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Luz: onda y partículas de energía
 Se visualiza la radiación constituida por partículas o
cuantos de energía llamada...
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Movimiento Ondulatorio
Longitud de onda: larga
Frecuencia : baja
Longitud de onda: corta
Frecuencia : alta
1 ciclo
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Longitud de onda
 Longitud de onda es la distancia entre
sucesivos peaks. Tiene unidades de longitud
 Se denota por...
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Frecuencia
 Frecuencia de la luz es el número de ondas
que pasan por un punto fijo en 1[segundo].
Tiene unidades [s-...
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 donde c : constante de velocidad de la luz igual a
3*10 8 [m / s]
 A menor l , mayor n.
 Para luz roja l = 700[nm...
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Rango visible del espectro electromagnético
Se extiende desde
400[nm] (color violeta)
hasta 700[nm] (color rojo)
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E = h n = h c / l
E = energía de un fotón
n = frecuencia de la radiación
h = constante de Planck = 6,63x10-34 [ J s ]...
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Energía de fotones
 Onda radio FM con n =100 [megahertz] (100x106 [s-1]):
 Radiación solar UV de 300 [nm] (n = 1,0x...
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Ondas de luz
 Cada 1 [segundo] se convierten 5 [millones de
toneladas] de materia del Sol, en energía que es
irradia...
Distribución de Energía en la Radiación Solar
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53 % : radiación IR
39 % : luz visible
8 % : luz UV
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Sensibilidad Biológica v/s Longitud de Onda UV
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Efectos biológicos de radiación UV
 El impacto de la radiación UV en seres vivientes
depende de:
intensidad radiac...
Energía Solar v/s Longitud de Onda UV
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Distribución de energía en la radiación solar
 El Sol emite radiación infrarroja, visible, ultravioleta, y cósmica,...
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Pantalla atmosférica
Oxígeno (O2) - Ozono (O3)
 Gran parte de la radiación UV es bloqueada por los
alótropos de oxí...
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Pantalla atmosférica
Oxígeno (O2) - Ozono (O3)
 Si O2 fuera el único absorbedor UV de la
atmósfera, la superficie d...
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 Se nota que:
(i) O3 es más reactivo que O2
(ii) los enlaces son más débiles en O3 que en O2.
O3 + fotón O2 + O
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Distribución de O3 en la atmósfera
 Se ha graficado la concentración de O3 en la
atmósfera en función de la altitud...
Concentración de O3 a varias alturas
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Ozono estratosférico:
su formación y destrucción
 Cada día se forman 300 [millones] de toneladas de O3
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Ciclo de Chapman
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Deficiencias del
mecanismo de Chapman
 Desde hace 40 [años] se miden las concentraciones
de O3
 Estas mediciones m...
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El agujero en la capa de O3
 La concentración de estado estacionario de O3 en la estratósfera
es menor que la predi...
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Clorofluoro carbonos:
Implicados en la destrucción de O3
 Un trabajo de Sherwood Rowland y Mario Molina, realizado
...
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Sherwood Rowland & Mario Molina
Premios Nobel de Química 1995
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Propiedades y
usos de Clorofluoro carbonos
 CFC’s se comenzaron a usar como
refrigerantes en 1930, reemplazando al
...
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Luego se usaron como:
 Propelentes en productos tipo aerosoles.
 Solventes para grasas y aceites.
 Esterilizadore...
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Freón 11 Freón 12
Compuestos clorofluorocarbonados
(CFC’s)
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Interacción de CFC’s con Ozono
CCl2F2 + fotón CClF2 + Cl
Cl + O3 ClO + O2
ClO + O Cl + O2
Cl + O3 + ClO + O ClO + Cl...
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Interacción de CFC’s con O3
 Una molécula promedio de CCl2F2 persistirá 120
[años] en la atmósfera antes de ser des...
2B-32
 Un simple átomo de Cl puede destruir
100.000 moléculas de O3 antes de ser
arrastrado a la atmósfera por los viento...
