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Físico - Química - 10º ano

Ozono - Equilíbrio, reacções e desequilíbrio na estratosfera

Autor: Andreia Paula

Escola

Data de Publicação: 11/02/2006

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Ozono - Equilíbrio, reacções e desequilíbrio na estratosfera

 

INTRODUÇÃO

 

O que é o ozono?

 

O ozono é uma substância elementar gasosa bastante oxidante, azul pálida, muito venenosa, bastante instável e com um odor desagradável, que lembra lixívia. A sua inalação, mesmo feita em quantidades reduzidas, pode ser mortal ao Homem. É uma forma alotrópica do oxigénio, sendo a sua molécula constituída por três átomos de oxigénio, enquanto o oxigénio vulgar é constituído apenas por dois.

O ozono forma-se quando se dá uma descarga eléctrica num meio contendo oxigénio e deve-se a este gás o cheiro característico comum nas proximidades de mecanismos eléctricos.

Podemos, no entanto, considerar dois tipos de ozono:

-    O ozono estratosférico – que é aquele que nos protege do efeito prejudicial das radiações ultra violeta absorvendo-as. (ozono “bom”);

-   O ozono troposférico – este forma-se na troposfera, devido à emissão de gases contaminantes da atmosfera e que são produzidos pela indústria e libertados pelos escapes dos automóveis. É poluente, tóxico e pode causar graves problemas à saúde humana.

 

A CAMADA DE OZONO

A atmosfera terrestre encontra-se divida em várias camadas.

90% do ozono atmosférico concentra-se numa zona da estratosfera, entre os 20 e os 30km de altitude, que ficou por isso conhecida como camada de ozono.

O ozono é muito menos comum na atmosfera do que o oxigénio normal.

Em cada 10 milhões de moléculas de gases que constituem o ar, cerca de 2milhões são de oxigénio e apenas 3moléculas são de ozono.

Embora em quantidades reduzidas, o ozono desempenha um papel muito importante na atmosfera.

O ozono é responsável pela absorção de uma porção de uma radiação solar, impedindo-a de atingir a superfície do planeta, nomeadamente das radiações UV-B.

Os raios UV-B exercem um efeito prejudicial sobre os seres vivos, designadamente para o Homem, não só de forma directa através do aparecimento de cancro de péle e de catarata mas também de forma indirecta na degradação de determinados materiais, como os plásticos e na danificação de colheitas.

 

IMPORTÂNCIA DO OZONO NA ESTRATOSFERA

 

As radiações ultravioleta que atingem a Terra podem agrupar-se em três tipos:

Ø      UV-C – as mais energéticas;

Ø      UV-B;

Ø      UV-A – as menos energéticas.

Os raios ultravioletas C são absorvidos pelo oxigénio na mesosfera, não penetrando na estratosfera. Os raios B são os mais perigosos para os seres vivos e são, na quase totalidade, absorvidos pelo ozono. Os raios A, próximos do visível, são menos perigosos e atingem a troposfera.

A presença de ozono na estratosfera constitui um filtro para o tipo de radiações ultravioletas B, protegendo os seres vivos da sua acção nefasta.

A pesar de reduzida, a quantidade de ozono é suficiente para absorver as radiações UV de energia compreendida entre 6,6 x 10-19 J e 9,9 x 10-19 J.

Estas radiações são capazes de provocar ruptura de ligações entre os átomos nas moléculas constituintes dos seres vivos, o que causa:

Ø      O aparecimento de cancros de pele nos animais;

Ø      Perturbações visuais, diminuição do sistema imunitário;

Ø      Diminuição da produção de alguns tipos de plantas;

Ø      Danos nas populações aquáticas;

Ø      Interacção com gases poluentes que nos rodeiam, aumentando a sua reactividade;

Ø      Deteorização de materiais, como os plásticos e a madeira, e muitos outros danos.

Pensa-se que uma diminuição de 10% da quantidade de ozono na estratosfera poderia conduzir a um aumento de 25% no número de certos cancros de pele e a um milhão de novos casos de cataratas oculares, no Mundo inteiro.

Quando se pretende referir o ozono existente na estratosfera, fala-se vulgarmente na “camada de ozono”, embora o ozono não exista propriamente numa camada, mas antes disperso no seio do azoto e do oxigénio atmosférico, embora a sua máxima concentração (muito baixa, de cerca de 5 x 1012 moléculas/cm3) se situe a 25-30 km de altitude.

