O Ar
Muitas são as situações do nosso dia-a-dia em que percebemos a presença de ar. Quando sentimos a brisa suave no nosso rosto, quando o vento sopra forte balançando os galhos das árvores, quando respiramos e sentimos o ar entrando e saindo dos nosso pulmões, estamos percebendo a presença do ar.
Não podemos ver o ar nem tocá-lo. Ele é invisível, incolor (não tem cor) e inodoro (não tem cheiro). Mas existe, tem peso e ocupa espaço.
De que é feito o ar?
A matéria pode se apresentar na natureza no estado sólido, líquido e gasoso. O ar se apresenta no estado gasoso, é uma mistura de gases. O gás de maior quantidade é o gás nitrogênio ou azoto, que forma cerca de 78% do ar. Isso quer dizer que, em 100 litros de ar, há 78 litros de nitrogênio. Depois vem o oxigênio com cerca de 21%. O 1% restante inclui argônio, o gás carbônico e outros gases. Esta é a proporção de gases no ar seco. Mas normalmente, há também vapor de água (em quantidade variável) e poeira. Certos gases vindos das indústrias ou de outras fontes podem também estar presentes.
Gás Oxigênio e a Combustão
O gás oxigênio é um gás de importância fundamental para os processos vitais do nosso planeta, utilizado na respiração da maioria dos seres vivos. As algas e as plantas também absorvem oxigênio na respiração, mas, pela fotossíntese, liberam esse gás, possibilitando a sua renovação contínua no ambiente.
A maior parte do oxigênio inspirado é utilizado pelos seres vivos na produção de energia que mantém seus sistemas vitais.
Agora veja a figura.
 | Se emborcamos um copo sobre uma vela acesa, a chama se apaga. A vela se apaga porque o oxigênio dentro do copo foi gasto durante a queima da vela. O oxigênio é, portanto necessário para a queima da vela. Aliás, ele é necessário para a queima de outros materiais também. O processo de queima é chamado combustão. Em 1783, o químico francês Antoine Lavoisies (1743-1794) explicou esses fenômenos: na combustão ocorre a combinação do oxigênio com outras substâncias, liberando grande quantidade de calor em curto espaço de tempo. |
Quando o motor do carro funciona, por exemplo, a gasolina combina-se com o oxigênio do ar. A gasolina ou a outra substância que está sendo queimada é chamada de combustível, e o oxigênio é chamado de comburente. Comburente é, portanto, a substância que provoca a combustão.
No caso da vela acesa, o comburente é o oxigênio do ar. O combustível é a parafina da vela. Mas, para começar a combustão, é preciso aquecer o combustível. No caso da vela, acendemos o pavio com um fósforo. O calor da chama do pavio aquece a parafina que se combina com o oxigênio e é queimado.
A combustão libera energia química que está armazenada no combustível. Essa energia aparece sob a forma de calor e luz. Com a energia da combustão o ser humano movimenta veículos a gasolina, a gás, a óleo diesel ou a álcool, e cozinha alimentos no fogão. Essa energia pode ser liberada também em usinas termelétricas, que transformam energia de combustíveis, como o carvão e o petróleo em energia elétrica.
Depois que a vela se queima, sobra um pouco de parafina. Mas a quantidade que sobra é bem menor. Para aonde foi então a parafina que falta?
A combustão transforma o combustível, que no caso é a parafina, em vapor de água e gás carbônico. Ocorre aqui o que se chama de transformação química ou reação química. As substâncias presentes na parafina transformam-se em outras substâncias: o gás carbônico e a água.
O oxigênio e a respiração celular
Um animal mantido em um recipiente fechado morre logo - mesmo que haja comida suficiente. Por quê?
Quase todos os seres vivos empregam o oxigênio num processo que libera energia para as suas atividades. Sem oxigênio, a maiorias dos seres vivos não consegue energia suficiente para se manter vivo. Esse processo é chamado de respiração celular.
