COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO E AS

COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO E AS PROPRIEDADES DOS GASES
Figura 1 – Composição do ar
Fonte: Alunos online
CONTEÚDOS
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Composição do ar atmosférico
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Propriedades químicas das substâncias presentes no ar atmosférico
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Difusão dos gases
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Importância do nitrogênio
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Ciclo do nitrogênio
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Propriedades do gás oxigênio
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Importância do vapor de água presente no ar
AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS
Ar é o nome da mistura de gases presentes na atmosfera da Terra. A composição
natural do ar seco é 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 0,97% de gases nobres e
0,03% de gás carbônico (dióxido de carbono). O ar pode ainda conter de 0% a 7% de
vapor d’água. A composição do ar pode se alterar com a altitude e com a região.
Figura 2 – Composição média do ar
Fonte: Alunos online
Propriedade dos gases
As substâncias nitrogênio (N2), oxigênio (O2), dióxido de carbono (CO2), água (H2O) que
compõem o ar são gasosas nas condições ambiente.
Atenção
Condições ambiente quer dizer 1 atmosfera (1 atm) de pressão e temperatura de 25 °C.
Como se pode observar pelas fórmulas, essas moléculas possuem poucos átomos em
sua composição. Como as moléculas são pequenas, a luz visível passa por elas e não
interage e, por isso, esses gases são invisíveis.
Os gases se movimentam constante e aleatoriamente, é um movimento desordenado,
que chamamos de movimento caótico. Essa propriedade de o gás se espalhar chamase difusão. Com o movimento aleatório que fazem, as moléculas se distanciam e se
chocam constantemente, não existe uma força de atração entre as moléculas gasosas.
Para manter um gás dentro de um frasco, é preciso tampar, senão ele escapa. Quanto
menor for a molécula do gás, mais rapidamente ela se movimenta.
Figura 3: Velocidade de algumas moléculas no estado gasoso
Fonte: Fundação Bradesco
A molécula de hidorgênio (H2) é a menor delas e tem a maior velocidade, quase 2 km
por segundo!!!. Agora, veja a velocidade do bromo (Br2), a maior dessas moléculas. O
bromo é a molécula que se movimenta mais lentamente. Podemos concluir que quanto
maior a massa da molécula menor será a sua velocidade.
Influência da temperatura e pressão no comportamento dos gases
As moléculas do gás estão muito distantes umas das outras, por isso é possível
comprimir um gás e, dependendo da força que se aplica, o volume pode diminuir muito.
Na compressão do gás, se a temperatura for mantida constante, a velocidade das
moléculas não muda. Portanto, quando se comprime um gás sem mudar a temperatura,
as moléculas se movimentam dentro de um espaço menor sem mudar a velocidade.
Para mudar a velocidade das partículas gasosas é preciso mudar a temperaura.
Os gases podem ser transformados em líquidos ou sólidos. Veja o caso do gás
carbônico, que é o dióxido de carbono (CO2). Você já deve ter visto essa substância
sólida, é o gelo seco! Ele é usado em bailes e shows para dar um efeio especial, como
se fosse uma névoa branca...
Figura 4 – Gelo seco (CO2 sólido)
Fonte: Expresso polar gelo Seco
Mas, como assim o dióxido de carbono, o gás que expiramos na respiração, pode ser
sólido?
Bem, se a pressão for 1 atmosfera (1 atm), o dióxido de carbono mesmo resfriado a 0
°C continua gás. Para transformar esse gás em líquido, precisamos resfriar a 0 °C e
ainda aplicar uma pressão muito alta, de 45 atm. Como o aumento da pressão, a
distância entre as moléculas diminui. Diminuindo a distância, aumenta a força de atração
entre as moléculas e elas se transformam em sólido.
Curiosidade
Você deve estar pensando, quanto é 1 atm? Essa pressão é igual ao peso de 1 kg sobre
1 cm2. Para você sentir isso, experimente fazer o seguinte: pegue um pedacinho de giz
de, mais ou menos, 2 cm de comprimento. Apoie a mão em uma mesa, com a palma da
mão para cima e coloque o giz, em pé da mão.
Fonte: Fundação Bradesco
Agora, coloque em cima do giz, um objeto que tenha 1 kg, pode ser um pacote de
açúcar, de feijão ou qualquer outra coisa. A pressão que você vai sentir é de (mais ou
menos) 1 atm.
