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.
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:
9) Escribir por lo menos dos reacciones (catalizadas y no catalizadas) que
contribuyan más significativamente a la destrucción del ozono en la
estratósfera.
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.
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.
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.
Las investigaciones referentes a los efectos de las partículas
sobre las plantas, son relativamente escasas; no obstante, de estudios
específicos se ha comprobado que el polvo forma una capa sobre las hojas
interfiriendo la fotosíntesis de la planta, impidiendo parcialmente la penetración
de la luz solar necesaria, lo que inhibe el crecimiento de las plantas.
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