 

FORMAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DO OZONO NA ESTRATOSFERA

Cerca de 90% do ozono presente na atmosfera encontra-se na estratosfera.

Actualmente, pensa-se que o ozono se formou pelo seguinte mecanismo:

 

1.º passo: Fotodissociação das moléculas de O2 por acção das radiações UV.

O2  UV O . + O . (reacção 1)

 

2.º passo: O radical oxigénio O . combina-se com moléculas de oxigénio.

O . + O2 . O3 (reacção 2)

 

Mas o ozono que se forma é também decomposto por dois processos.

 

1.º processo: Fotodissociação das moléculas de ozono.

O3  UVO . + O2 (reacção 3)

 

2.º processo: Os radicais livres de oxigénio O . reagem com moléculas de ozono.

O . + O3 2O2 (reacção 4)

 

Estas reacções prosseguem, sendo a velocidade de formação de ozono igual à sua velocidade de decomposição.

Há assim um equilíbrio dinâmico entre a formação e o consumo de ozono que, em princípio, deveria manter constante a concentração de ozono na estratosfera.

É frequente designa a quantidade de ozono na estratosfera como «camada de ozono».

Se todo o ozono da estratosfera fosse agrupado numa única camada gasosa à volta da Terra, nas condições PTN, teria apenas uma espessura de 3 mm. É esta camada a famosa «camada de ozono».

 

SUBSTÂNCIAS QUE INFLUENCIAM O EQUILÍBRIO 
DO OZONO NA ESTRATOSFERA

Na formação e decomposição naturais do ozono na estratosfera existe um equilíbrio dinâmico que manteve constante a concentração do ozono nesta camada, durante muito tempo.

Quando a velocidade de decomposição do ozono se tornou maior do que a velocidade da sua formação, quebrou-se o referido equilíbrio.

De facto, medições feitas ao longo do tempo vieram confirmar que a concentração do ozono na estratosfera está a diminuir. Porquê?

As investigações efectuadas levaram à conclusão que certas substâncias, presentes na estratosfera, ainda que em quantidades ínfimas, actuam como catalisadores, acelerando a reacção de decomposição do ozono.

Entre estas substâncias indesejáveis encontram-se os óxidos de azoto e os radicais Cl . .

Os óxidos de azoto formam-se a partir do oxigénio e do azoto atmosféricos, quando submetidos a temperaturas elevadas. É o que acontece, por exemplo, com os efluentes dos aviões supersónicos que voam na estratosfera.

Quanto aos radicais Cl ., admite-se actualmete que derivam fundamen-talmente dos CFCs, conhecidos comercialmente pelo nome de «Freons». Os CFCs são derivados halogenados* do metano (CH4) e do etano (C2H6), onde átomos de hidrogénio são substituídos por átomos de cloro e de flúor. São exemplos disso o CFCl3 (triclorofluormetano) e o CF2Cl2 (dicloro-difluormetano).

Estes compostos têm propriedades óptimas para determinados usos industriais e comerciais: são voláteis, facilmente liquefeitos, relativamente inertes, não tóxicos e incombustíveis.

A maioria dos CFCs utilizados industrialmente acabam por ser lançados na atmosfera e, como são praticamente inertes atingem a estratosfera, alterando o equilíbrio dinâmico da formação e consumo do ozono e, como tal, provocando a destruição do ozono.

Um deles, o Freon 123 (hidroclorofluorcarboneto), tornando-se mais pesado por oxidação na superfície da Terra, não chega às altas camadas da atmosfera. Embora não sejam conhecidos os seus efeitos tóxicos sobre o ser humano, já foram detectados tumores em ratos.

Também o amoníaco e o dióxido de enxofre, que eram muito utilizados antes dos CFCs, são extremamente tóxicos.

Contudo, tem sido difícil encontrar produtos alternativos aos CFCs que não sejam nocivos para a camada de ozono.

*Um derivado halogenado é um composto obtido por substituição dos átomos de hidrogénio de um hidrocarboneto por bromo juntamente com outros átomos de halogéneo, como por exemplo o halogenado 1211 é um bromoclorodifluormetano (CF2BrCl) e o halogenado 1301 é o bromotrifluormetano (CF3Br).