Para 45 atm, você deveria colocar em cima do pedacinho de giz, que está sobre sua
mão, alguma coisa com 45 kg, por exemplo, três botijões de gás empilhados!!!
Propriedades dos gases que compõem o ar atmosférico
O ar que respiramos deve ser limpo, de boa qualidade e isento de poluentes que são as
substâncias nocivas à nossa saúde ou meio ambiente.
Pequenas quantidades de outras substâncias mudam e muito a qualidade do ar: ele
pode ser mal cheiroso, se apresentar compostos derivados de enxofre; pode ser
asfixiante, se contiver excesso de monóxido de carbono, ou ainda, pode ser agradável
se for limpo, isento de poluentes.
O gás nitrogênio, importantíssimo para os seres vivos
O gás que está em maior concentração é o nitrogênio, uma substância formada por dois
átomos de nitrogênio (N) fortemente ligados, sua fórmula é N2.
O elemento nitrogênio (N) é muito importante para os seres vivos, já que compõe todos
os aminoácidos do nosso corpo, além das bases nitrogenadas (que constituem as
moléculas de DNA e RNA). Porém, a maioria dos seres vivos, nem mesmo as plantas,
não consegue utilizar o nitrogênio do ar atmosférico.
Para que o N2 atmosférico atinja o solo, entrando no ecossistema, ele deve passar por
um processo chamado fixação, que pode ser meio de fertilizantes. Os fertilizantes
precisam conter compostos de nitrogênio solúveis, de forma que as plantas possam
absorvê-los. O primeiro fertilizante comercial utilizado foi o nitrato de sódio (NaNO3). O
nitrato de amônio (NH4NO3), rico em nitrogênio, é um sal solúvel muito utilizado também.
Outra forma de fixação do nitrogênio é realizada por pequenos grupos de bactérias
nitrificantes, que retiram o nitrogênio do ar (N2) e o incorporam em suas moléculas
orgânicas.
O primeiro passo no ciclo do nitrogênio é a transformação do nitrogênio do ar (N2) em
amônia (NH3) ou íon amônio (NH4+). Apenas algumas bactérias e algas azuis são
capazes de incorporar o nitrogênio gasoso do ar a compostos orgânicos. Todos os seres
vivos dependem desse processo, assim como dependem da fotossíntese. Os micoorganismos fixadores de nitrogênio podem ser de vida livre ou viver associados a
plantas.
As bactérias fixadoras de nitrogênio mais comuns são as do gênero Rizobium, essas
são do tipo que vivem associadas às plantas. As leguminosas (feijão, soja, ervilha,
alfafa) são exemplos de plantas que apresentam em suas raízes essas bactérias,
possibilitando-as de viver em solos pobres em compostos nitrogenados.
Em uma etapa posterior, o amônio (NH4+) é ainda transformado em outras espécies que
são os íons nitrito (NO2-) e o nitrato (NO3-). Esse processo é conhecido como
nitrificação.
Os seres humanos e outros animais têm acesso ao nitrato (NO3-) a partir da ingestão de
plantas que absorveram essa substância ou, de acordo com a cadeia alimentar, a partir
da ingestão de outros animais que se alimentaram destas plantas. Esse nitrato retorna
ao ciclo a partir da morte de algum organismo (matéria orgânica) ou pela excreção (de
ureia ou ácido úrico, na maioria dos animais terrestres e de amônia, nas excretas dos
peixes que apresentam compostos nitrogenados.
O que ocorre com o nitrato (NO3-), também é a desnitrificação (ou denitrificação), que é
um processo realizado por bactérias denominadas desnitrificantes, que transformam
o nitrato (NO3-) em N2 novamente, realizando a devolução do nitrogênio à atmosfera.
Além do N2, outros gases que podem ser produzidos são o óxido nítrico (NO), que se
combina com o oxigênio atmosférico, favorecendo a formação da chuva ácida, e o óxido
nitroso (N2O), que é um importante gás causador do efeito estufa, que agrava
o aquecimento global, acarretando impactos ao meio ambiente.
Figura 5 – Ciclo do Nitrogênio
Fonte: eCycle
O gás oxigênio, imprescindível para os seres aeróbicos
O gás oxigênio é a substância essencial para a vida da maioria dos seres. Os
organismos que dependem de oxigênio para sobreviver são conhecidos como seres
aeróbicos.
