Coluna Aqui tem Quântica
A química da atmosfera
Você pode não perceber, mas literalmente debaixo do seu nariz e na frente dos seus olhos acontecem dezenas a centenas de reações químicas. Apesar da atmosfera ser invisível aos nossos olhos, mesmo em um dia claro e sem nuvens ela está em constante transformação. Diversas reações envolvendo radicais livres (espécies reativas com elétrons desemparelhados), absorção de luz, gotículas de água e partículas sólidas estão em andamento na atmosfera limpa. Nós só conseguimos acessar esta complexidade devido ao desenvolvimento de métodos espectroscópicos, cromatográficos e cálculos de estrutura eletrônica nas últimas décadas.
Veja por exemplo o smog fotoquímico. O smog é um efeito da poluição que pode ser visualizado a olho nu e é caracterizado pela cor acastanhada em uma certa faixa da atmosfera. Esse efeito é facilmente observado em grandes centros urbanos, ao olharmos para o horizonte. O NO2 (dióxido de nitrogênio) absorve radiação violeta-azul, o que gera a cor castanha observada na atmosfera e formação de NO (monóxido de nitrogênio) mais O (mais oxigênio atômico). O oxigênio atômico reage com O2 formando O3 (ozônio). O ozônio recém formado pode participar de outras reações de oxidação e até mesmo reformar o NO2. O smog não se limita apenas a estas reações, mas são bons exemplos de como a química da atmosfera é governada pela fotoquímica – reações químicas com participação de luz - e processos envolvendo radicais livres.
A decomposição do NO2 após absorção de luz, é um exemplo de uma reação de fotólise. A fotólise é um tipo de efeito descrito pela mecânica quântica, no qual um elétron da molécula de NO2 é excitado para um nível de energia mais alta. Esta excitação é o que Niels Bohr chamou de salto quântico ao descrever seu modelo atômico. Neste nível de maior energia, o estado excitado, a molécula de NO2 se decompõe em NO mais O.
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É fácil perceber que a formação do O3 na troposfera, a camada mais baixa da atmosfera, será diretamente impactada pela quantidade de radiação que a atinge. Quanto maior a intensidade da radiação solar, maior a taxa de fotólise de NO2, que em um primeiro momento pode aumentar a produção de O3 troposférico. A variação na taxa de fotólise também nos ajuda explicar como a camada de ozônio na estratosfera, a segunda camada da atmosfera, se ajusta segundo a intensidade da radiação ultravioleta (UV) que a atinge. A radiação UV se divide em 3 faixas: UVA, UVB e UVC. Em aproximadamente 30 km de altitude, O2 é fotolisado após absorver radiação UVC, formando átomos de oxigênio. Estes átomos livres reagirão posteriormente com o gás oxigênio (O2) formando O3. Esta reação ocorre na presença de uma terceira molécula, que pode ser N2 ou O2, que tem a função de remover o excesso de energia dos produtos por meio de colisões. A molécula de O3 recém-formada absorverá radiação UVB. Neste processo o O3 é fotolisado, formando gás oxigênio e átomos de oxigênio, reiniciando assim todo o ciclo de formação e destruição do ozônio estratosférico. Este ciclo é responsável pela absorção total de UVC e parcial de UVB que chegam à nossa atmosfera, nos protegendo de seus efeitos prejudiciais, como queimaduras, manchas e o desenvolvimento de câncer de pele. A radiação UVB e UVA não absorvidas pela atmosfera são necessárias para que nosso organismo produza vitamina D e fixe cálcio nos ossos. Logo, até mesmo nossa saúde é impactada por reações fotoquímicas, que são efeitos explicados pela mecânica quântica.
Fonte: Leonardo Baptista (UERJ)
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