Vamos ver como ele ocorre:
O processo que envolve a entrada de oxigênio em nossos pulmões e a saída de gás carbônico é chamado de respiração pulmonar. Dos pulmões o ar entra e, pela corrente sanguínea, é levado para dentro de estruturas microscópicas que formam o nosso corpo, as células. Nas células ocorre a respiração celular, onde o oxigênio combina-se com substâncias químicas do alimento (principalmente com o açúcar, a glicose) e libera energia. Além disso, produz-se também gás carbônico e água.
Veja um resumo da respiração celular:
glicose + oxigênio -------> gás carbônico + água
A diferença entre respiração celular e combustão
Tanto na respiração celular quanto na combustão da maioria das substâncias, ocorre a produção de gás carbônico e vapor de água. Mas a respiração é um processo mais complicado e demorado do que a combustão: a respiração ocorre em etapas. A glicose, por exemplo, é transformada em uma série de substâncias até virar gás carbônico e água.
Se a respiração ocorresse da mesma forma que a combustão, a energia seria liberada muito rapidamente, e o calor faria a temperatura do organismo aumentar tanto que provocaria a morte. Em vez disso, na respiração a energia é liberada aos poucos, sem a temperatura da célula aumentar muito.
Gás carbônico
Sabe do que são formadas aquelas bolhas que aparecem nos refrigerantes? De gás carbônico. E são também de gás carbônico as bolhas que se desprendem em comprimidos efervescentes.
O gás carbônico compõe apenas 0,03% do ar. Ele aparece na atmosfera como resultado da respiração dos seres vivos e da combustão. É a partir do gás carbônico e da água que as plantas produzem açucares no processo da fotossíntese.
A partir dos açucares, as plantas produzem outras substâncias - como as proteínas e as gorduras - que formam o seu corpo e que vão participar também da formação do corpo dos animais.
Agora veja na figura como o carbono circula pela natureza: a respiração, a decomposição (que é a respiração feita pelas bactérias e fungos) e a combustão liberam gás carbônico no ambiente. Esse gás carbônico é retirado da atmosfera pelas plantas durante a fotossíntese.
Como outros gases, o gás carbônico pode passar para o estado líquido ou para o estado sólido se baixarmos suficientemente sua temperatura (a quase 80ºC negativos). O gás carbônico sólido é conhecido como gelo-seco e é usado na refrigeração de vários alimentos.
O Nitrogênio
É o gás presente em maior quantidade no ar. Essa substância é fundamental para a vida na Terra, pois faz parte da composição das proteínas, que são moléculas presentes em todos os organismos vivos.
O nitrogênio é um gás que dificilmente se combina com outros elementos ou substâncias. Assim, ele entra e sai de nosso corpo durante a respiração (e também do corpo dos outros animais e plantas) sem alterações. Assim, os animais não conseguem obter o nitrogênio diretamente do ar, somente algumas bactérias são capazes de utilizar diretamente o nitrogênio, transformando-o em sais que são absorvidos pelas plantas. Os animais obtêm o nitrogênio somente por meio dos alimentos.
Essa transformação é feita por bactérias que vivem na raiz das plantas conhecidas como leguminosas (feijão, soja, ervilha, alfafa, amendoim, lentilha, grão-de-bico). É por isso que essas plantas não tornam o solo pobre em nitratos, como costuma ocorrer quando outras espécies vegetais são cultivadas por muito tempo no mesmo lugar.
Com sais de nitrogênio, as plantas fabricam outras substâncias que formam seu corpo. Os animais, por sua vez, conseguem essas substâncias ingerindo as plantas ou outros seres vivos. Quando os animais e as plantas morrem, essas substâncias que contêm nitrogênio sofrem decomposição e são transformadas em sais de nitrogênio, que podem ser usadas pelas plantas. Uma parte dos sais de nitrogênio, porém, é transformada em gás nitrogênio por algumas bactérias do solo e voltam para a atmosfera. Desse modo o nitrogênio é reciclado na natureza.
Olhe o ciclo do nitrogênio:
Saiba mais sobre o ciclo do nitogênio.
O nitrogênio e os Fertilizantes
A produção de sais de nitrogênio pode ser feita em indústrias químicas, a partir do nitrogênio do ar. Combina-se o nitrogênio com o hidrogênio, produzindo-se amoníaco, que é então usado para fabricar sais de nitrogênio.