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 La pérdida de O3 sobre el polo sur es
dramática
 El agujero en la capa de O3 aumenta cada año
 El nivel actual d...
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Clima en la región del hoyo
de ozono antártico
 La parte baja de la estratósfera del polo sur es la región
más fría...
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¿ Qué produce el hoyo de O3 antártico ?
 Reacciones químicas en la superficie de estos
cristales atacan moléculas d...
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Acuerdos para evitar el uso de CFC’s
 En Estados Unidos se prohibió
parcialmente el uso de CFC’s:
 En 1978, como p...
2B-37
 En 1987 muchas naciones firmaron el
Protocolo de Montreal sobre Sustancias que
Dañan la Capa de Ozono, donde se ac...
2B-38
 En 1990, 100 naciones acordaron en
Londres prohibir el uso de CFC’s desde el
año 2000
 En 1992 se ordenó detener ...
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Unidad 2 parte 2

  1. 1. 2B-1 Luz: onda y partículas de energía  Se visualiza la radiación constituida por partículas o cuantos de energía llamadas fotones (teoría cuántica).  En realidad, la radiación tiene un carácter dual: (i) modelo ondulatorio ( onda ) (ii) modelo cuántico ( partícula )
  2. 2. 2B-2 Movimiento Ondulatorio Longitud de onda: larga Frecuencia : baja Longitud de onda: corta Frecuencia : alta 1 ciclo
  3. 3. 2B-3 Longitud de onda  Longitud de onda es la distancia entre sucesivos peaks. Tiene unidades de longitud  Se denota por la letra griega lambda (l)  Nuestros ojos son sensibles a luz con 400*10-9 [m] < l < 700*10-9 [m]  Se usa la unidad nanometro [nm]: 1[nm] = 1*10-9 [m]
  4. 4. 2B-4 Frecuencia  Frecuencia de la luz es el número de ondas que pasan por un punto fijo en 1[segundo]. Tiene unidades [s-1] = [Hertz]  Se denota por la letra griega nu (n)
  5. 5. 2B-5  donde c : constante de velocidad de la luz igual a 3*10 8 [m / s]  A menor l , mayor n.  Para luz roja l = 700[nm] y n = 4,3*1014 [Hz] ; Para luz violeta l = 400[nm] y n = 7,5*1014 [Hz] Relación entre frecuencia y longitud de onda n = c / l
  6. 6. 2B-6 Rango visible del espectro electromagnético Se extiende desde 400[nm] (color violeta) hasta 700[nm] (color rojo)
  7. 7. 2B-7 E = h n = h c / l E = energía de un fotón n = frecuencia de la radiación h = constante de Planck = 6,63x10-34 [ J s ] c = velocidad de la luz. Luz: onda y partículas de energía
  8. 8. 2B-8 Energía de fotones  Onda radio FM con n =100 [megahertz] (100x106 [s-1]):  Radiación solar UV de 300 [nm] (n = 1,0x1015 [s-1]):  E2 / E1 = 10x106 O sea, la energía de un fotón de luz UV es 10 [millones] de veces mayor que la de un fotón de radio. E1 = 6,63x10-34 [Js] x 100 x 106 [s-1] = 6,63x10-26 [J] E2 = 6,63x10-34 [Js] x 1 x 1015 [s-1] = 6,63x10-19 [J]
  9. 9. 2B-9 Ondas de luz  Cada 1 [segundo] se convierten 5 [millones de toneladas] de materia del Sol, en energía que es irradiada al espacio  La radiación que nos alcanza consta de múltiples componentes.  Los prismas descomponen la luz solar en un espectro de colores  Cada color puede identificarse por su correspondiente longitud de onda
  10. 10. Distribución de Energía en la Radiación Solar
  11. 11. 2B-11 Intensidad de la radiación solar 53 % : radiación IR 39 % : luz visible 8 % : luz UV  Al graficar la intensidad relativa de la radiación solar como función de l, se aprecia que la mayor intensidad ocurre en la región visible.  Los porcentajes de la energía total emitida por el sol son:
  12. 12. Sensibilidad Biológica v/s Longitud de Onda UV
  13. 13. 2B-13 Efectos biológicos de radiación UV  El impacto de la radiación UV en seres vivientes depende de: intensidad radiación UV sensibilidad de organismos a radiación UV  Información gráfica muestra que la radiación solar de l < 300 [nm] es totalmente filtrada en la atmósfera por O2 y O3.
