Composição dos Gases Atmosféricos - Apostilas - Geografia, Notas de estudo de . Universidade Federal da Paraíba (UFPB)
Osvaldo_86
Osvaldo_864 de Março de 2013

Composição dos Gases Atmosféricos - Apostilas - Geografia, Notas de estudo de . Universidade Federal da Paraíba (UFPB)

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Apostilas sobre a composição dos gases que formam a atmosfera, aplicações dos gases, comparação dos gases, separação dos gases que compõem a atmosfera.
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Composição dos Gases Que Formam a Atmosfera

A composição de gases que envolvem a Terra tornou possível a existência de toda espécie de vida, principalmente devido á ação do vapor de água, do gás carbônico e do ozônio, que formam uma fina camada, cujo papel é manter o equilíbrio térmico do planeta. A atmosfera terrestre é composta pelas seguintes substâncias em ordem decrescente de abundância (os valores se referem a troposfera e estratosfera, ou seja, do nível do mar cerca de 50 km de altitude):

- Nitrogênio - 78,09 %

- Oxigênio - 20,95 %

- Argônio - 2,8 %

- Água - 0,93 %

- Gás Carbônico - 0,03 %

- Ozônio - 0,000004 %

Aplicações dos gases

Aplicações do Nitrogênio – O nitrogênio gasoso, que é captado da atmosfera no mesmo processo que o gás oxigênio, tem uma larga aplicação nas indústrias química, alimentar, elétrica e metalúrgica. O N2 é usado em grandes quantidades na forma líquida, uma vez que sua forma gasosa é usada como atmosfera inerte. Ele pode ser obtido a partir do azoteto de sódio, NaN N3, a cerca de 300o C:

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Esta reação é uma decomposição térmica usada para inflar os dispositivos de segurança em veículos (air-bags).

O transporte de alimentos utiliza o nitrogênio líquido em sistemas de refrigeração e de congelamento, pois este processo ajuda a manter a boa qualidade dos alimentos. Na medicina, utiliza-se nitrogênio líquido para preservar sangue, medula óssea, tecidos, órgãos e sêmen.

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Aplicações do Oxigênio - O oxigênio utiliza-se principalmente nas indústrias metalomecânicas como comburente de maçaricos para soldagem e corte de materiais de ferro e aço; utiliza-se também na produção de gás de síntese, quer por oxidação do gás natural quer por redução do vapor de água pelo carbono. Utiliza-se ainda na produção de uma grande variedade de substâncias de interesse industrial, como o acetileno, a acroleína, o peróxido de hidrogênio (água oxigenada), o cloro (por oxidação do HCl), o óxido de etileno, o anidrido ftálico, o ozono, etc.

Aplicações do Argônio - Este gás tem uma vasta utilização no que diz respeito à conservação de materiais oxidáveis, isto se explica pela propriedade inerte deste gás nobre. Veja onde pode ser empregado:

- Devido a sua pouca reatividade, o Argônio é aplicado em peças de museus para uma melhor conservação das relíquias.

- É aplicado em lâmpadas incandescentes para evitar a corrosão do filamento de tungstênio presente neste tipo de lâmpada.

- É considerado protetor para soldas, pois evita oxidação, protegendo-as das substâncias ativas do ar. Esta é a chamada soldagem especial com atmosfera protetora.

Aplicações da água - A água é utilizada para gerar energia, mover máquinas, resfriar peças, fabricar bebidas e alimentos. Pode ser também utilizada para a limpeza de logradouros públicos, irrigação de parques e jardins, prevenção de incêndios, recreação etc.

Aplicações do gás carbônico - Carbonatação de bebidas, congelamento/resfriamento de alimentos, atmosferas controladas de alimentos, neutralização de água/efluentes alcalinos, produção de produtos químicos (carbonatos e bicarbonatos), neutralização de tecidos mercerizados, neutralização de couros, neutralização de minérios em hidrometalurgia, controle de PH na fabricação de papel e celulose, fabricação de espumas, etc.

Aplicações do Ozônio - O ozônio é um gás que atua desde a saúde preventiva até nos tratamentos de doenças, técnica denominada ozonioterapia.

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No caso preventivo considera-se: o saneamento básico (tratamento de água, efluentes e desinfecção de ambientes), a aplicação em processos de tratamentos de alimentos (evitando a formação de subprodutos tóxicos), e em processo de armazenamento de alimentos (promovendo desinfecção sem efeitos residuais tóxicos).

O ozônio devido a seu alto poder oxidante atua como um poderoso germicida e também contribui na eliminado odores, cores, alem do que não produz subprodutos tóxicos. Tem potencial para degradação de agrotóxicos.

Comparação dos gases

Substância simples é feito por apenas 1 átomo, substância composta é feito por 2 ou mais átomos diferentes.

Argônio: Substância simples

Criptônio: Substância simples

Dióxido de Carbono: Composto por dois átomos de oxigênio e um de carbono

Hélio: Substância simples

Hidrogênio: (Composto com metais e semi-metais)

Neônio: Composto com os demais tipos de metais

Nitrogênio: substância simples

Metano: substância simples

Óxido nitroso: composto duas partes de nitrogênio e uma parte de oxigênio.

Oxigênio: substância simples

Ozônio: substância simples

Xenônio: composto com flúor, oxigênio.

Separação dos gases que compõem a atmosfera

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Liquefação Fracionada: A mistura de gases passa por um processo de liquefação e, posteriormente, pela destilação fracionada.

