“La Química Ambiental estudia el papel de los elementos químicos en la síntesis y descomposición de los materiales naturales, cualquiera que sea su naturaleza, incluyendo los cambios introducidos por la acción del hombre.” (Química Física del ambiente y de los procesos medioambientales, Juan E. Figueruelo)
Para el estudio de la misma se tienen en cuenta las interacciones entre las tres esferas
del ambiente, los factores abióticos y bióticos:
En algunos libros se suele hablar de las cinco esferas la
geosfera, la antroposfera, la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera, en nuestro caso
tomaremos solo tres como importantes obviando los otros dos, empezaremos por el estudio de la atmósfera.
Atmósfera
La palabra atmósfera proviene de los vocablos griegos atmos
(fluido, vapor) y spharia (esfera, globo), es la capa de aire que rodea a la
Tierra y gira con ella, al menos en su parte inferior, debido a la atracción
gravitatoria. Esta capa contiene partículas ionizadas y partículas neutras,
siendo una mezcla de gases en la cual se hallan en suspensión cantidades
variables de partículas sólidas y líquidas.
Esta mezcla de gases se ha desarrollado a lo largo de 4.500-4.800
millones de años. La atmósfera primigenia debió estar compuesta únicamente de
emanaciones volcánicas, es decir, una mezcla de vapor de agua, dióxido de
carbono, dióxido de azufre y nitrógeno, sin rastro apenas de oxígeno. A lo
largo de este tiempo, diversos procesos físicos, químicos y biológicos
transformaron esa atmósfera primitiva hasta dejarla tal como ahora la
conocemos.
La función fundamental de la atmósfera es la de actuar como una capa protectora de la Tierra contra cierto tipo de radiaciones solares, tales como los ultravioletas que resultan nocivos para los seres humanos. Pero también, amortigua las variaciones de temperatura, sin esta protección serían muy altas durante el día y muy bajas en la noche. Por otra parte, la atmósfera frena la caída de los meteoritos ya que, algunos de éstos, al atravesar las capas de aire, se desintegran por la fricción con los gases.
La función fundamental de la atmósfera es la de actuar como una capa protectora de la Tierra contra cierto tipo de radiaciones solares, tales como los ultravioletas que resultan nocivos para los seres humanos. Pero también, amortigua las variaciones de temperatura, sin esta protección serían muy altas durante el día y muy bajas en la noche. Por otra parte, la atmósfera frena la caída de los meteoritos ya que, algunos de éstos, al atravesar las capas de aire, se desintegran por la fricción con los gases.
Debido a
que la atmósfera cambia su composición química a medida que se aleja de la
superficie terrestre. Desde el punto de vista de su composición química, en la
atmósfera distinguimos dos regiones , una capa uniforme que se extiende desde
los 80 Km-100Km de altura denominada homosfera y otra que es de composición
variable que se denomina heterosfera.
Cuestionario N°1
1) ¿Qué gases constituyen la
mayor parte de la atmósfera de la tierra?
Los principales componentes de la homosfera son los
gases nitrógeno y oxígeno. También otros gases de proporción menos constante,
además de partículas en suspensión y otras impurezas.
Gases de proporción constante.
El nitrógeno y el oxígeno representan
aproximadamente el 78 y 21 % en volumen de la homosfera.
El nitrógeno es prácticamente inerte. Sólo con
grandes cantidades de energía como las suministradas durante las descargas
eléctricas en la atmósfera se combina con el oxígeno para formar monóxido de
nitrógeno (NO).
Hay bacterias que lo fijan al suelo y lo hacen
disponible para las plantas en forma de nitritos y de nitratos. A su vez, las
bacterias desnitrificantes devuelven nitrógeno gaseoso a la
atmósfera.
El oxígeno interviene en la respiración y en las
reacciones de combustión. El resto de los gases que se encuentran en una
proporción constante en la homosfera son los gases nobles, siendo el más
abundante el argón (aprox. 0,9 % en volumen).
Gases de proporción variable.
CO2. Interviene en la fotosíntesis de las plantas,
algas y bacterias fotosintéticas, así como en la quimiosíntesis en
las profundidades oceánicas. Este gas, junto con el vapor de agua y el metano,
es el responsable del efecto invernadero, ya que absorbe parte del calor
transferido a la atmósfera por la superficie terrestre. Gracias al efecto
invernadero, la temperatura promedio de la superficie de la tierra, es de 15°C,
en lugar de 15°C bajo cero.
Es aportado naturalmente a la atmósfera por la
respiración de los seres vivos y a través de los volcanes, cuando las rocas
carbonáticas (como las calizas), presentes en las placas tectónicas oceánicas
subduccionan las placas continentales. En esta reacción, que ocurre a elevadas
temperaturas, se forma óxido de calcio y se desprende dióxido de carbono.