Embora imprescindível para a maoria dos seres para a manutenção de suas vidas, há
organismos que se intoxicam com o oxigênio, são os seres anaeróbicos. Esses microorganismos não dependem do oxigênio e obtém energia de outra forma. Os microorganismos que habitam a flora instestinal dos humanos são anaeróbicos. Os microorganismos desse tipo são encontrados no lodo do fundo de rios e lagos e nas regiões
mais profundas dos oceanos.
Quando esses seres são expostos ao ar, eles se intoxicam com o oxigênio e acabam
morrendo.
Embora vital para os humanos, o oxigênio, em excesso, no interior de algumas células
ou partes de células pode fazer mal, já que formam os peróxidos, que são substâncias
tóxicas que estão associadas ao envelhecimento precoce. Para evitar a ação danosa, é
preciso ingerirmos substâncias anti-oxidantes, como vitaminas C e E, protegendo
nosso organismo da ação nociva do excesso de oxigênio.
Alguns materiais expostos ao ar também podem ser danificados pelo exposição ao
oxigênio. Por exemplo, a ferrugem é produto da reação do ferro com o oxigênio e a
umidade do ar. Você já deve ter visto algum objetos metálicos com uma camada azulada
ou esverdeada, não?
Figura 6 – Peças com azinhavre
Fonte: Mercado Livre e Wikipedia
Isso é o zinabre ou azinhavre, é camada que se forma em peças de cobre ou latão (liga
de cobre e zinco) que ficaram expostas ao ar úmido.
Além de oxidar os metais, formando a ferrugem e o azinhavre, o oxigênio é a substância
essencial para as reações de queima, também conhecida como combustão. As
reações de combustão de substâncias orgânicas, como papel, madeira, carvão, álcool,
gasolina ocorre na presença de oxigênio. Por isso, deve-se ter cuidado no
acondicionamento desses materiais. Como são combustíveis, se houver fonte de calor,
pode ocorrer queima ou até mesmo uma explosão, já que o oxigênio está presente no
ar.
A umidade do ar, o vapor de água presente no ar
Nas previsões de tempo noticiadas pelos telejornais, além da temperatura do dia, falamse em “tempo bom” ou “tempo ruim” e costumam-se falar em “dia seco ou úmido”.
O que é umidade do ar? É a concentração de vapor de água no ar atmosférico. O ar
seco é quando a concentração de vapor de água está muito baixa, e o ar úmido é
quando a concentração está muito alta.
A concentração pode ser expressa de várias maneiras, como em:
•
massa de água por volume de ar;
•
massa de água por massa de ar, ou ainda;
•
em porcentagem, que é a forma mais comum noticiada em jornais e televisão.
Veja a previsão do tempo para dois locais do Brasil, nos quais a temperatura do dia é a
mesma, mas veja a umidade, 55 % em Osasco e 70 % em Teresina.
Figura 7 – Previsão do tempo
Fonte: Climatempo
Quando a umidade relativa é 100 %, isso indica que o ar está saturado com vapor de
água e a concentração de vapor está no limite máximo. Se a umidade for 0 % não existe
vapor de água na atmosfera. Naturalmente, essa condição não existe. Mas, isso pode
acontecer no laboratório, onde é possível controlar as condições para a ocorrência de
uma reação. Quando se deseja que uma reação química ocorra na ausência de água,
então, é possível “secar” o ar.
Ar úmido
Essa umidade relativa do ar tem grande relação com o nosso conforto. Se for acima de
80 %, em dias quentes, a sensação é de muito mais calor. Isso acontece, porque em
dias quentes resfriamos o nosso corpo por meio da transpiração e da respiração. Se
tiver muito vapor de água no ar, não há evaporação da água do nosso corpo e então, o
nosso mecanismo de controle da temperatura corporal por meio da evaporação fica
comprometido.
Em dias frios, a sensação é de muito frio e isso, é também muito desconfortável.
Já reparou que a roupa não seca em dias úmidos? Quando chove, a água que cai
evapora e satura o ar. Quando a roupa molhada é estendida no varal, se o ar estiver
com muito vapor de água, a água da roupa não consegue evaporar, pois já tem muito
vapor de água no ar. Assim, a roupa demora mais para secar.
Ar seco
O ar muito seco também é desconfortante.
Quando a umidade relativa é muito baixa, menor que 20 %, a pele resseca e a garganta
e os olhos ficam irritados por causa do ressecamento. As vias respiratórias ficam secas
e isso é muito prejudicial à saúde. Observe que os hospitais e ambulatórios recebem
muitos pacientes nos períodos de inverno quando o tempo fica mais seco e a umidade
relativa do ar é mais baixa. Por isso, a recomendação de umidificar o ambiente com
panos molhados ou de forma mecânica, com aparelhos que transformam a água líquida
em vapor de água que é liberado para o ar. Isso ameniza o desconforto causado pela
secura.