 

A DESTRUIÇÃO DO OZONO

Os CFCs que chegam intactos à estratosfera são decompostos pelas radiações UV libertando os radicais cloro.

Por exemplo:

FClC-C   FCl2C . + Cl .

F2ClC-Cl  F2ClC . + Cl .

O cloro atómico, muito reactivo, vai reagir com o ozono, originando monóxido de cloro e oxigénio (a). O monóxido de cloro reagindo com o oxigénio atómico, que abunda na estratosfera origina, de novo, o cloro atómico (b).

Cl . + O ClO + O2 (a)

ClO + O Cl  .  + O2 (b)

Como se deduz através destas duas equações, os átomos de cloro não vão ser consumidos. Funcionam como catalisadores.

Cda átomo de cloro pode destruir cerca de 100 000 moléculas de O3 antes de ser removido da tamosfera por outra reacção.

A reacção global resultante das reacções a e b pode ser representada pela seguinte equação:

O3 + O .   2O2

Há outras substãncias que funcionam como catalisadores da reacção de decomposição do ozono, nomeadamente as que produzam os radicais livres: H . , OH . , NO .  e BR . .

 

FONTES NATURAIS DE DESTRUIÇÃO DA CAMADA DE OZONO

Os vulcões são uma das principais fontes naturais de poluição da atmosfera. A força das erupções vulcânicas é tão intensa que faz com que grandes quantidades de gases sejam transportadas até à estratosfera. As partículas finas e os aerossóis de ácido sulfúrico contidos nestes gases também podem desncadear, por função catalítica, a decomposição do ozono.

Estudos realizados junto ao Círculo Polar Árticto revelaram que os níveis de ozono diminuíram entre 4 e 8% na última década. Revelaram também, com surpresa, a existência de ClO sobre as zonas estratosféricas do norte do Canadá, Europa e Estados Unidos. Crê-se que a causa mais directa deste fenómeno tenha sido a erupção vulcânica ocorrida nas Filipinas, em 1991.

 

O «BURACO DE OZONO»

Em 1987, medições feitas sobre o Pólo Sul detectaram uma forte diminuição da camada de ozono. A diminuição era de tal modo acentuada que os cientistas julgaram que os aparelhos de medida estavam avariados! Infelizmente, os resultados seriam posteriormente comprovados com novas medições.

A partir de então, aceitou-se a destruição do ozono como um facto real, generalizando-se a preocupação entre a comunidade científica governamental e a população em geral.

À zona sobre a Antárctida onde o ozono quase desapareceu costuma chamar-se «buraco de ozono».

Mais recentemente, detectou-se o mesmo fenómeno no Pólo Norte, ainda que em menor proporção.

 

Por que razão a diminuição da concentração do ozono estratosférico é tão acentuada na Antárctica?

Durante a noite do grande Inverno polar o Sol não atinge o Pólo Sul. Desenvolve-se uma massa dear rotativa, um conjunto de fortes ventos polares chamado «vórtice polar», que aprisiona o ar, provocando a mistura do ozono com os CFCs e outras substâncias.

Como não há luz solar, o ar dentro desta massa pode arrefecer até uma temperatura de -80ºC. Por esta altura, formam-se nuvens especiais chamadas «nuvens polares estratosféricas», com pequenos cristais de gelo que actuam como catalisadores na conversão dos compostos de cloro (CFCs) em radicais livres. No entanto, a sua exacta composição é ainda um objecto de intenso estudo científico. Quando aparece a luz do Sol, na Primavera do Hemisfério Sul, as radiações UV desencadeiam a destruição maciça do ozono através da formação de Clo pela reacção química com os radicais livres Cl ., dando origem ao «buraco de ozono».

O «buraco de ozono» cobre uma região ligeiramente superior à Antárctida e estende-se até uma altura de cerca de 10 km, na baixa estratosfera.

Neste mapa, obtido por satellite em 1990, pode ver-se o estrago na camada do ozono (manchas rosa e violeta sobre o pólo sul).

 

BIBLIOGRAFIA

 Ø      Informação recolhida no motor de busca google;

 Ø      Diciopédia 2003, Porto Editora Multimédia;

 Ø      Manual de Fisico-química “Eu e a Química”, 10.º ano, Porto Editora.

 

Andreia Paula

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