Ozono na estratosfera

O OZONO NA ESTRATOSFERA
O ozono (ou trioxigénio segundo a nomenclatura da IUPAC) é
um dos muitos gases presentes na atmosfera. Na verdade é
muito raro na atmosfera terrestre, existindo, no ar, uma
média de três moléculas de ozono para 10 milhões de outras
moléculas.
Cerca de 90% do ozono atmosférico está situado na
estratosfera apresentando uma concentração máxima entre
os 20 e os 30 km de altitude, o que explica o facto de esta
zona ser conhecida pelo nome de «camada de ozono».
Este gás encontra-se presente em pequenas
concentrações em toda a atmosfera, mas em
especial numa pequena faixa da estratosfera,
denominada camada de ozono.

O ozono como filtro protetor da Terra
Existem dois tipos de ozono:
 O ozono troposférico é conhecido como “mau ozono” pois a sua presença ao nível do solo
pode provocar problemas respiratórios aos seres vivos.
 O ozono estratosférico é conhecido como “bom ozono” uma vez que funciona como
escudo protetor contra radiações UV-B, impedindo-as de chegar à superfície da Terra, onde
podem provocar efeitos catastróficos.
Apesar de ser comum dizer-se que a camada de ozono
impede a radiação UV de atingir a superfície terrestre,
nem todos os tipos de radiação UV são absorvidos pelo
ozono.
A radiação UV que atinge a superfície terrestre é constituída
por 94% de radiação UV-A e 6% de radiação UV-B.

Filtros solares
O facto de haver radiação perigosa para a saúde a atingir a superfície terrestre levou ao
desenvolvimento de filtros protetores, cuja utilização deve ser incentivada.
Em geral, os filtros solares são
produtos que se aplicam sobre a
pele com a intenção de a proteger
das radiações ultravioleta e de
prevenir, a curto prazo, a ocorrência
de queimaduras solares e, a longo
prazo, o surgimento de alterações
cutâneas. São constituídos por
substâncias que absorvem ou
bloqueiam as radiações ultravioleta
que atingem a superfície terrestre
(UV-A e UV-B).
Como funcionam os filtros solares?
Esta proteção da radiação ultravioleta pode ser obtida com dois tipos de filtros: os filtros físicos
e os filtros químicos.

Filtros solares
 Os filtros físicos são substâncias opacas à radiação ultravioleta, criando uma barreira física à
sua passagem. Formam um filme protetor que reflete e espalha a radiação UV, impedindo-a
de chegar à pele. Os mais usados são constituídos por óxidos de zinco ou por dióxido de
titânio.
 Os filtros químicos absorvem as radiações ultravioleta através de processos químicos,
impedindo-as de atingir as camadas mais profundas da pele. Apresentam sempre a
indicação do índice de proteção solar (IPS) e englobam a maior parte dos cremes solares.
Um exemplo dos constituintes é a benzofenona e o ácido p-aminobenzóico.
O índice de proteção solar é uma das formas de indicar o grau de proteção dos filtros solares, e
é definido como a razão entre o tempo necessário para a produção de eritema na pele (aspeto
avermelhado) com protetor e o tempo necessário para produzir o mesmo eritema sem
protetor.
Exemplo:
Se um protetor solar tiver um valor de IPS igual a 15
isso quer dizer que se usarmos o protetor podemos
estar expostos ao sol durante 15 minutos para termos o
mesmo efeito que o causado por uma exposição de 10
minutos sem protetor.

Índice Ultravioleta

Formação e decomposição do ozono na estratosfera
Na compreensão dos fenómenos relacionados com a camada de ozono é essencial perceber o
que se passa quimicamente com a formação e decomposição deste gás.
O mecanismo de formação do ozono nesta camada foi proposto, pela primeira vez, por
Chapman, em 1930.
Formação do ozono
Primeiro passo: fotodissociação das moléculas de O2, por ação das radiações UV.
O
O O
O O2O2  h
λUV < 241 nm (UV-C)
Segundo passo: Cada átomo de oxigénio vai reagir com moléculas de dioxigénio (O2) formando
moléculas de ozono.
O
O
O
O
O
O
EnergiaMOMOO 3
)1(
2 
(1) É necessária uma terceira
molécula para transmitir a
energia desta reação.

