3 . INTERACÇÃO RADIAÇÃO-MATÉRIA. ESTRUTURA DA ATMOSFERA TERRESTRE

1. 3. INTERACÇÃO RADIAÇÃO-MATÉRIA. ESTRUTURA DA ATMOSFERA TERRESTRE UNIDADE 2 – NA ATMOSFERA DA TERRA: RADIAÇÃO, MATÉRIA E ESTRUTURA Escola Secundária Maria Lamas – Torres NovasFísica e Química A – 10º AnoNelson Alves Correia

2. OBJECTIVOS • Explicar que, na ausência de qualquer reacção química, a temperatura da atmosfera deveria diminuir com a altitude até um certo valor e depois aumentar como resultado da actividade solar. • Associar a divisão da atmosfera em camadas, aos pontos de mudança da variação de temperatura em função da altitude. • Interpretar a formação dos radicais livres na atmosfera (estratosfera e troposfera), como resultado da interacção entre radiação e matéria.

3. OBJECTIVOS • Enumerar alguns dos efeitos da acção de radicais livres na atmosfera sobre os seres vivos. • Interpretar a formação dos iões como resultado dainteracção entre radiação e matéria. • Explicar o resultado da interacção da radiação de energia mais elevada na ionosfera e mesosfera, em termos de dissociação, ionização e agitação das partículas. • Interpretar a atmosfera como filtro solar (em termos de absorção de várias energias nas várias camadas).

4. CONTEÚDOS • Temperatura da Atmosfera • Formação de Radicais Livres • Formação de Iões • AAtmosfera como Filtro da Radiação Solar

5. temperatura da atmosfera • A temperatura da atmosfera depende da distância ao solo e das radiações solares que a atravessam. • O sololiberta radiações infravermelhas para a atmosfera, que aquecem o ar junto ao solo. • A temperatura da atmosfera diminuiquando a altitudeaumenta, até cerca de 12 km (Troposfera), porque o efeito das radiações infravermelhas diminui.

6. temperatura da atmosfera • Depois da Troposfera, as partículas absorvema energia das radiações solares, o que provoca: • Efeito térmico –Quandoaumenta a energia cinética (agitação) e a temperatura daspartículas; • Efeito químico –Quandoaspartículas sofrem transformações químicas (reacções fotoquímicas ou fotólises). Estas transformações podem ser dissociaçõesde moléculas ou ionizações de moléculas e de átomos.

7. temperatura da atmosfera

8. temperatura da atmosfera • Se não existisse efeito químico, a energia da radiação solar absorvida provocava o aumento da energia cinética das partículas. • Neste caso, a temperatura da atmosfera aumentava sempre, a partir da Estratosfera, porque a radiação absorvida tem mais energia na zona superior da atmosfera. • A temperatura baixa na Mesosfera porque a energia absorvida provoca efeito químico, e existe pouca energia disponível para provocar efeito térmico (a energia cinéticanão aumenta).

9. temperatura da atmosfera • Quando a energia das radiações é grande, o que acontecena Termosfera, parte da energia absorvida provocaefeito químico e outra parte provoca efeito térmico. • Quanto mais elevada for a energia da radiação absorvida, mais energiafica disponível para aumentar a energia cinética e a temperatura das partículas: Eefeitotérmico = Ecinética= Eradiação absorvida- Eefeito químico

10. temperatura da atmosfera • A temperatura da atmosfera depende do efeito térmicoe do efeito químico. • A temperatura da atmosfera aumenta entre os 12 km e os50 km (Estratosfera), diminui entre os 50 km e os 80 km (Mesosfera), e aumenta a partir dos 80 km (Termosfera). • A atmosfera divide-se em regiões ou camadas, de acordocom as variações de temperatura: Troposfera, Estratosfera, Mesosfera e Termosfera. • No fim de cada camada, existe uma zona onde a temperatura é constante: Tropopausa, Estratopausae Mesopausa.

11. temperatura da atmosfera

12. temperatura da atmosfera • Troposfera– Camada da atmosfera mais baixa, que temo ar que respiramos. É a camada menos espessa e mais densa, com cerca de 80 %, em massa, de todos os gases da atmosfera. Nesta camada, a temperatura diminui com a altitude até cerca de -60 ºC. • Estratosfera– Camada da atmosfera onde existe a camada de ozono. As radiações ultravioletas, absorvidas pelo ozono, são responsáveis pelo aumento da temperatura, até cercade 0 ºC.

13. temperatura da atmosfera • Mesosfera– Camada mais fria da atmosfera, onde a temperatura diminui com a altitude, até cerca de -100 ºCa 80 km de altitude. • Termosfera–Camada maisespessa e externa da atmosfera, onde a temperatura aumenta com a altitude, atingindo-se temperaturas muito elevadas (2000 ºC).Esta camada pode subdividir-se em duas partes: • Ionosfera, entre 80 km e 550 km; • Exosfera,entre 550 km e 1000 km, onde começa oespaço interestelar.

14. FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES • Dissociações – Transformações químicas, provocadas pelaluz absorvida pelas moléculas, em que se quebramligações químicas entre os átomos. • Radicais livres– Átomos e moléculas muito reactivas,por terem um electrão desemparelhado, que se formam quando se quebram ligações dentro das moléculas:OH•, O•, N•, C•, Cl•e Br•. • As dissociações (formação de radicais livres) ocorremem todas as camadas da atmosfera, mas principalmentena Troposfera e na Estratosfera.

15. FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES • Formação do radical livre OH•a partir dos radicais O•e H•: • A) Fotodissociaçãode moléculas de O2 : • B) Fotodissociaçãode hidrocarbonetos: • C) Os radicais O• e H• ligam-se, originando o radical OH•:

16. FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES • Os radicais livres são muito reactivos,e provocamreacções químicas noutras moléculas da atmosferae nas células dos seres vivos. • Os radicais podem provocar inflamações, envelhecimento e mutações genéticas (cancro). Alguns cremes de tratamento da pele têm substâncias que reagem com os radicais livres, evitando o seu efeito sobre as células.

17. FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES • Energia de dissociação – Energia necessária para separaros átomosde uma molécula (dissociação). • A energia de dissociação da molécula de oxigénioé8,3 × 10­-19J, o que significa que para separar os átomos de oxigénio é necessário que a radiação absorvida tenha pelo menos 8,3 × 10-19J de energia (radiação UV):

18. FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES • Se a radiação absorvida pela molécula de O2tiver energia superior a 8,3 × 10­-19J, a energia em excesso vai provocaro aumento da energia cinética e da temperaturadosradicais livres que se formam. • Se a radiação absorvida pela molécula de O2tiver energia inferior a 8,3 × 10­­-19J, não provoca dissociação da molécula (efeito químico) mas aumenta a sua energia cinética e temperatura (efeito térmico).

19. FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES • Os efeitos químico(dissociação) e térmico (aumento da temperatura) dependem da energiada radiação que é absorvida pelas moléculas e da sua energiade dissociação:

20. FORMAÇÃO DE IÕES • Ionizações– Transformações químicas, provocadas pelaluz absorvida pelas moléculas, em que se formam iões monopositivos, quando a luzconsegue retirar um electrão da molécula: N2+, O2+, O•+e NO+. • A energia da radiação tem de ser igual ou superiorà energia de primeira ionização das partículas(energia mínima de remoção - E ou I1). • As ionizações ocorrem principalmente na Termosfera,onde a luz solar tem mais energia (as energias de ionização são superiores às energias de dissociação).

21. FORMAÇÃO DE IÕES • As ionizações ocorrem na Termosferae, em menor grau,na Mesosfera, onde a luz solar tem mais energia eporque as energias de ionização são superiores àsenergias de dissociação.

22. FORMAÇÃO DE IÕES • A energia mínima para ionizar uma molécula de azoto é2,5 × 10­-18 J (1510 kJ mol-­1). Uma radiação de 9,9 x 10­-19 Jnão consegue ionizar esta molécula. • Redução dekJ mol-­1aJ por molécula: 1510 kJ mol-­1 = 1510 × 10­3 J / 6,0 × 10­23moléculas = = 2,5 × 10­-18J por molécula

23. FORMAÇÃO DE IÕES • Os gases que existem em maior quantidade na Termosferae na Mesosfera são o azoto (N2) e o oxigénio (O2).Eles absorvema radiação solar e ionizam-se: • Também ocorrem dissociações seguidas de ionizações.A molécula de oxigénio dissocia-se, originando radicais livres de oxigénio, que são depois ionizados:

24. FORMAÇÃO DE IÕES • Os efeitos químico(ionização) e térmico (aumento da temperatura) dependem da energia da radiação que é absorvida pelas moléculas e da sua energiade ionização:

25. A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR • A atmosfera funciona como um filtro da radiação solar, porque deixa passar as radiações de energia mais baixa e absorveas radiações com mais energia (principalmenteos ultravioleta). • Se isto não acontecesse, as radiações com mais energia atingiriam a superfície da Terra, provocando transformações químicas nas moléculas dos seres vivos, doenças graves, alterações genéticas e até o desaparecimento da vidana Terra.

26. A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR • As radiações absorvidas na parte superior da Troposferasão radiações ultravioleta, de energia entre 6,6 × 10­-19 Je 9,9 × 10­-19J. • São absorvidas principalmente pelo oxigénioe ozono, mas também pelos CFC, compostos de bromo e óxidos de azoto. • Têm energiasuficiente para dissociara maioria das moléculas de gases que existem na Troposfera,formando radicais livres.

27. A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR • As radiações absorvidas na Termosferae, em menor grau,na Mesosfera, são radiações ultravioletade energia superior a 9,9 × 10-19 J, que provocam: • A dissociação das moléculas O2 e N2, com formaçãodos radicais livres O•eN•; • A ionização das partículas, com formação dos iõesN2+, O2+, O•+ e NO+; • O aumento da energia cinética destas partículas,devido ao excesso de energia absorvida. • As radiações ultravioleta de menor energia, as radiações visíveis e as radiações infravermelhas atravessam a atmosfera terrestre sem serem absorvidas.

28. A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR

29. A ATMOSFERA COMO FILTRO DA RADIAÇÃO SOLAR

32. BIBLIOGRAFIA • Dantas, M., & Ramalho, M. (2008). Jogo de Partículas A - Física e Química A - Química -­ Bloco 1 ­- 10º/11º Ano.Lisboa: Texto Editores.