El principal sumidero de dióxido de carbono es el
mar. La concentración de este gas varía en forma periódica en el año: el mínimo
de concentración se debe a su absorción por las plantas en verano.
H2O(v). El vapor de
agua también es responsable del efecto invernadero, siendo más eficiente que el
CO2, ya que no sólo absorbe, sino que almacena calor. Cuando el
vapor de agua se mueve por las corrientes de aire, transporta esa energía
almacenada.
En los desiertos o en las zonas frías, el vapor de
agua se encuentra en una baja proporción en el aire, pero en las zonas
tropicales puede sobrepasar el 4% en volumen. Cuanto mayor es la temperatura
del aire. Mayor es la proporción máxima de vapor de agua que puede contener. El
aire a 0°C satura con 0,6 % en volumen de vapor de agua, mientras que a 30°C
admite 4,2 por ciento. El vapor de agua en el aire, actúa como un moderador de
las amplitudes térmicas.
O3. De los demás gases que se encuentran
en proporción variable el más importante es el ozono. La mayor parte de él se
encuentra confinado en la llamada capa de ozono, que se extiende entre los 15 y
50 km de altura (aunque la mayor concentración se encuentra entre
los 20 y 25 km). La importancia del ozono, se debe a su capacidad de
absorber la radiación ultravioleta proveniente del sol.
Los gases fundamentales que forman la atmósfera son los siguientes:
Los gases fundamentales que forman la atmósfera son los siguientes:
También se encuentran en baja proporción el SO2,
óxidos de nitrógeno, amoníaco, metano, monóxido de carbono. El dióxido de
azufre y los óxidos de nitrógeno son los causantes del smog y de la
precipitación ácida.
Además hay partículas de polvo en suspensión como, por ejemplo,
partículas inorgánicas, pequeños organismos o restos de ellos y sal marina. Estas partículas pueden servir
de núcleos de condensación en la formación de nieblas muy contaminantes.
Los volcanes y la actividad humana son responsables de la emisión
a la atmósfera de diferentes gases y partículas contaminantes que tienen una
gran influencia en los cambios climáticos y en el funcionamiento de los
geosistemas.
El aire se encuentra concentrado cerca de la superficie, comprimido por la atracción de la gravedad y, conforme aumenta la altura, la densidad de la atmósfera disminuye con gran rapidez.
El aire se encuentra concentrado cerca de la superficie, comprimido por la atracción de la gravedad y, conforme aumenta la altura, la densidad de la atmósfera disminuye con gran rapidez.
2)¿Qué rango de altitudes comprende la tropósfera? ¿Y las
demás capas?
4) Describir las principales
características de cada capa.
En función a la temperatura, la atmósfera se divide en cuatro
capas: la troposfera, la estratosfera, la mesosfera y la termosfera. Las tres
primeras pertenecen a la homosfera y la última a la heterosfera.
Como la temperatura va disminuyendo paulatinamente con la altitud,
entre cada una de estas capas principales se originan zonas de transición, es
decir, “pausas”, que reciben el nombre de tropopausa, estratopausa y mesopausa,
respectivamente.
Troposfera
El término Troposfera viene del griego tropos que significa
'girar', o sea, 'la capa que gira'; esto porque la troposfera es la región
atmosférica caracterizada por movimientos convectivos y de mezcla. La
troposfera contiene el 75 % de la masa total de la atmósfera, en ella se
presentan los fenómenos meteorológicos y biológicos de mayor importancia
para el ser humano. Tiene las siguientes
características principales: a) la temperatura decrece con la altura a una
razón del orden de 6.5°C/km en una atmósfera húmeda (trópicos) y a una razón
del orden de 10°C/km en una atmósfera
seca (desiertos); b) el viento aumenta con la altura, alcanzando valores
máximos aproximadamente a los 10 km, en las latitudes medias; y c) contiene
virtualmente el total del vapor de agua atmosférico; a mayores alturas, el
vapor de agua es rápidamente disociado por la radiación solar.
El límite superior se conoce como la tropopausa y puede presentarse como una inversión o una capa isotérmica, la que forma una barrera a todos los procesos convectivos y de mezcla, que dan origen al tiempo meteorológico.La tropopausa es variable en tiempo y espacio, observándose variaciones importantes de su altitud en latitud y estacionalmente. Por ejemplo en el ecuador, la temperatura al nivel de la tropopausa tiene un valor de cerca de -80°C, mientras que en los polos la temperatura es de solo -60°C; esto, aparentemente contradictorio, se explica por el hecho de que en el ecuador, la altura de la troposfera llega a unos 15 km, mientras que en los polos es del orden de 9 km. Algunas discontinuidades importantes se observan en la tropopausa en las regiones cercanas a las 'corrientes de chorro'[1], polar (60°N) y subtropical (30°N) y en el ecuador (0°). Además se observan variaciones importantes entre verano e invierno. Tanto la altura como la temperatura observada de la tropopausa tienen su explicación en la radiación terrestre, y en los procesos termodinámicos y dinámicos de la atmósfera.