Decomposição do ozono
O ozono que se forma é também decomposto por dois processos.
Fotodissociação das moléculas de ozono, O3, por absorção de radiação UV.
O
O
O
O
O
O
λUV < 320 nm (UV-B)
23 OOO  hν
Existe ainda uma outra reação (bastante mais lenta), em que o ozono reage com o oxigénio
atómico originando duas moléculas de dioxigénio.
O
O
O
O O
O O
O
23 O2OO 

Estas reações 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.
2O3 3O2

A diminuição da camada de ozono
Apesar de haver um equilíbrio dinâmico entre os processos naturais de formação e destruição
do ozono, que permite manter constante a sua concentração na estratosfera, há cada vez mais
provas de que este equilíbrio natural tem vindo a ser alterado.
Os dados recolhidos ao longo de
vários anos de medição da camada
de ozono mostraram um decréscimo
desta camada por cima da zona do
observatório (Halley Bay, na costa da
Antártida).
Esta diminuição dava-se de uma
forma irregular, mas, de um modo
geral, verificou-se que em cada
primavera, havia menos ozono do
que na anterior (no hemisfério sul a
primavera coincide com o outono no
hemisfério norte).
A evidência definitiva da alteração da concentração do ozono estratosférico surgiu em 1981,
com o trabalho de uma equipa de cientistas da British Antarctic Survey, liderada por Joseph
Farman.

O “buraco” na camada de ozono é a designação que é dada a uma diminuição
significativa da concentração do ozono na estratosfera.
A camada de ozono tornou-se tão fina, que acabou por vir a ser batizada com o nome de
“buraco” na camada de ozono.
Unidade Dobson (DU)
É a unidade que mede
a concentração de
ozono; é uma medida
de comprimento e
indica a altura que
teria a camada de
ozono se toda ela
fosse transportada
para o nível do mar à
temperatura de 0 ⁰C e
à pressão aí existente.
1 DU = 0,1 μm

Porque é que o “buraco na camada de ozono” se observa essencialmente na zona do Antártico?
A diminuição da concentração do ozono observa-se, fundamentalmente na zona do Antártico
(hemisfério sul). Este facto deve-se a condições atmosféricas e meteorológicas muito
particulares:
- As emissões de CFC ocorrem essencialmente no hemisfério
norte. Estes gases são insolúveis em água e pouco reativos pelo
que sobem até à estratosfera, onde se mantêm estáveis.
Posteriormente, os CFC são levados pelos ventos até aos pólos
(especialmente até ao Antártico).
- Durante os invernos antárticos (junho e agosto), quando esta
zona não recebe luz solar, a temperatura na estratosfera diminui
bastante (- 80 ⁰C) e formam-se as nuvens polares estratosféricas
(nuvens geladas de ácido nítrico e água). Estas nuvens
proporcionam o meio ideal para a reação entre o ozono e o
cloro. Esta reação, e consequente destruição da camada de
ozono, só ocorre na presença de luz solar, logo, só tem início na
primavera do hemisfério sul (setembro e outubro).
Durante o Inverno do hemisfério sul o Antártico fica isolado do resto do planeta devido a uma
circulação natural do vento – o vórtex polar. Esta corrente cria um enorme reator onde irá
ocorrer a destruição de ozono.

A diminuição da camada de ozono provocará graves efeitos ambientais.

A destruição da camada de ozono
Neste contexto, os CFC
(clorofluorocarbonetos)
merecem um destaque
especial, porque têm
um papel relevante na
destruição do ozono.
A destruição da camada de ozono pode ser originada quer por agentes naturais quer por
agentes antropogénicos.
Agentes naturais: trovoadas, vulcões, etc.
Agentes antropogénicos: poluição – libertação de
CFC, óxidos de azoto e outros.

O que são os CFC e como atuam na destruição do ozono
Os clorofluorocarbonetos ou CFC (também conhecidos como «fréons») são compostos de
carbono, cloro e flúor.
Começaram a ser produzidos a partir de 1930, altura em que foi sintetizado o primeiro deles,
por um físico da General Motors, Thomas Midgley Jr.
São gases à temperatura ambiente mas podem ser liquefeitos com alguma facilidade (ótimos
para a utilização em processos de refrigeração e de condicionamento de ar), muito estáveis, não
inflamáveis, não corrosivos, não tóxicos e … fáceis de produzir (custos de produção baratos).

