos de Carbono  CICLO DO CARBONO (foco: CO2 atmosférico) 
27 
Atmosfera – Ciclo do carbono 
28 
CO2 atmosférico: 
monitoração desde 1750 (Siple Station) até os dias atuais (Mauna Loa, desde 1958) 
https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/full.html, acessado 19-09-17 
Atmosfera – Ciclo do carbono 
 “Fixação” de carbono por meio dos vegetais (consomem CO2) e animais (consome C6H12O6) 
 Reemissão por meio de processos naturais (decomposição) e queima de combustíveis 
fósseis 
29 
Fonte: http://www.ib.usp.br/~delitti/projeto/rhavena/Index.htm, acesso 01-05-17 
Atmosfera – Ciclo do nitrogênio 
Espécies de N2 (inertes) e NOx (associados a problemas ambientais) 
Transformação de N2 
em outros compostos: 
 NH3 
 NH4
+ 
 NO2
- 
 NO3
- 
N2 
 
- Espécie mais abundante da 
atmosfera 
- Não é aproveitado pelos seres 
vivos NESTA FORMA (exceção 
para algumas bactérias) 
- Outras formas: REATIVAS ... 
 
NOx = NO + NO2 
 
- Chuva ácida 
- Depleção da camada de ozônio 
(Próxima aula...) 
30 
Amônio 
(NH4
+) 
Nitritos 
(NO2
-) 
(NO3
-) 
Ciclo do nitrogênio  Complexo (reações desconhecidas) 
 
• Relâmpagos  Transformam N inerte em N reativo: 
N2 + O2 → 2NO 
 
• 3/2 H2 + ½ N2 NH3 (Haber-Bosch) * Indústria de fertilizantes 
 * Substituinte dos CFCs 
 * Aditivo em petroquímicas 
 
• Nitrificação: 
 
• Desnitrificação: 
 
Atmosfera – Ciclo do nitrogênio 
Reações químicas associadas 
2 NH4
+ + 3 O2  2 NO2
- + 2H2O + 4H
+ 
2 NO2
- + O2  2 NO3
- 
NO3
-  NO2
-  NO  N2O  N2 
31 
Atmosfera – Ciclo do enxofre 
Chuva ácida 
próxima aula... 
32 
Principal 
contribuição 
Dimetilsulfeto 
Compostos de enxofre: várias fontes e vários estados de oxidação 
 
 SO2  combustíveis fósseis (atividades antropogênicas  grandes 
quantidades) 
 Hemisfério Norte  maior concentração do que no hemisfério Sul 
 (países ricos queimam mais combustíveis fósseis) 
 
 H2S  águas ou regiões úmidas do continente (reações anaeróbias) 
 
 Dimetilsulfeto  emitido por fitoplancton na superfície dos oceanos 
 
 SO4
2-  dissolvido na água e presente na atmosfera (“spray oceânico”) 
Quando as partículas tem diâmetro < 10 µm (MP10)constituem o “aerossol de 
sulfato” podem penetrar nos pulmões e causar doenças respiratórias (sulfatos 
provenientes de poluição) 
São responsáveis por mudanças climáticas (interagem com a luz solar causando 
alterações de temperatura) 
Atmosfera – Ciclo do enxofre 
33 
34 
Existem Diversos Poluentes na Atmosfera ... 
 Demandam uso de POLÍTICAS e TECNOLOGIAS de controle e de 
minimização da poluição 
 
 Legislações e Sistemas de Créditos de Poluição 
 
 Lâmpadas de iluminação mais eficientes 
 
 Uso mais frequentede gás natural 
 
 Uso de energia renovável 
 
 
 OMS: mais de 1,1 bilhão de pessoas vive em áreas urbanas onde o ar exterior 
não é saudável ! 
2) Em relação ao fluxo de CO2 entre os 
diferentes compartimentos, seria possível 
calcular as estimativas de troca? 
 
3) O pH da água favorece a dissolução do 
CO2 atmosférico? De que forma? 
QUESTÕES - RELACIONANDO A QUÍMICA AQUÁTICA E ATMOSFÉRICA: 
 
 
1) Quais são as principais formas químicas de transporte de carbono entre os 
vários compartimentos da biosfera? 
35 
4) Quais são os estados de oxidação em que o enxofre pode ser encontrado nos 
compostos principais do Ciclo do enxofre? E quais os compostos mais solúveis em água? 
Para casa.... 
VÍDEO – Entrevista com o Prof. Sérgio Correa (UERJ): 
https://www.youtube.com/watch?v=3AlMryEKpNI 
Demais Referências Utilizadas 
• Rocha, J. C; Rosa, A. H. e Cardoso, A. A, Introdução à Química Ambiental, Porto Alegre Bookman, 2004 
 
• Baird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera, 2 ed, Porto 
Alegre, Bookman, 2002 
 
• http://biologiatualizada.blogspot.com.br/2012/01/fotossintese.html, acessada 22-06-13 
 
• http://www.brasilescola.com/historiag/revolucao-industrial.htm, acessado 22-06-13 
 
• http://envolverde.com.br/saude/qualidade-do-ar/poluicao-do-ar-mata-pelo-menos-dois-milhoes-de-
pessoas-por-ano-no-mundo-diz-oms/, acessado 23-06-13 
 
• Nascentes, C. C; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011 
 
• Maioli, O.L.G., Nascimento, G.N. Composição da Atmosfera, Ciclos Globais e Tempo de Vida. Monografia. 
UFES 
 
• Mozeto, A. Química Atmosférica: A química sobre nossas cabeças. Cadernos Temáticos de Química Nova 
na Escola. 2001 
• Miller, G. T. Ciência Ambiental, São Paulo: Thomson Learning, 2007. 
36