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electro quimica

18.1: Atmósfera de la Tierra

 

Preguntas de debate

 

         

  • ¿Cómo ven los científicos atmosféricos la atmósfera?

    •      

  • ¿Qué gases son contaminantes en la atmósfera?

    •  

 

 

La química atmosférica estudia la composición química de la atmósfera natural, la forma en que los gases, líquidos y sólidos en la atmósfera interactúan entre sí y con la superficie de la tierra y la biota asociada, y cómo las actividades humanas pueden estar cambiando la sustancia química y física. características del ambiente. Es interesante notar que el Premio Nobel de Química 1995 fue otorgado a los científicos atmosféricos P. Crutzen, M. Molina y F. S. Rowland. Para conveniencia del estudio, los científicos atmosféricos dividen la atmósfera como si constara de cuatro capas. La división se debe principalmente a las variaciones de temperatura a medida que aumenta la altitud. Las cuatro capas según la variación de temperatura son.

 

         

  • Ionosfera (Aurora) o termosfera

    •      

  • Mesosfera

    •      

  • Estratosfera

    •      

  • Troposfera

    •  

 

Figura ( PageIndex {1} ): Atmósfera de la Tierra Baje 4 capas de la atmósfera en 3 dimensiones como se ve en diagonal desde arriba de la exobase. Capas dibujadas a escala, los objetos dentro de las capas no están a escala. Las auroras que se muestran aquí en el fondo de la termosfera en realidad pueden formarse a cualquier altitud en esta capa atmosférica. Imagen utilizada con permiso de la NASA.

 

Por encima de 100 km se encuentra la termosfera y la ionosfera, donde la temperatura aumenta de 200 K a 100 km a 500 K a 300 km. La temperatura aumenta aún más a medida que aumenta la altitud. actividad a medida que disminuye la altitud. En el espacio exterior, la mayoría de las partículas consisten en átomos individuales, H, He y O, etc. A menor altitud (200 – 100 km), las moléculas diatómicas N 2 , O 2 , NO, etc. están presentes. La ionosfera está llena de iones cargados eléctricamente. Los rayos UV ionizan estos gases. Las principales reacciones son

 

En la ionosfera:

 

[O + h v rightarrow O ^ + + e ^ – label {18.1.1} ]

 

[N + h v rightarrow N ^ + + e ^ – label {18.1.2} ]

 

En la termosfera neutra:

 

[N + O_2 rightarrow NO + O label {18.1.3} ]

 

[N + NO rightarrow N_2 + O label {18.1.4} ]

 

[O + O rightarrow O_2 label {18.1.5} ]

 

Más allá de la termosfera neutra está la ionosfera y la exosfera. Estas capas son, por supuesto, interesantes para las exploraciones espaciales y las preocupaciones ambientales y las ciencias espaciales. La atmósfera en el espacio exterior se parece más a un plasma que a un gas. Debajo de la termosfera está la mesosfera (100 – 50 km) en la que la temperatura disminuye a medida que aumenta la altitud. En esta región, OH, H, NO, HO 2 , O 2 y O 3 son ​​comunes, y las reacciones químicas más prominentes son: [19459003 ]

 

[H_2O + h nu rightarrow OH + H label {18.1.6} ]

 

[H_2O_2 + O rightarrow OH + OH. label {18.1.7} ]

 

Debajo de la mesosfera está la estratosfera , en la cual la temperatura aumenta a medida que la altitud aumenta de 10 km a 50 km. En esta región, las siguientes reacciones son comunes:

 

[NO_2 rightarrow NO + O label {18.1.8} ]

 

[N_2O rightarrow N_2 + O label {18.1.9} ]

 

[H_2 + O rightarrow OH + H label {18.1.10} ]

 

[CH_4 + O rightarrow OH + CH_3 label {18.1.11} ]

 

El flujo de aire es horizontal en la estratosfera. Una fina capa de ozono en la estratosfera superior tiene una alta concentración de ozono. Esta capa es la principal responsable de absorber la radiación ultravioleta del sol. El ozono es generado por estas reacciones:

 

[O_2 + h nu rightarrow O + O label {18.1.12} ]

 

[O_2 + O rightarrow O_3 label {18.1.13} ]

 

La troposfera es donde tiene lugar todo clima; Es la región de los paquetes de aire ascendentes y descendentes. La presión del aire en la parte superior de la troposfera es solo el 10% de la del nivel del mar (0.1 atmósferas). Hay una zona de amortiguación delgada entre la troposfera y la siguiente capa llamada tropopausa.

 

Figura ( PageIndex {2} ): Transbordador espacial Endeavour recortado contra la atmósfera. La capa naranja es la troposfera, la capa blanca es la estratosfera y la capa azul es la mesosfera. [1] (El transbordador está realmente orbitando a una altitud de más de 320 km (200 millas), muy por encima de las tres capas). Imagen utilizada con permiso de la NASA.