El límite superior se conoce como la tropopausa y puede presentarse como una inversión o una capa isotérmica, la que forma una barrera a todos los procesos convectivos y de mezcla, que dan origen al tiempo meteorológico.La tropopausa es variable en tiempo y espacio, observándose variaciones importantes de su altitud en latitud y estacionalmente. Por ejemplo en el ecuador, la temperatura al nivel de la tropopausa tiene un valor de cerca de -80°C, mientras que en los polos la temperatura es de solo -60°C; esto, aparentemente contradictorio, se explica por el hecho de que en el ecuador, la altura de la troposfera llega a unos 15 km, mientras que en los polos es del orden de 9 km. Algunas discontinuidades importantes se observan en la tropopausa en las regiones cercanas a las 'corrientes de chorro'[1], polar (60°N) y subtropical (30°N) y en el ecuador (0°). Además se observan variaciones importantes entre verano e invierno. Tanto la altura como la temperatura observada de la tropopausa tienen su explicación en la radiación terrestre, y en los procesos termodinámicos y dinámicos de la atmósfera.
Estratósfera
La palabra estratósfera se deriva del vocablo en latín stratum que significa 'capa estratificada'; en ella la temperatura aumenta uniformemente con la altura y no se observan procesos convectivos, pues la estratosfera es altamente estable e inhibe la convección y la mezcla turbulenta de los constituyentes atmosféricos. Esta se extiende desde la tropopausa hasta cerca de los 50 km en la región llamada estratopausa. Sus características principales son: a) En la baja estratosfera (hasta los 25 km) la temperatura aumenta gradualmente o se mantiene constante; arriba de este nivel la temperatura aumenta hasta alcanzar valores en el rango de 10 a 15°C; b) los vientos decrecen con la altura en la baja estratosfera, para después aumentar en la alta estratosfera, siendo principalmente vientos del este en verano y del oeste durante invierno, esto debido al cambio estacional de la circulación atmosférica; c) la estratosfera es muy seca, sin nubes ni fenómenos meteorológicos; y d) contiene grandes concentraciones de ozono, constituyente vital para la vida en la tierra, pues sirve como filtro de la radiación ultravioleta. La presencia del ozono, con una concentración máxima cercana a los 25 km, es la razón principal para explicar el aumento de la temperatura en la estratosfera. La absorción de la radiación ultravioleta por el ozono da lugar a un calentamiento de la atmósfera, que a su vez forma la estratosfera, donde las máximas temperaturas se observan a los 50 km de altura.
Mesosfera
La mesosfera, que se deriva del vocablo griego meso que significa 'media', ocurre arriba de la estratosfera hasta una altura de cerca de 80 km. La mesosfera se caracteriza por una disminución continua de la temperatura hasta un mínimo del orden de -90 °C en la región conocida como la mesopausa. Es en esta región donde se observan las temperaturas más bajas de la atmósfera y se debe básicamente a la poca influencia tanto de la radiación solar como de la radiación terrestre. La circulación de los vientos de invierno aumenta con la altura a un valor máximo del orden de 300 km/hr, a una altura de 70 km. Las características principales son: a) se observan nubes noctilucentes[2] a una altura aproximada de 80 - 100 km, principalmente en el hemisferio de verano; b) se observan grandes variaciones entre verano e invierno. La temperatura es mayor en invierno que en verano; y c) se observa una muy considerable variabilidad diaria y semanal en la estructura vertical de la temperatura.
TermosferaLa mesosfera, que se deriva del vocablo griego meso que significa 'media', ocurre arriba de la estratosfera hasta una altura de cerca de 80 km. La mesosfera se caracteriza por una disminución continua de la temperatura hasta un mínimo del orden de -90 °C en la región conocida como la mesopausa. Es en esta región donde se observan las temperaturas más bajas de la atmósfera y se debe básicamente a la poca influencia tanto de la radiación solar como de la radiación terrestre. La circulación de los vientos de invierno aumenta con la altura a un valor máximo del orden de 300 km/hr, a una altura de 70 km. Las características principales son: a) se observan nubes noctilucentes[2] a una altura aproximada de 80 - 100 km, principalmente en el hemisferio de verano; b) se observan grandes variaciones entre verano e invierno. La temperatura es mayor en invierno que en verano; y c) se observa una muy considerable variabilidad diaria y semanal en la estructura vertical de la temperatura.