O amoníaco tem ainda outras aplicações: ele é usado em certos produtos de limpeza e também para fabricar muitos outros compostos químicos.
Os Gases Nobres
São gases que dificilmente se combinam com outras substâncias, correspondendo a menos de 1% do ar. Eles não são utilizados pelo organismo dos seres vivos, entram e saem inalterados durante a respiração.
Entre os gases nobres, o argônio é o que está presente em maior quantidade (0,93%).
Em lâmpadas comuns (incandescentes), o argônio é muito utilizado, já que a sua produção é barata.
Outros gases nobres são:
- neônio, usado em letreiros luminosos (é conhecido como gás néon);
- xenônio, usado em lâmpadas de flash de máquinas fotográficas;
- hélio, um gás de pequena densidade, usado em certos tipos de bexiga e balões dirigíveis;
- radônio, um gás radiativo, que, por isso é perigoso, em determinadas concentrações, para os seres vivos.
O Vapor de Água
 | Ao se colocar água bem gelada num copo e esperar alguns instantes, a parte de fora do copo fica úmida. Como a água de dentro do copo não pode atravessar o vidro, a água que se formou veio do ar em volta do copo. Foi o vapor de água do ar que se condensou (passou para o estado líquido) em contato com a temperatura mais baixa do copo. A água no estado de vapor que existe na atmosfera origina-se da evaporação da água dos rios, mares, lagos e solos, e também da respiração e transpiração dos seres vivos. |
Talvez você já tenha ouvido falar em umidade relativa do ar. É a relação entre a quantidade de água que existe em certo momento na atmosfera e a quantidade máxima que ela pode conter (em torno de 4%). Quando essa quantidade é atingida, dizemos que o ar está saturado. O ar está saturado nas nuvens, no nevoeiro e quando começa a chover. Quanto maior a umidade relativa, maior a chance de chover.
 | Existe um instrumento simples que pode ser utilizado para medir a umidade relativa do ar: o higrômetro de cabelo. Que é que um higrômetro mede? Um higrômetro indica umidades relativas. No higrômetro de cabelo um fio de cabelo humano, prêso em A, é enrolado no eixo B e fixo à mola C que o distende. Quando a umidade do ar aumenta, o cabelo absorve água do ar e expande, fazendo rolar o eixo com ponteiro ao ser distendido pela mola. O ponteiro indica a umidade relativa numa escala graduada. |
Propriedades do Ar e dos Gases
Uma bexiga cheia de ar tem mais massa que uma bexiga vazia. Por quê?
Porque tem mais ar. O ar tem massa e ocupa espaço. Mas, no caso da bexiga, a diferença de massa é bem pequena e só pode ser medida em balanças bem sensíveis.
A diferença de massa é pequena, porque a densidade do ar é relativamente pequena - muito menor, por exemplo, que a densidade da água.
Agora considere esta situação: você sente um cheiro gostoso de bolo ou outra comida vindo da cozinha. Na realidade, você está sentindo o efeito de gases que saíram do alimento e que estimularam certas partes do seu nariz. Isso acontece devido a uma propriedade do ar e de todos os gases: eles tendem a se espalhar, preenchendo todo o espaço disponível. Por isso, os gases que se desprendem do alimento se espalham pela casa.
Compare os gases com os líquidos: quando você despeja um pouco de água numa garrafa, sem enchê-la, a água se deposita no fundo. Ela não ocupa o volume todo da garrafa. Mas, por outro lado, qualquer que seja a quantidade de ar dentro de uma garrafa, ele estará ocupando todo o espaço da garrafa. O ar, e os gases em geral, ocupam todo o volume do recipiente onde estão. É a propriedade da expansibilidade.
Quando sopramos uma bexiga de aniversário, enchendo-a bem, constatamos que a parede do balão fica bem esticada. Isso acontece devido a outra propriedade do ar e dos gases: eles exercem pressão contra a parede do recipiente que ocupam.
A pressão exercida pelo ar na superfície da Terra chama-se pressão atmosférica. Recebe esse nome porque a atmosfera é a camada de ar que envolve o planeta.