Destilação Fracionada: A obtenção dos principais componentes do ar constitui um método industrial, vejamos como este processo é possível:

-Primeiramente o ar seco é convertido em ar líquido através do resfriamento a -200°C;

-O ar liquefeito é então transferido para a coluna de fracionamento;

-Na coluna existem compartimentos com diferentes temperaturas onde cada componente é fracionado de acordo com sua T.E (temperatura de ebulição). Os produtos resultantes do processo são:

Oxigênio Líquido (O2) T.E. = 183°C

Gás Argônio (ar) T.E. = 186°C

Gás Nitrogênio (N2) T.E. = 196°C

Adsorção:

Denomina-se adsorção ao processo onde uma molécula, o adsorvato/adsorbato, forma uma ligação com a superfície, o adsorvente. A adsorção é um processo de interfaces, estaremos tratando aqui da interface gás/sólido. Podemos distinguir duas formas de adsorção:

1- Adsorção física, onde a molécula adsorvida na superfície, na fase gasosa, não forma uma interação forte com a superfície.

2- Adsorção química, onde a molécula adsorvida, forma uma interação forte com a superfície. A adsorção pode ainda ser considerada associativa, se a molécula adsorve na superfície sem se decompor, por outro lado, se ocorre fragmentação da molécula adsorvida então o processo é dissociativo.

Produção de amônia (Processo de Haber-bosh)

O processo de Haber (também conhecido como processo de Haber-Bosch) é uma reação entre nitrogênio e hidrogênio para produzir amoníaco.

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Esta reação é catalisada como o ferro, sob as condições de 250 atmosferas de pressão e uma temperatura de 450 ºC:

2(g) + 3H2(g) --- 2NH3(g) + energia

O processo foi desenvolvido por Fritz Haber e Carl Bosch em 1909 e patenteado em 1910.

Para a produção da amônia, o azoto/nitrogênio é obtido do ar atmosférico, e o hidrogênio como resultado da reação entre a água e o gás natural:

CH4(g) + H2O(g) --- CO(g) + 3H2(g)

Condições de equilíbrio do processo

A reação entre azoto/nitrogênio e hidrogênio é reversível, portanto, o rendimento na produção do amoníaco depende de algumas condições:

Temperatura – A formação do amoníaco é um processo exotérmico, ou seja ocorre com libertação de calor. Sendo assim, baixas temperaturas favorecem a produção do NH3.

Pressão: A elevação da pressão favorece a formação do amoníaco pois no processo ocorre uma diminuição de volume (devido a diminuição de moléculas).Logo, o incremento da pressão aumenta o rendimento de formação do produto, mas por outro lado este incremento deve ser economicamente viável, ou seja, não deve tornar os custos de produção demasiado elevados. A pressão considerada tecnicamente e economicamente viável é de 200 atmosferas.

Catalisador: O catalisador não afeta o equilíbrio porém, acelera a velocidade da reação para atingir o equilíbrio. A adição de um catalisador permite que o processo de desenvolva favoravelmente em temperaturas mais baixas. No início, para a reação Haber-Bosch, usava-se o ósmio e urânio como catalisadores. Atualmente, utiliza-se maneira extensiva o ferro.

A amônia formada é um gás porém, refrigerando e sob alta pressão obtém-se num estado liquefeito. Nestas condições, sob a forma líquida, não ocorre a reversibilidade, ou seja, a reação de decomposição em azoto hidrogênio não acontece.

Entre tantos empregos, podemos destacar:

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. Fertilizantes: sulfato de amônio, fosfato de amônio, nitrato de amônio e uréia.

. Produtos químicos: ácido nítrico (utilizado na preparação de explosivos).

. Fibras e plásticos: nylon e outras poliamidas.

. Produtos de limpeza: detergentes e amaciadores de roupa.

O processo Haber foi adotado inicialmente para as necessidades militares, atualmente metade do total do nitrogênio e usado para produção de fertilizantes utilizados na agricultura.

A importância da atmosfera como fonte de matéria prima

A atmosfera é a massa gasosa que envolve os corpos celestes, essa massa gasosa se mantém ao redor do corpo celeste, pois a gravidade deste corpo exerce uma força de atração nestes gases, nossa atmosfera é dividida em varias camadas e cada uma delas tem uma importância na vida humana.

Troposfera- É a camada da atmosfera onde nós e todos os animais terrestres e voadores vivemos, possuí as características ideais para a vida da forma como conhecemos, como os gases necessários para nossa sobrevivência. O que faz com que o planeta terra possua esta temperatura agradável a vida é o equilíbrio que se encontra o CO2 na atmosfera, pois é este CO2 que retém os raios solares fazendo com que a terra guarde calor. A ausência de CO2 resultaria num planeta terra muito frio, bem como o seu excesso faria com que o planeta terra superaquecesse ( por isso do aquecimento global relacionado a emissão de CO2).

Estratosfera - É a segunda camada da atmosfera, Nesta camada acontece um fenômeno muito importante para a vida na terra, que é a formação da camada de ozônio. A camada de ozônio é um escudo contra os raios ultravioletas, que são nocivos quando em grande quantidade, sendo inclusive os responsáveis pelo câncer de pele. Sua formação é inclusive devido a forma como o oxigênio reage a estes raios UVs (ultra-violetas).

Mesosfera - É a terceira camada da atmosfera. Devido a sua distancia, suas moléculas gasosas já são bem espaçadas, ou seja, a temperatura é muito baixa -90C°, nesta camada os meteoróides atraídos pela gravidade terrestres atingem a velocidade necessária para a combustão.

Termosfera - Esta camada é a última grande camada da atmosfera. Nela, o ar já é tão rarefeito que átomos geralmente se encontram, nesta camada se encontra a ionosfera, fenômeno

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químico-físico que interfere nas comunicações via satélite e rádio, e, é colabora com a formação de tempestades e furacões. Encontra-se também nesta camada a Exosfera que é a parte mais externa da termosfera, sendo a transição da atmosfera e do espaço.

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