Mas, há situações em que o ar seco é benéfico, por exemplo, na estocagem de grãos
(arroz, feijão, milho e soja) se o ar for seco, os grãos se conservam por mais tempo. As
carnes vermelhas e peixes também podem ser conservados fora da geladeira se
estiverem secos. O mesmo acontece com as frutas, como banana passa, que é a
banana seca, que dura mais de um ano mesmo fora da geladeira. Isso se explica pelo
fato de que os micro-organismos que deterioram esses alimentos não se desenvolvem
em ambientes secos, esses organismos precisam de muita água para se proliferarem.
A umidade do ar tem aspectos bons e ruins. Dias mais úmidos melhoram a qualidade
do ar, pois a umidade auxilia na dispersão dos poluentes. Por outro lado, se chove muito,
isso não é bom, principalmente nas grandes metrópoles, porque a água não penetra no
asfalto, causando inundações e outros transtornos.
Há outras propriedades dos gases que poderíamos discutir. Pesquise e estude os
assuntos sugeridos nas Indicações.
ATIVIDADES
Resolva a atividade proposta, a cruzadinha, que auxiliará na compressão e fixação dos
assuntos vistos nesse Tema de Estudo.
Horizontal
3. Organismos que vivem na ausência de oxigênio.
6. Seres que necessitam de oxigênio para viver.
9. Bactérias que fixam o nitrogênio em suas moléculas orgânicas.
10. Umidade do ar corresponde a concentração de _______________ no ar
atmosférico.
11. O mesmo que reação de queima.
13. Gás presente em maior concentração no ar atmosférico.
14. Dióxido de carbono sólido.
Vertical
1. Substância imprescindível para os seres vivos.
2. Propriedade das moléculas gasosas de se espalharem de forma aleatória.
4. Transformação do dióxido de carbono gasoso em gelo seco.
5. O aumento dessa propriedade, aumenta a velocidade de difusão do gás.
7. Por meio da adição _____________________ é possível colocar nitrogênio no solo.
8. Molécula gasosa pequena que se movimenta a uma velocidade de 2 km/s.
12. Ar limpo é o ar que não apresenta ______________.
LEITURA COMPLEMENTAR
O texto a seguir aborda mais aspectos sobre o elemento oxigênio (O).
Papo Cabeça Com os Elementos Apresenta: Oxigênio
Hoje nós vamos entrevistar um dos elementos mais famosos da Terra. É um dos
que mais trabalham também, o oxigênio.
ReAção: Oxigênio, nos fale em que você mais trabalha, pois sabemos que você tem
muitas atividades.
Oxigênio: Eu estou no ar junto com o nitrogênio, ou seja, estou em quase todo lugar.
E tem mais, estou ligado a muitos metais. Você não encontra o ferro, o manganês e
o alumínio sozinhos na terra. Eles estão sempre ligados a mim, como óxidos. Mas,
vocês do ReAção, já sabiam bastante coisa. Sempre estão falando de mim. Já
disseram que eu reajo com a glicose no corpo humano e essa reação produz a
energia que as pessoas usam para viver.
Também já falaram dos meus negócios com meu
sócio vanádio, na produção do ácido sulfúrico.
Vocês sabem que o meu gás tem dois átomos de
oxigênio, mas eu tenho um primo, com três átomos
de oxigênio, chamado ozônio. Já falaram dele
também. Apesar de vocês não terem chegado a
uma conclusão, se ele é mocinho ou bandido, eu
posso garantir que ele é uma boa pessoa, ou
melhor, um bom gás.
RA: Qual você considera o maior dos seus sócios?
O: Sem dúvida, meu maior sócio é o hidrogênio. Juntos, nós formamos a água, que
tem muitas utilidades e, sem ela, a vida não seria possível em nosso planeta. O
problema é que nós dois, eu e o hidrogênio, não estamos dando conta. A água já
está faltando em alguns lugares do planeta. Como quase tudo se dissolve e se
mistura com a água, é cada vez mais difícil ter água limpa. Vou aproveitar e pedir
para seus leitores que sempre economizem água.
RA: Mas você também tem outros negócios com o
hidrogênio.
