2B-1 Luz: onda y partículas de energía  Se visualiza la radiación constituida por partículas o cuantos de energía llamadas fotones (teoría cuántica).

Presentación del tema: "2B-1 Luz: onda y partículas de energía  Se visualiza la radiación constituida por partículas o cuantos de energía llamadas fotones (teoría cuántica)."— Transcripción de la presentación:

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 2B-2 Movimiento Ondulatorio Longitud de onda: larga Frecuencia : baja Longitud de onda: corta Frecuencia : alta 1 ciclo

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 ( )  Nuestros ojos son sensibles a luz con 400*10 -9 [m] < < 700*10 -9 [m]  Se usa la unidad nanometro [nm]: 1[nm] = 1*10 -9 [m]

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 ( )

5 2B-5  donde c : constante de velocidad de la luz igual a 3*10 8 [m / s]  A menor, mayor. luz roja  Para luz roja = 700[nm] y = 4,3*10 14 [Hz] ; luz violeta Paraluz violeta = 400[nm] y = 7,5*10 14 [Hz] Relación entre frecuencia y longitud de onda = c / = c /

6 2B-6 Rango visible del espectro electromagnético Se extiende desde 400[nm] (color violeta) hasta 700[nm] (color rojo )

7 2B-7 E = h = h c /  E = energía de un fotón = frecuencia de la radiación = frecuencia de la radiación h = constante de Planck = 6,63 x 10 -34 [ J s ] c = velocidad de la luz. Luz: onda y partículas de energía

8 2B-8 Energía de fotones  Onda radio FM con =100 [megahertz] (100 x 10 6 [s -1 ]):  Radiación solar UV de 300 [nm] ( = 1,0 x 10 15 [s -1 ]):  E 2 / E 1 = 10 x 10 6 O sea, la energía de un fotón de luz UV es 10 [millones] de veces mayor que la de un fotón de radio. E 1 = 6,63 x 10 -34 [Js] x 100 x 10 6 [s -1 ] = 6,63 x 10 -26 [J] E 2 = 6,63 x 10 -34 [Js] x 1 x 10 15 [s -1 ] = 6,63 x 10 -19 [J]

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 Distribución de Energía en la Radiación Solar

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, se aprecia que la mayor intensidad ocurre en la región visible. u Los porcentajes de la energía total emitida por el sol son:

12 Sensibilidad Biológica v/s Longitud de Onda UV

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 < 300 [nm] es totalmente filtrada en la atmósfera por O 2 y O 3.

14 Energía Solar v/s Longitud de Onda UV

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] < < 400 [nm]  Desde el punto de vista de sus efectos biológicos se distinguen tres bandas UV: UVA : UV larga, o luz negra;320[nm] < < 400 [nm] UVB : UV media, o bronceante;280[nm]< < 320 [nm] UVC : UV corta, o germicida; 200[nm]< < 280[ nm]

16 2B-16 Pantalla atmosférica Oxígeno (O 2 ) - Ozono (O 3 )  Gran parte de la radiación UV es bloqueada por los alótropos de oxígeno presentes en la atmósfera.  El O 2 estratosférico protege la superficie terrestre de radiación UV de alta energía ( <242 [nm]) mediante la reacción: O 2 + fotón 2 O < 242 [nm] < 242 [nm]

17 2B-17 Pantalla atmosférica Oxígeno (O 2 ) - Ozono (O 3 )  Si O 2 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 2B-18  Se nota que: (i) O 3 es más reactivo que O 2 (ii) los enlaces son más débiles en O 3 que en O 2. (ii) los enlaces son más débiles en O 3 que en O 2. O 3 + fotón O 2 + O < 320 [nm] < 320 [nm]  El O 3 juega su rol protector mediante la reacción: Pantalla atmosférica Oxígeno (O 2 ) - Ozono (O 3 )

19 2B-19 Distribución de O 3 en la atmósfera  Se ha graficado la concentración de O 3 en la atmósfera en función de la altitud  Se aprecia que la mayor concentración de O 3 ocurre entre 10 y 30 [Km], con un máximo a 20 [Km]  El 91 % del O 3 de la tierra se encuentra en la estratósfera, entre 10 y 50 [Km]

20 Concentración de O 3 a varias alturas

21 2B-21 Ozono estratosférico: su formación y destrucción  Cada día se forman 300 [millones] de toneladas de O 3 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 O 3  El ciclo de Chapman, propuesto en 1930, consta de 4 reacciones, es conceptualmente correcto pero incompleto, ya que existen varios otros factores

22 Ciclo de Chapman

23 2B-23 Deficiencias del mecanismo de Chapman  Desde hace 40 [años] se miden las concentraciones de O 3  Estas mediciones muestran concentraciones de O 3 más bajas que las predichas por el mecanismo de Chapman  O sea, los procesos que determinan la concentración de estado estacionario de O 3 son más complejos e incluyen otras reacciones

24 2B-24 El agujero en la capa de O 3  La concentración de estado estacionario de O 3 en la estratósfera es menor que la predicha por el modelo de Chapman  Esto se debe a las rutas de destrucción de O 3 catalizadas por H 2 O, NO y otras especies químicas naturales en la atmósfera  Sin embargo, estas rutas no permiten explicar totalmente la disminución de la concentración de O 3 registrada desde 1970

25 2B-25 Clorofluoro carbonos: Implicados en la destrucción de O 3  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 CCl 2 F 2 y CCl 3 F, conocidos como CFC-12 y CFC-11

26 2B-26 Sherwood Rowland & Mario Molina Premios Nobel de Química 1995

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 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 2B-29 Freón 11Freón 12 Compuestos clorofluorocarbonados (CFC’s)

30 2B-30 Interacción de CFC’s con Ozono CCl 2 F 2 + fotón CClF 2 + Cl CCl 2 F 2 + fotón CClF 2 + Cl Cl + O 3 ClO + O 2 Cl + O 3 ClO + O 2 ClO + O Cl + O 2 ClO + O Cl + O 2 Cl + O 3 + ClO + O ClO + Cl + 2O 2

31 2B-31 Interacción de CFC’s con O 3  Una molécula promedio de CCl 2 F 2 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 CCl 2 F 2 + fotón UV =====> CClF 2 + Cl

32 2B-32  Un simple átomo de Cl puede destruir 100.000 moléculas de O 3 antes de ser arrastrado a la atmósfera por los vientos. Interacción de CFC’s con O 3

33 2B-33  La pérdida de O 3 sobre el polo sur es dramática  El agujero en la capa de O 3 aumenta cada año  El nivel actual de O 3 sobre el polo es menos de la mitad del valor que tenía en 1970 El agujero en la capa de O 3

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 2B-35 ¿ Qué produce el hoyo de O 3 antártico ?  Reacciones químicas en la superficie de estos cristales atacan moléculas de ClNO 2 y HCl y generan especies reactivas como HOCl y Cl 2  En Octubre, al salir el sol, la radiación rompe el HOCl y Cl 2 y libera los reactivos átomos de Cl  Los átomos de Cl catalizan la destrucción de O 3 y explican el hoyo de O 3 antártico

36 2B-36 Acuerdos para evitar el uso de CFC’s u En Estados Unidos se prohibió parcialmente el uso de CFC’s: â En 1978, como propelente para tarros de aerosoles â En 1990, como agente espumante para plásticos

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 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