En la termosfera la temperatura aumenta con la altura. En esta
capa la densidad del aire es muy baja y está compuesta principalmente por
moléculas de nitrógeno y oxígeno, predominando el oxígeno atómico por arriba de
los 200 km. En esta región la temperatura aumenta continuamente desde -90 °C
hasta los 1200 °C, esto debido principalmente a
la capacidad del oxígeno atómico de absorber la radiación solar de alta
energía (con longitud de onda menor de 0.2 µm). Por abajo de la termosfera, los
gases ligeros no son tan importantes en cuanto al peso molecular del aire; sin
embargo, en la termosfera la disociación del oxígeno y los procesos de difusión
molecular hacen muy importante la presencia de los gases ligeros. Las
principales características de esta capa son: a) se observa una gran
disociación de los principales constituyentes, N2 y O2;
b) el aumento continuo de la temperatura está asociado a la absorción de
radiación electromagnética solar y a la disociación y a la ionización de los constituyentes
atmosféricos, principalmente por el oxígeno atómico; c) la termosfera es
principalmente calentada por la radiación ultravioleta de alta energía y d) por
arriba de los 200 km la atmósfera se hace casi isoterma durante la noche,
cuando desaparece la radiación solar.
3) Graficar las variaciones
de temperatura en función de la altitud, en el gráfico mudo del archivo sobre
atmósfera.
5) Unidades de uso ambiental. Convertir una
concentración de 32 ppmm de cualquier contaminante a:
a) ppm
b) moléculas por cm3
c) molaridad
Considerar una
temperatura de 25°C y una presión total de 1 atm.
a) Para pasar de ppmm a ppm, se realizo el siguiente cálculo:
1.109
moléculas de aire ------------------------ 32 moléculas de contaminante
1.106
moléculas de aire------------------------X=
0,0032 moléculas de contaminante
Este cálculo
expresa que la concentración es de 0,0032 ppm
b) Para expresar la concentración 32 ppmm a moléc/cm3, se tiene que pasar el número de moléculas de aire a volumen:
6,02.1023
moléculas de aire----------------------- 22400 cm3 de aire
1.109 moléculas de aire---------------------------X= 3,7.10-11 cm3 de
aire
Como se obtuvo el volumen molar (1 atm y 0°C), debemos pasar ese
volumen a una presión de 1 atm y a una temperatura de 25°C.
Luego se calculo cuantas moléculas ocupan 1 cm3.
4,03.10-11 cm3 de
aire-----------------------32 moléculas de contaminante
1 cm3
de aire-----------------------X= 7,8.1011
moléculas de contaminante= 7,8.1011moléc/cm3
Para pasar de moléc/cm3 a ppm, se deben pasar las moléculas de contaminante a unidad de volumen, así las unidades del contaminante y del aire quedan expresadas en cm3:
6,02.1023
moléculas de aire----------------------- 22400 cm3 de contaminante
6.10-4 moléculas de aire---------------------------X=2,23.10-23cm3de
contaminante
Como se
está trabajando en condiciones normales de presión y temperatura se debe
corregir ese volumen.
1 cm3
de aire-----------------------2,43.10-23cm3 de contaminante
1.106
cm3 de aire-----------------------X= 2.43.10-17 cm3 de contaminante
Este cálculo deja expresada que la concentración en ppm es de
2,43.10-17
Falta molaridad
7) Explicar por qué la
densidad del ozono es máxima alrededor de los 25 km de altitud.
Durante
el día, el ozono se forma constantemente mediante este proceso, cuya velocidad
depende de la cantidad de luz UV y de la concentración de átomos y moléculas de
oxígeno a una determinada altitud. Al pie de la estratósfera, la abundancia de
O2 es mayor que en lo alto, debido as que la densidad aumenta
progresivamente a la que uno se aproxima a la superficie. Sin embargo, se
disocia poco ozono, ya que prácticamente toda la luz UV solar de alta energía
ha sido filtrada antes de llegar a esta altitud. Por esta razón, la capa de
ozono no se extiende demasiado por debajo de la estratósfera, e incluso el
ozono presente en la estratósfera baja se forma a altitudes más elevadas y es
transportado allí.
En contraste, en la parte superior de la estratósfera, la intensidad de UV-C es mayor pero el aire es más ligero, por tanto, se produce relativamente poco ozono, ya que los átomos de oxígeno colisionan y reaccionan entre ellos, antes que con las pocas moléculas de O2 que existen intactas.
En consecuencia, la densidad del ozono alcanza un máximo allí donde es máximo el producto de la intensidad de UV-C y la concentración de O2. Esta máxima densidad del ozono tiene lugar a los 25 km de altura en zonas tropicales, 21 km sobre latitudes medias, y 18 km en las regiones subárticas.
En contraste, en la parte superior de la estratósfera, la intensidad de UV-C es mayor pero el aire es más ligero, por tanto, se produce relativamente poco ozono, ya que los átomos de oxígeno colisionan y reaccionan entre ellos, antes que con las pocas moléculas de O2 que existen intactas.