O: Sim, tem a água oxigenada ou peróxido de
hidrogênio (H2O2). A água oxigenada é um oxidante
forte, que todo mundo usa para limpar ferimentos.
Mas ela tem outro uso importante. Você pode usar a
água oxigenada na fabricação de papel. Existem
substâncias, como a celulose da madeira, que
deixam o papel escuro. A água oxigenada oxida
essas substâncias e deixa o papel branco.
RA: Como você consegue se combinar com tantos elementos? Nenhum outro
elemento consegue participar de tantas reações. Conte-nos o seu segredo.
O: Bem, o segredo é que eu atraio muito os elétrons das ligações entre os átomos.
Eu sou muito eletronegativo.
Como é que é?
A eletronegatividade mede o quanto um elemento atrai os elétrons de outro elemento.
Vamos ver o que acontece na água. O oxigênio, por exemplo, é muito eletronegativo
(atrai muito os elétrons). O hidrogênio é pouco eletronegativo (atrai pouco os elétrons).
O elemento mais eletronegativo (oxigênio) atrai os elétrons do hidrogênio com muita
força. Então, na água, os elétrons das ligações entre oxigênio e hidrogênio ficam mais
próximos do átomo de oxigênio. Dessa forma, esse lado da molécula da água, no qual
está o átomo de oxigênio, fica com carga negativa e o outro lado, em que ficam os
átomos de hidrogênio, fica com carga positiva. A molécula fica com um polo positivo e
um polo negativo. Dizemos que a molécula da água é polar.
O: Não posso ver um elétron sobrando, que já o puxo pra mim. Às vezes, dependendo
de quem é o outro elemento, é uma briga danada, porque ele também não quer largar
os elétrons. Eu me ligo com vários metais. Para ficar só com os metais, você precisa
separá-los de mim. Eu seguro os metais com tanta força, que é muito difícil escaparem
e ficarem livres. Eles só conseguem se separar com a ajuda de outro elemento, o
carbono. Na verdade, eles descobriram o meu ponto fraco. Eu e o carbono temos uma
atração muito forte um pelo outro. Quando eu vejo o carbono, eu largo o metal sozinho,
só pra ficar grudadinho com ele. Nossa sociedade é muito famosa, juntos nós fazemos
o gás carbônico (CO2).
Bem, oxigênio, obrigado pela entrevista e vale a pena lembrar mais uma vez:
economizem água!
Mauro Faro, Eng. Química da USP
INDICAÇÕES
Podcast – Composição do ar e seus poluentes
Ouça o podcast “Composição do ar e seus poluentes” e não deixe de realizar a atividade
proposta relacionada a esse áudio. Ela irá auxiliar na compreensão do assunto.
Acesse o link: Atividade podcast - Sequência didática (Composição do ar atmosférico e
seus poluentes)
Para saber mais sobre a atmosfera terrestre:
Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola – Química atmosférica: a química
sobre nossas cabeças.
Sobre o ciclo do nitrogênio - Ciclo do nitrogênio: entenda etapas, organismos
participantes e importância, ou acesse o link do texto no site eCycle.
REFERÊNCIAS
ALUNOS ONLINE. Composição do ar. Disponível em:
<http://alunosonline.uol.com.br/quimica/composicao-ar.html>. Acesso em: 21 jan.
2016. 11h45min.
CLIMA TEMPO. Disponível em: < http://www.climatempo.com.br/>. Acesso em: 28 jan.
2016. 16h25min.
ECYCLE. Ciclo do nitrogênio. Disponível em:
<http://www.ecycle.com.br/component/content/article/63/3056-ciclo-nitrogenio-etapasorganismos-importancia-biogeoquimico-azoto-moleculas-organicas-aminoacidosproteinas-rna-dna-elemento-quimico-enxofre-transformacoes-resumo-eutrofizacaodesnitrificacao-amonificacao-ferro-fixacao-devolucao-metabolismo-nitrogenado.html>
Acesso em: 27 jan. 2016. 16h40min.
EXPRESSO POLAR GELO SECO. Gelo seco. Disponível em:
<http://www.expressopolargeloseco.com.br/gelo-seco-rj.html>. Acesso em: 27 jan.
2016. 10h30min.
REIKO ISUYAMA & ASSOCIADOS. Papo Cabeça Com os Elementos
Apresenta: Oxigênio. Disponível em: <http://www.riaeduca.org/entrevista-com-ooxigenio>. Acesso em: 28 jan. 2016. 10h.
GABARITO