  14. 14. Energía Solar v/s Longitud de Onda UV
  15. 15. 2B-15 Distribución de energía en la radiación solar  El Sol emite radiación infrarroja, visible, ultravioleta, y cósmica, en diferentes intensidades  Rango radiación solar UV: 200[nm] < l < 400 [nm]  Desde el punto de vista de sus efectos biológicos se distinguen tres bandas UV: UVA : UV larga, o luz negra; 320[nm] < l < 400 [nm] UVB : UV media, o bronceante;280[nm]< l < 320 [nm] UVC : UV corta, o germicida; 200[nm]< l < 280[ nm]
  16. 16. 2B-16 Pantalla atmosférica Oxígeno (O2) - Ozono (O3)  Gran parte de la radiación UV es bloqueada por los alótropos de oxígeno presentes en la atmósfera.  El O2 estratosférico protege la superficie terrestre de radiación UV de alta energía (l<242 [nm]) mediante la reacción: O2 + fotón 2 O l < 242 [nm]
  17. 17. 2B-17 Pantalla atmosférica Oxígeno (O2) - Ozono (O3)  Si O2 fuera el único absorbedor UV de la atmósfera, la superficie de la tierra y sus criaturas aún estarían bombardeadas por radiación dañina en el rango 242 - 320 [nm].
  18. 18. 2B-18  Se nota que: (i) O3 es más reactivo que O2 (ii) los enlaces son más débiles en O3 que en O2. O3 + fotón O2 + O l < 320 [nm]  El O3 juega su rol protector mediante la reacción: Pantalla atmosférica Oxígeno (O2) - Ozono (O3)
  19. 19. 2B-19 Distribución de O3 en la atmósfera  Se ha graficado la concentración de O3 en la atmósfera en función de la altitud  Se aprecia que la mayor concentración de O3 ocurre entre 10 y 30 [Km], con un máximo a 20 [Km]  El 91 % del O3 de la tierra se encuentra en la estratósfera, entre 10 y 50 [Km]
  20. 20. Concentración de O3 a varias alturas
  21. 21. 2B-21 Ozono estratosférico: su formación y destrucción  Cada día se forman 300 [millones] de toneladas de O3 estratosférico, y se destruyen otros 300 [millones] de toneladas  Existe un estado estacionario donde la concentración de ozono permanece constante  El ciclo de Chapman explica cómo se obtiene el estado estacionario del O3  El ciclo de Chapman, propuesto en 1930, consta de 4 reacciones, es conceptualmente correcto pero incompleto, ya que existen varios otros factores
  22. 22. Ciclo de Chapman
  23. 23. 2B-23 Deficiencias del mecanismo de Chapman  Desde hace 40 [años] se miden las concentraciones de O3  Estas mediciones muestran concentraciones de O3 más bajas que las predichas por el mecanismo de Chapman  O sea, los procesos que determinan la concentración de estado estacionario de O3 son más complejos e incluyen otras reacciones
  24. 24. 2B-24 El agujero en la capa de O3  La concentración de estado estacionario de O3 en la estratósfera es menor que la predicha por el modelo de Chapman  Esto se debe a las rutas de destrucción de O3 catalizadas por H2O, NO y otras especies químicas naturales en la atmósfera  Sin embargo, estas rutas no permiten explicar totalmente la disminución de la concentración de O3 registrada desde 1970
  25. 25. 2B-25 Clorofluoro carbonos: Implicados en la destrucción de O3  Un trabajo de Sherwood Rowland y Mario Molina, realizado en 1974, identificó a los CFC’s como responsables de este fenómeno  En 1995 se les dio el Premio Nobel de Química por estas investigaciones.  Los clorofluoro carbonos son compuestos sintéticos formados por Cl, F y C  Los CFC’s más usados son CCl2F2 y CCl3F, conocidos como CFC-12 y CFC-11
  26. 26. 2B-26 Sherwood Rowland & Mario Molina Premios Nobel de Química 1995
  27. 27. 2B-27 Propiedades y usos de Clorofluoro carbonos  CFC’s se comenzaron a usar como refrigerantes en 1930, reemplazando al amoníaco y al dióxido de azufre (compuestos tóxicos y corrosivos).  CFC’s son muy inertes, no inflamables ni tóxicos.