En consecuencia, la densidad del ozono alcanza un máximo allí donde es máximo el producto de la intensidad de UV-C y la concentración de O2. Esta máxima densidad del ozono tiene lugar a los 25 km de altura en zonas tropicales, 21 km sobre latitudes medias, y 18 km en las regiones subárticas.
8) Escribir la ecuación
de la reacción por la que el ozono se forma en la estratósfera.
La formación de ozono en la
estratosfera se puede representar mediante dos etapas:
a- Encima
de la estratosfera la, el aire es muy ligero y la concentración de las
moléculas es baja, debido a que las mismas se disocian a partir de los fotones
UV-C de la luz solar:
b-En la
estratosfera la intensidad de UV-C es mucho menor, el aire es más denso y la concentración
de oxígeno molecular es mayor, por tanto es de esperarse que los átomos de
oxígenos creados por la descomposición química colisionen con las moléculas de
oxígeno dando lugar a la formación del ozono:
Destrucción del ozono en la estratósfera
Reacciones no catalizadas
Junto al proceso de formación del ozono, tiene lugar también su
proceso de descomposición fotoquímica. El ozono absorbe radiación ultravioleta
(UV-C, UV-B) descomponiéndose:
Este proceso de descomposición fotoquímica es el
que le confiere a la capa de ozono su papel importantísimo como escudo
protector al absorber las radiaciones ultravioletas.
También algunos átomos de oxígeno reaccionan con
moléculas de ozono para destruirlas por conversión a oxígeno molecular:
Reacciones catalizadas
Las reacciones catalizadas ocurren teniendo en
cuenta el número de especies X (catalizadores)
que son capaces de reaccionar con ozono de forma eficiente mediante la
abstracción de un átomo de oxígeno de éste:
En estas regiones de la estratosfera, donde la
concentración de oxígeno atómico es apreciable, las moléculas de XO reaccionan
después con átomos de oxígeno para producir:
Una de las especies
responsables de la destrucción catalítica del ozono en la estratósfera es la
molécula radical libre de óxido nítrico NO. . esta se produce cuando
el óxido nitroso, N2O, se eleva desde la troposfera hasta la
estratósfera donde colisiona con un átomo de oxígeno excitado producido por la
producción fotoquímica de ozono. La mayor parte de estas colisiones producirán
N2 mas O2, pero pocas darán lugar a la reacción
siguiente:
Las moléculas de NO., producidas
destruyen el ozono catalíticamente mediante la sustracción de un átomo de
oxígeno del ozono, formando dióxido de nitrógeno, N2O.,
es decir actúan como X
Otro radical libre que actúa como catalizador en la
destrucción del ozono a altitudes estratosféricas muy altas (>45 Km) es el
radical libre OH. Se origina a partir de la reacción entre los
átomos de oxígeno excitados O* con moléculas de agua o de metano.
10) Definir el término
“sumidero” troposférico.
Se entiende por sumidero a “cualquier
proceso, actividad o mecanismo que absorbe un gas de efecto invernadero, un
aerosol o un precursor de un gas de efecto invernadero de la atmósfera”. Por lo
tanto un sumidero troposférico es aquel en el que dicha acción se desarrolla en
la tropósfera.
En las últimas décadas se descubrió que
muchos compuestos sintéticos no presentan un sumidero troposférico, es decir,
que no se descomponen por la oxidación de los gases atmosféricos, ni se
disuelven en el agua de lluvia, ni son atacados por radicales hidroxilo, ni se
descomponen fotoquímicamente por acción de la luz visible o la radiación UV-A.
Estos compuestos son muy estables químicamente por lo que vagan durante años
por la tropósfera, difundiéndose poco a poco a la estratosfera donde se rompen
por acción de la radiación UVC, pero pueden permanecer allí mucho tiempo, tal
es así que algunos pueden permanecer entre 50 y 100 años.
Entre estos compuestos están los conocidos clorofluorocarbonos (CFC’s), los cuales presentan sólo átomos de C, F y Cl en su constitución química. Así, compuestos como el CFCl3 (CFC-11) y el CF2Cl2 (CFC-12) se han empleado en la formación de espumas y como propelentes de aerosol en sprays. Otro de los CFC’s que son preocupantes desde el punto de vista ambiental es el CF2Cl—CFCl2 (CFC-113), utilizado como desengrasante.
Entre estos compuestos están los conocidos clorofluorocarbonos (CFC’s), los cuales presentan sólo átomos de C, F y Cl en su constitución química. Así, compuestos como el CFCl3 (CFC-11) y el CF2Cl2 (CFC-12) se han empleado en la formación de espumas y como propelentes de aerosol en sprays. Otro de los CFC’s que son preocupantes desde el punto de vista ambiental es el CF2Cl—CFCl2 (CFC-113), utilizado como desengrasante.