 

Los componentes principales en la región cercana a la superficie de la Tierra son N 2 (78%), O 2 (21%), Ar (1%) con variable cantidades de H 2 O, CO 2 , CH 4 , NO 2 , NO 2 , CO, N 2 O y O 3 . La concentración de ozono en esta capa es baja, aproximadamente el 8% del ozono total en la atmósfera está en la troposfera.

 

¿Qué gases son contaminantes en la atmósfera?

 

Desde el punto de vista de la ciencia atmosférica, las interacciones de todos los gases entre sí y su interacción con los elementos ambientales son de interés. Sin embargo, para fines de identificación, necesitamos identificar los gases producidos por el proceso artificial (industria).

 

Algunos de los gases debidos a actividades humanas son:

 

         

  • El dióxido de carbono es el resultado de la quema excesiva de combustible que contiene carbono.

    •      

  • Monóxido de carbono producido por automóviles. Este gas sin orden e incoloro es muy tóxico.

    •      

  • El ozono producido en el escape del motor de combustión interna, y la variación de la concentración de ozono en la estratosfera.

    •      

  • Óxidos de nitrógeno tales como NO, NO 2 , N 2 O 4 ; debido a la producción de NO en el motor de combustión interna.

    •      

  • Gas metano producido debido a tratamientos de gran cantidad de residuos.

    •      

  • Óxidos de azufre producidos en la explotación minera y en la combustión de combustibles que contienen azufre. El óxido de azufre causa el llamado problema lluvia ácida .

    •      

  • Los clorofluorocarbonos (CFC) son gases utilizados como refrigerantes. Cuando se eliminan en la atmósfera, hacen que disminuya la concentración de ozono.

    •  

 

El vapor de agua también se considera un gas de efecto invernadero, pero también es generado por la naturaleza continuamente debido a la radiación del sol. Por supuesto, cuando el vapor de agua se condensa en un líquido, se libera mucha energía en el proceso exotérmico. La condensación del vapor de agua provoca tormentas y muchos de los fenómenos climáticos.

 

Preguntas

 

         

  1. ¿Según cuál es la atmósfera dividida en 4 capas?
        
        Describe la estructura de la atmósfera.

    2.      

  2. ¿Qué capa contiene más ozono?
         

    Habilidad: ¿Describe todos los detalles del ozono?

         

    3.      

  3. ¿Qué tan gruesa es la troposfera?
         

    Discusión: en la cima de la montaña más alta del mundo, a ~ 10 km de altitud, la atmósfera es solo 0.1 de la del nivel del mar. Esta es la cima de la troposfera.

         

    4.      

  4. ¿Qué tipo de gas está presente en la termosfera?
         

    Habilidad: ¿Explicar la química que tuvo lugar en la termosfera?

         

    5.      

  5. ¿Cómo es la ionosfera diferente de otras capas?
         

    Discusión: la aurora está relacionada con los iones en la atmósfera.

         

    6.      

  6. ¿Qué causa que las moléculas de gas en la ionosfera se ionicen y se conviertan en partículas cargadas?
         

    Habilidad – Describe la química en la ionosfera.

         

    7.      

  7. Si el ozono es un gas beneficioso en la atmósfera, ¿por qué el ozono también es un contaminante gaseoso?
         

    Discusión: la descomposición del ozono libera radicales O, OOH, OH y son perjudiciales para muchos organismos vivos.

         

    8.      

  8. ¿Por qué los clorofluorocarbonos son contaminantes de los gases?
         

    Discusión: el ozono en la estratosfera absorbe los dañinos UV C y UV B, que son perjudiciales para los humanos y las plantas.

         

    9.      

  9. ¿Por qué el calentamiento de la Tierra es algo malo?
         

    Habilidad: da tu opinión sobre un tema.

         

    10.  

 

Soluciones

 

         

  1. La división se realiza según patrones de variación de temperatura.

    2.      

  2. La estratosfera, entre 15 y 50 km.

    3.      

  3. La troposfera varía de 8 a 15 km.

    4.      

  4. Una concentración muy diluida de gas monoatómico.

    5.      

  5. La ionosfera contiene alta concentración de partículas cargadas.

    6.      

  6. La radiación o los fotones de alta energía del sol causaron la ionización de los átomos.

    7.      

  7. El ozono es muy reactivo y causa daño a los organismos vivos.

    8.      

  8. Porque catalizan la descomposición del ozono en la estratosfera.

    9.      

  9. Porque no sabemos cuál es la consecuencia en el futuro.

    10.  

 

Guía de aprendizaje

 

         

  • ¿Cómo se divide la atmósfera en capas? ¿Cuáles son los nombres de las capas?

    •      

  • ¿Dónde se encuentra la capa de ozono en la atmósfera? ¿Cuál es la estructura molecular del ozono? ¿Cómo se forma el ozono?

    •  

 

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