  28. 28. 2B-28 Luego se usaron como:  Propelentes en productos tipo aerosoles.  Solventes para grasas y aceites.  Esterilizadores de instrumentos médicos.  En la industria del plástico expandido.  Extintores de incendio. Propiedades y usos de Clorofluoro carbonos
  29. 29. 2B-29 Freón 11 Freón 12 Compuestos clorofluorocarbonados (CFC’s)
  30. 30. 2B-30 Interacción de CFC’s con Ozono CCl2F2 + fotón CClF2 + Cl Cl + O3 ClO + O2 ClO + O Cl + O2 Cl + O3 + ClO + O ClO + Cl + 2O2
  31. 31. 2B-31 Interacción de CFC’s con O3  Una molécula promedio de CCl2F2 persistirá 120 [años] en la atmósfera antes de ser destruida  En sólo 5 [años] una molécula típica penetra la estratósfera donde fotones UV de alta energía rompen los fuertes enlaces C-Cl, y liberan átomos de Cl muy reactivos CCl2F2 + fotón UV =====> CClF2 + Cl
  32. 32. 2B-32  Un simple átomo de Cl puede destruir 100.000 moléculas de O3 antes de ser arrastrado a la atmósfera por los vientos. Interacción de CFC’s con O3
  33. 33. 2B-33  La pérdida de O3 sobre el polo sur es dramática  El agujero en la capa de O3 aumenta cada año  El nivel actual de O3 sobre el polo es menos de la mitad del valor que tenía en 1970 El agujero en la capa de O3
  34. 34. 2B-34 Clima en la región del hoyo de ozono antártico  La parte baja de la estratósfera del polo sur es la región más fría del planeta  Durante el invierno antártico (Junio-Septiembre) vientos circulares impiden que entre aire más tibio a la región y se llega a temperaturas de -90 [ºC].  El vapor de agua estratosférico congela en pequeñas nubes de cristales de hielo.
  35. 35. 2B-35 ¿ Qué produce el hoyo de O3 antártico ?  Reacciones químicas en la superficie de estos cristales atacan moléculas de ClNO2 y HCl y generan especies reactivas como HOCl y Cl2  En Octubre, al salir el sol, la radiación rompe el HOCl y Cl2 y libera los reactivos átomos de Cl  Los átomos de Cl catalizan la destrucción de O3 y explican el hoyo de O3 antártico
  36. 36. 2B-36 Acuerdos para evitar el uso de CFC’s  En Estados Unidos se prohibió parcialmente el uso de CFC’s:  En 1978, como propelente para tarros de aerosoles  En 1990, como agente espumante para plásticos
  37. 37. 2B-37  En 1987 muchas naciones firmaron el Protocolo de Montreal sobre Sustancias que Dañan la Capa de Ozono, donde se acordó reducir la producción de CFC’s; y llegar en 1998 a la mitad del nivel producido en 1986 Acuerdos para evitar el uso de CFC’s
  38. 38. 2B-38  En 1990, 100 naciones acordaron en Londres prohibir el uso de CFC’s desde el año 2000  En 1992 se ordenó detener la producción de CFC’s en Estados Unidos desde 1996 Acuerdos para evitar el uso de CFC’s

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