11) ¿Qué es la Unidad
Dobson?
La unidad Dobson (UD) es un parámetro de medida del
grosor de la capa de ozono que toma su nombre en honor a G. Dobson, uno de los
primeros científicos que investigó el ozono atmosférico. Una unidad Dobson
equivale a 0,01 mm de espesor del ozono en condiciones normales de presión y
temperatura (1 atm, 0°C). La concentración normal de ozono es de 350 UD. Se
cuantifica con el espectrómetro de Dobson, instrumento estándar utilizado para
medir el ozono desde la superficie; mide la intensidad de la radiación
ultravioleta en cuatro bandas distintas, dos de las cuales son absorbidas por
el ozono. Las unidades Dobson se utilizan para determinar las anomalías de la
capa de ozono.
12) Calcular la masa de ozono total presente en una columna de 1 dm3 de superficie terrestre.
13) ¿Qué significa smog fotoquímico? ¿Cuáles son los reactivos iniciales en el proceso?
El término smog combina las palabras fog
(niebla) y smoke (humo). Originariamente se aplicó este término a los episodios
de niebla que ocurrían en Londres que se caracterizaban por una niebla densa
que contenía partículas de polvo y dióxido de azufre. Este tipo de smog ocurría
en invierno y era una acumulación de los productos resultantes de la combustión
de los combustibles fósiles en las calefacciones de los hogares, en la
industria y en centrales eléctricas en condiciones meteorológicas adversas. La
principal característica del smog fotoquímico es su elevada concentración de
oxidantes, principalmente ozono y compuestos peróxidos, producidos por las
reacciones fotoquímicas.
Los episodios de smog fotoquímico son el principal proceso de producción de ozono troposférico. La manifestación más obvia del smog es la formación de neblina de un color amarillento-gris-parduzca, aerosol de baja humedad, que es debida a la presencia de aire de pequeñas gotas de agua que contienen productos de reacciones químicas, las cuales tienen lugar entre los contaminantes del aire. El smog tiene, a menudo, un olor desagradable debido a algunos de sus componentes gaseosos. Los productos intermedios y finales de las reacciones en el smog pueden afectar a la salud humana y pueden causar daño a las plantas, animales y algunos materiales.
Su origen son procesos fotoquímicos en los que intervienen los óxidos de nitrógeno e hidrocarburos emitidos de automóviles, las industrias petroleras, las tintorerías, etc. en áreas industriales, y los hidrocarburos emitidos por la vegetación en áreas rurales. Muchas áreas urbanas en el mundo, y áreas rurales cercanas a grandes metrópolis, sufren episodios de smog fotoquímico, durante los cuales se producen relativamente niveles altos de ozono a nivel del suelo, como resultado de reacciones inducidas por la luz entre los contaminantes primarios. El proceso de formación de smog fotoquímico involucra centenares de reacciones diferentes, que a su vez implican docenas de compuestos químicos actuando simultáneamente.
Los episodios de smog fotoquímico son el principal proceso de producción de ozono troposférico. La manifestación más obvia del smog es la formación de neblina de un color amarillento-gris-parduzca, aerosol de baja humedad, que es debida a la presencia de aire de pequeñas gotas de agua que contienen productos de reacciones químicas, las cuales tienen lugar entre los contaminantes del aire. El smog tiene, a menudo, un olor desagradable debido a algunos de sus componentes gaseosos. Los productos intermedios y finales de las reacciones en el smog pueden afectar a la salud humana y pueden causar daño a las plantas, animales y algunos materiales.
Su origen son procesos fotoquímicos en los que intervienen los óxidos de nitrógeno e hidrocarburos emitidos de automóviles, las industrias petroleras, las tintorerías, etc. en áreas industriales, y los hidrocarburos emitidos por la vegetación en áreas rurales. Muchas áreas urbanas en el mundo, y áreas rurales cercanas a grandes metrópolis, sufren episodios de smog fotoquímico, durante los cuales se producen relativamente niveles altos de ozono a nivel del suelo, como resultado de reacciones inducidas por la luz entre los contaminantes primarios. El proceso de formación de smog fotoquímico involucra centenares de reacciones diferentes, que a su vez implican docenas de compuestos químicos actuando simultáneamente.
14)Dé ejemplos de contaminantes
secundarios.
Los contaminantes secundarios se forman por las
reacciones entre los contaminantes primarios, catalizadas por la luz
ultravioleta que proviene del sol, entre los más importantes está el ácido
sulfúrico y el ácido nítrico, principales constituyentes de la lluvia ácida.