NOME TRIVIAL COMPOSTO FÓRMULA UTILIZAÇÕES PRINCIPAIS
CFC-11 Triclorofluorometano CCl3F Aerossóis, ar condicionado.
CFC-12 Diclorodifluorometano CCl2F2
Aerossóis, refrigeração, ar
condicionado, espumas.
CFC-113 Triclorotrifluoroetano C2Cl3F3
Solvente de componentes
electrónicos.
CFC-114 Diclorotetrafluoroetano C2Cl2F4 Refrigeração e aerossóis.
CFC-115 Cloropentafluoroetano C2ClF5 Solvente e refrigeração.
Tabela 1. Lista dos CFC mais vendidos até perto de 1990 e respetivas aplicações.
Paradoxalmente, a excelente estabilidade dos CFC, que os tornou tão populares e úteis, veio a
transformar-se, algumas décadas mais tarde, num grande quebra-cabeças para a Humanidade.
Devido à sua inércia química os CFC sobem até à estratosfera sem se modificarem. Só nesta
camada, onde são expostos à radiação UV-C, são decompostos fotoquimicamente formando
átomos de cloro; estes vão alterar o ciclo do ozono, promovendo a sua destruição.
A primeira referência ao perigo dos CFC como agentes de destruição da camada de ozono foi feita por Mário
Molina, em 1974 (foi um dos três galardoados com o Prémio Nobel da Química em 1995)

Mecanismo de destruição do ozono pelos CFC
Os CFC, que chegam intactos à Estratosfera, são decompostos pelas radiações UV, libertando os
radicais cloro (exemplo para o CFC-11).
Cl
Cl
Cl
F
C
Cl •
Cl
Cl
F
CPasso 1
Passo 2
Passo 3
Cl •
O
O
O
O
O
OCl •
OCl •
O
O
OCl •
Os passos 2 e 3 repetem-se sucessivamente, com o Cl • consumido no passo 2 a ser regenerado
no passo 3 e a ficar disponível para atacar uma nova molécula de ozono.

Mecanismo de destruição do ozono pelos CFC
λUV < 260 nm (UV-C)
2
23
23
OClOClO
OClOOCl
ClFCClFCCl






h
2
23
OClOClO
OClOOCl




Passo 1
Passo 2
Passo 3
Passo 2’
Passo 3’
A reação global da decomposição do ozono pode ser representada por:
223 OOOO 
Como o radical Cl • não é consumido, funciona como catalisador da decomposição, pode
destruir mais de 100 000 moléculas de ozono antes de ser removido da atmosfera por outras
reações.

Outros radicais que também provocam a destruição da camada de ozono.
O ozono pode ser destruído por um determinado número de radicais livres sendo os mais
importantes o radical hidroxilo (HO), o radical óxido de azoto (NO) e os radicais atómicos cloro
(Cl ) e bromo (Br ).
Todos são de origem tanto natural como antropogénica, embora, atualmente, a maior parte do
HO e NO estratosférico seja de origem natural, mas as atividades humanas têm aumentado
drasticamente a concentração de Cl  e Br.
Como tal, Há outras substâncias que funcionam como catalisadores da reação de decomposição
do ozono, nomeadamente as que produzem os radicais livres:
HO•; NO•; Br •

ALTERNATIVAS VANTAGENS DESVANTAGENS
HCFC (hidrogenoclorofluoro-
carbonetos)
-Degradam-se mais rapidamente (2-20 anos);
-São 90 % menos perigosos para a camada de
ozono;
-Podem ser usados como sprays (aerossóis),
refrigeração, ar condicionado, espumas e agentes
de limpeza (embora com restrições).
- Entram na composição dos “gases de
estufa”;
-Destroem o ozono, especialmente se
usados em grandes quantidades;
-HCFC-123 pode causar tumores no
pâncreas.
-Podem baixar a eficiência energética
das suas aplicações;
-A produção de HCFC-134 origina igual
quantidade de metilclorofórmio
(destruidor do ozono).
HFC (hidrogenofluorocarbo-
netos)
- Degradam.se mais depressa (2-20 anos);
-Não contêm cloro, destruidor do ozono;
-Podem ser usados em sprays, refrigeradores, ar
condicionado e espumas.
- Entram na composição dos “gases de
estufa”;
-Desconhecem-se propriedades como
inflamabilidade e a toxicidade;
-Causam diminuição da eficiência
energética.
Amoníaco
- Alternativa simples para refrigeração,
largamente usada antes dos CFC.
- É tóxico por inalação;
- Tem de ser manuseado
cuidadosamente
Alternativas aos CFC

Exercícios
Considere o seguinte conjunto de reações, em que X representa uma espécie responsável
pela destruição de ozono na estratosfera:
a) Complete as reações, substituindo devidamente os espaços em branco.
b) Indique as principais espécies que X pode estar a representar.
c) Escreva a equação que traduz a reação global de destruição do ozono.
2
23
O____O____
O____OX


1.
2.

Exercícios
Soluções:
1. F; F; F; V; V; F; F; F.
2. a)
b) X representa os radicais livres responsáveis pela destruição do ozono: HO ; NO ; Cl; Br
c) 2O3  3O2
2
23
OXOXO
OXOOX





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