Pressão atmosférica e a altitude
O matemático francês Blaise Pascal (1623-1662) levou um barômetro para o alto de uma montanha. Após muitas observações, medições e anotações, ele verificou que a pressão do ar diminui com a altura. O ar vai ficando rarefeito (diminui a quantidade de moléculas nele presente), gradativamente, conforme aumenta a altitude.
A partir desse e de outros experimentos, os cientistas concluíram que a maioria dos gases está comprimida na parte mais próxima da superfície da Terra e que o ar fica rarefeito conforme a altitude aumenta, até um ponto em que não existe mais ar - esse é o limite da atmosfera de nosso planeta. Os avanços da ciência e da tecnologia têm possibilitado mais conhecimentos sobre a atmosfera.
O nivel do mar é utilizado como referencial quando se deseja calcular a pressão atmosférica.
Quanto maior a altitude, mais rarefeito é o ar, e assim, menor é a pressão que ele exerce sobre nós.
Compressibilidade e elasticidade
Observe o que acontece nas etapas do experimento abaixo:
Ao tampar a ponta da seringa e empurrar o êmbolo, o ar que existe dentro da seringa fica comprimido, passando a ocupar menos espaço. Isso ocorre em razão de uma propriedade do ar denominada compressibilidade.
Quando o êmbolo é solto e a força que comprime o ar é cessada, o ar volta a ocupar seu volume inicial. Isso ocorre em razão de uma propriedade do ar chamada elasticidade.
Os Seres Vivos e a Pressão Atmosférica
A atmosfera exerce pressão também sobre os organismos vivos.
Como o nosso corpo não se deforma? Ou porque não morremos esmagados?
Os organismos resistem porque os líquidos e os gases dentro deles exercem uma pressão contrária à da atmosfera.
A pressão atmosférica também é responsável pela entrada de ar nos nossos pulmões. Observe que na inspiração o tórax se expande, isto é, aumenta de volume.
Quando o tórax se expande, os pulmões também aumentam de volume, e o ar entra. Veja: na realidade, com a pressão do tórax, a pressão do ar nos pulmões diminui, ficando menor que a pressão atmosférica. É essa diferença entre a pressão atmosférica e a pressão de dentro dos pulmões que impulsiona o ar para dentro do nosso corpo.
Quando o ar sai, na expiração, ocorre o inverso: o volume do tórax e o dos pulmões diminuem, e a pressão do ar interna torna-se maior que a da atmosfera, fazendo o ar sair.
Se você já viajou para locais mais altos como a serra, viajou de avião ou passou por alguma outra situação na qual você mudou de altitude rapidamente, deve ter percebido uma sensação desagradável na parte interna da orelha. Essa sensação é decorrente de um desequilíbrio momentâneo entre a pressão que existe dentro do seu corpo e a do ambiente, em que houve alteração.
A pressão atmosférica exerce força desigual sobre um dos lados do tímpano, distendendo-o.
A previsão do tempo
A rádio, a televisão, os jornais e os sites diariamente anunciam a previsão do tempo. Dentro de certa margem de segurança, ficamos sabendo se vai chover, se vai fazer frio ou calor.
Para facilitar o estudo da atmosfera, os cientistas a dividem em várias camadas:
Troposfera A troposfera é a camada mais próxima da superfície terrestre. Nela se formam as nuvens e ocorrem as chuvas, os ventos e os relâmpagos. Na troposfera concentra-se a maior quantidade do gás oxigênio que os seres vivos utilizam na respiração. Estratosfera Nessa camada, a umidade (presença de vapor de água) é quase inexistente. Há baixa concentração de gás oxigênio, e o ar, em geral, apresenta-se rarefeito. Na estratosfera encontra-se o gás ozônio (gás cuja, molécula é formada por 3 átomos de oxigênio, O3). Essa camada filtra os raios ultravioletas do Sol, evitando assim danos aos seres vivos. Na troposfera, porém, o ozônio, quando presente, é considerado um poluente. Nessa região atmosférica não ocorrem as turbulências provocadas pelos fenômenos meteorológicos, comuns na troposfera; por isso os vôos mais longos e feitos por grandes aviões ocorrem nessa camada. Mesosfera É uma camada também rica em gás ozônio. Apresenta baixas temperaturas.