Se denomina "lluvia ácida" a la lluvia que tiene
importantes cantidades de ácido sulfúrico y ácido nítrico disueltos en sus
gotas. Ambos ácidos se obtienen al combinarse el trióxido de azufre (SO2)
y el dióxido de nitrógeno (NO2) con agua. Estos últimos se
forman, en general, por la combustión de combustibles fósiles (carbón, gas
natural, gas oil, petróleo) que por provenir de la descomposición de
materia orgánica (vegetal y animal), tienen pequeños porcentajes de azufre (S)
y nitrógeno (N) en su composición.
La combustión del S produce el dióxido:
La Naturaleza también hace su aporte de dicho óxido a través de
las erupciones volcánicas y cierto tipo de fuentes termales. El dióxido de
azufre se oxida transformándose a trióxido a través de varios procesos. Uno de
ellos es combinándose con el ozono presente en la atmósfera:
Este último óxido reacciona con el agua de la lluvia, generándose
ácido sulfúrico, el cual forma parte de la lluvia ácida.
El nitrógeno proveniente de los combustibles fósiles y del aire
utilizado en las combustiones genera óxidos nitrosos (NO):
Dicho óxido puede continuar oxidándose en presencia del oxígeno
atmosférico y luz ultravioleta.
El dióxido de nitrógeno (NO2) es un gas de color pardo
rojizo que reacciona con la humedad atmosférica y con el agua de lluvia
formándose ácido nítrico, compuesto que es otro componente importante de
la lluvia ácida.
15) ¿Cuáles
son las fuentes antropogénicas del SO2?
La mayor fuente antropogénica de dióxido de azufre es la derivada
de la combustión de combustibles fósiles, ya que el azufre es un elemento común
en los combustibles fósiles (carbón, petróleo), pues ambos proceden de seres
vivos y en su material proteico entra el azufre, el cual sobrevive a la
fosilización y aparece en el combustible ya como azufre elemental, ya formando
otros compuestos.
También se forma por la calcinación de los minerales (pirita) que
contienen sulfuros:
Se forma por la
refinación de petróleo, la producción de ácido sulfúrico y la de coque a partir
del carbón. Además se produce en la industria minero-metalúrgica, durante la
refinación de minerales que contienen sulfuros, como los del níquel, cobre,
plomo y mercurio. Una fuente menor de emisión de dióxido de azufre a la
atmósfera es la oxidación del ácido sulfhídrico el cual se forma por la
degradación microbiológica de la materia orgánica.
16)Definir el término aerosol. ¿Cuáles son los efectos biológicos del material particulado?
El término aerosol o partícula se utiliza a
veces indistintamente ya que los aerosoles atmosféricos se definen como
dispersiones de sustancias sólidas o líquidas en el aire.
Las propiedades
de los aerosoles que más afectan a los procesos de contaminación son el tamaño
de sus partículas, la forma y su composición química.
El tamaño de las
partículas oscila entre 10-1µm y 10+3µm, aunque existen algunas muy especiales
fuera de estos límites.
En la atmósfera
las partículas de tamaño inferior a 0,1 µm tienen un comportamiento similar al
de las moléculas. En su movimiento al azar se producen choques entre ellas
formando agregados de mayor tamaño en un proceso denominado de coagulación.
Las partículas
mayores de 1 µm tienen un comportamiento muy diferente al sufrir una significativa
deposición gravitacional, siendo por otra parte baja su tasa de coagulación.
Las partículas
menores de 10 µm tienden a formar
suspensiones mecánicamente estables en el aire que reciben el nombre de matena
en suspensión, permaneciendo en la atmósfera durante prolongados períodos de
tiempo, pudiendo ser trasladados a grandes distancias por la acción del viento.
Las partículas
mayores de 10 µm permanecen en suspensión en el aire durante períodos de tiempo
relativamente cortos como consecuencia de elevadas tasas de deposición
gravitacional, por lo que se las conoce como "materia sedimentable".
Sus efectos se acusan en las proximidades de las fuentes emisoras.
El tamaño de las
partículas es un factor muy importante en la determinación de los efectos que
producen y de los lugares que afectan, ya que de él depende tanto el tiempo de
permanencia en la atmósfera, como la facilidad de introducirse en las vías
respiratorias.
La forma de las partículas líquidas es esférica en la inmensa
mayoría de los casos, adoptando las sólidas formas muy variables como
rectangular (cuarzo y polvos minerales), astillada (polvo de cemento), laminar
(mica, bronce) y esférica (negro de humo, polen).
La composición química de las partículas varía mucho, dependiendo
fundamentalmente de su origen. Así, las partículas de polvo procedentes del
suelo contienen primariamente compuestos
de calcio, aluminio y silicio. El humo procedente de la combustión del carbón, petróleo, madera y
residuos domésticos, contienen muchos compuestos orgánicos, hallándose estos
también presentes en los polvos de insecticidas, así como en algunos productos
procedentes de la fabricación de alimentos y de la industria química.
En la combustión del carbón se liberan los elementos traza
contenidos en el mismo, entrando a formar parte de las partículas liberadas a
la atmósfera, generalmente en forma de óxidos.
Recientemente se está prestando mucha atención a la presencia de
metales traza en las partículas procedentes de combustiones, ya que muchos de
ellos son tóxicos y podrían producir serios riesgos para la salud si aumentaran
sus concentraciones en la atmósfera.
Las partículas penetran en el cuerpo humano, casi exclusivamente a través del sistema
respiratorio, dependiendo el efecto sobre el mismo del grado de penetración de las partículas en el
sistema respiratorio, que es función tanto de la granulometria como de la
toxicidad o composición química de las mismas.
Las partículas más perjudiciales son las de menor tamaño (<
0,5 µm), ya que pueden llegar a los
alveolos pulmonares, permaneciendo en ellos durante largo tiempo sin
eliminarse.
El efecto tóxico producido por las partículas que permanecen en
los pulmones, se puede manifestar de tres formas distintas:
- Partículas inertes por sí mismas que pueden interferir la eliminación de otras más tóxicas.
- Partículas que pueden transportar adsorbidas o absorbidas, moléculas de gases irritantes.
- Partículas que son intrínsecamente tóxicas.
Un posible efecto indirecto de las partículas depositadas en las
plantas es que contengan elementos nocivos para los animales que las ingieren.
Las partículas transportadas por el viento pueden causar una
amplia gama de daños sobre los materiales.
Los daños se producen como consecuencia de la deposición de las
partículas sobre los materiales, lo que obliga a frecuentes limpiezas que
debilitan los materiales, también producen y aceleran los procesos de corrosión
de los metales, especialmente en presencia de compuestos que contengan azufre.
La disminución de la visibilidad es otro de los efectos producidos por las partículas,
creando problemas evidentes, algunos de ellos riesgosos. La visibilidad se ve
reducida a causa de la dispersión de la luz producida por las partículas,
siendo las partículas de tamaño comprendido entre 0,1 y 1 µm de diámetro las
que actúan más eficazmente en la dispersión, pues su diámetro se aproxima a la longitud
de onda del espectro visible (de 0,4 a 0,8 µm).
Además de crear problemas de visibilidad, la contaminación por
partículas también disminuye la cantidad total de radiación solar que incide
sobre la superficie terrestre, al absorber parte de la radiación incidente y
dispersar otra parte hacia el espacio.
Se ha observado que la formación de niebla es más frecuente en las
ciudades que en el campo, a pesar de que en las ciudades la temperatura del
aire es más elevada y la humedad relativa más baja que en el campo. Este
fenómeno, explica porque en presencia de altas concentraciones de S02,
la formación de ácido sulfúrico por oxidación del S02 en la
superficie de las partículas de un ambiente húmedo, provoca la formación de
pequeñas gotas de niebla.
Se estima que en las zonas urbanas, como consecuencia de su mayor
contaminación por partículas en la atmósfera, reciben entre un 15 y 20 por
ciento menos de radiación solar total que en las zonas rurales, pudiendo llegar
esta reducción durante episodios de intensa contaminación al 30 por ciento.
Dos efectos potenciales se producen: por una parte un
oscurecimiento con pérdida de visibilidad y por otra una disminución de la
temperatura sobre la superficie de la tierra.
Bibliografía
- Colin Baird. Química Ambiental. Editorial Reverté S. A. Barcelona. 2001
- www.bvsde.ops-oms.org/bvstox/fulltext/toxico/toxico-02a9.pdf
- www.rinconsolidario.org/meteorologia/webs/dincircho.htm
- www.hera.ugr.es/tesisugr/15934214.pdf
- www.scienceinschool.org/print/2285
- www.books.google.com.ar/books?id=6sCJtvewgu8C&pg=PA566&lpg=PA566&dq=que+es+la+unidad+dobson&source=bl&ots=XDjFI0CK6e&sig=3eci7gwqo0P3htA9i9y8KMf_VCY&hl=es&sa=X&ei=6GBTUN7lJZHO8wTnl4C4Ag&ved=0CDUQ6AEwAQ#v=onepage&q=que%20es%20la%20unidad%20dobson&f=false
- www.api.eoi.es/api_v1_dev.php/fedora/asset/eoi:45259/componente45257.pdf?width=1000&height=700&inline=true
[1] Se
trata de una corriente impetuosa de aire, que se origina en el límite superior
de la troposfera debido al contraste térmico entre dos masas de aire. Tiene
forma aplanada y fluye entre los 7.000 y 15.000 m de altitud, mayor en verano
que en invierno. Puede alcanzar 500 km/h y a veces 600 km/h y hasta es probable
que sea mucho mayor.