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Ionosfera ou termosfera
Nessa camada o ar é muito rarefeito e existem partículas carregadas de eletricidade. Essas partículas possibilitam a transmissão de ondas de rádio e similares a grandes distâncias.
Exosfera
É a ultima camada da atmosfera, isto é, o limite entre nosso planeta e o espaço cósmico. Nessa camada predomina gás hidrogênio. O ar é muito rarefeito e as moléculas de gás "escapam" constantemente para o espaço. É onde costumam ficarem os satélites artificiais.
Toda os fatores que influênciam no clima da Terra estão contidos na Troposfera, vamos estudar cada um deles agora.
A importância da previsão do tempo
Se sabemos que vai chover, levamos o guarda-chuva quando saímos de casa. Mas uma dica importante sobre o tempo nos ajuda em muitas outras coisas. Entre elas, para avaliar as condições da estrada, quando viajamos, e também para a agricultura.
Os agricultores precisam, muitas vezes, fazer o plantio no início de um período de chuvas, porque as sementes precisam de água para germinar. Por outro lado, a previsão de enchentes, de geadas ou de falta de chuvas pode evitar prejuízos.
A meteorologia é a ciência que estuda as condições atmosféricas e, com isso, auxilia na previsão do tempo.
Os técnicos fazem a previsão do tempo estudando vários aspectos da atmosfera: massas de ar, frentes fria ou quentes, umidade do ar, temperatura do lugar, pressão atmosférica, etc.
Tempo e clima
É comum as pessoas confundirem os termos tempo e clima. Afinal, o que significa cada um deles?
O termo tempo corresponde a uma situação de momento. Indica o estado atmosférico em determinado tempo e lugar. Hoje, onde você mora, pode estar chovendo, mas amanhã poderá estar ensolarado. Pela manhã, pode estar muito calor e à tarde todos serem surpreendidos pela chegada de uma frente fria.
O termo clima corresponde ao conjunto de condições atmosféricas que ocorrem com mais freqüência em uma determinada região. Por exemplo, na caatinga, no Nordeste brasileiro, o clima é quente e seco, podendo ocorrer chuvas. Mesmo quando o tempo está chuvoso, o clima permanece o mesmo (quente e seco).
Fatores relacionados à previsão do tempo
As nuvens
O tipo de nuvem presente na atmosfera é uma pista para a previsão do tempo. Quando olhamos para o céu e vemos nuvens escuras, geralmente cinzentas, logo achamos que vai chover. A nuvem escura possui gotículas de água tão próximas umas das outras que a luz do Sol quase não consegue atravessá-las. E a chuva pode se formar justamente quando as gotículas se juntam e formam gotas maiores, que não ficam mais suspensas na atmosfera, e caem.
As nuvens podem ficar em diferentes altitudes e variar nas suas formas, que dependem de como a nuvem sobe e da temperatura do ar.
São utilizadas palavras que vieram do latim para descrever os vários tipos de nuvens.
- Cirros - Nuvens altas e de cor branca. Cirru significa 'caracol' em latim. Muitas vezes essas nuvens se parecem com cabelos brancos. Podem ser formadas por cristais de gelo.
- Cúmulos - Nuvens brancas formando grandes grupos, com aspecto de flocos de algodão. Cumulu, em latim significa 'pilha', 'montão'
- Estratos - Formam grandes camadas que cobrem o céu, como se fossem um nevoeiro, e torna o dia nublado. Estratu significa 'camada'.
Para descrever as nuvens usamos ainda os termos nimbos e altos. Nimbos são nuvens de cor cinza-escuro. A presença de nimbos no seu é sinal de chuva. Nimbos significa 'portador de chuva'. E altos são nuvens elevadas.
Esses dois termos podem ser combinados para descrever os vários tipos de nuvens. Cúmulos-nimbos, por exemplo, são nuvens altas que costuma indicar tempestade.
