CONTAMINANTES GASEOSOS EN LA ATMÓSFERA Los contaminantes gaseosos son, sin duda los que han merecido un estudio en profundidad. Existen infinidad de gases que se liberan a la atmósfera y que pueden ser calificados como contaminantes. Estos gases se pueden clasificar como derivados de sus elementos más característicos, así pues tenemos compuestos derivados del carbono, azufre, nitrógeno etc. También se puede clasificar a los contaminantes como primarios o secundarios.
Contaminantes atmosféricos primarios y secundarios . Los contaminantes primarios son los que se emiten directamente a la atmósfera como el dióxido de azufre SO 2, que daña directamente la vegetación y es irritante para los pulmones. Los contaminantes secundarios son aquellos que se forman mediante procesos químicos atmosféricos que actúan sobre los contaminantes primarios o sobre especies no contaminantes en la atmósfera. Son importantes contaminantes secundarios el ácido sulfúrico, SO 4H2, que se forma por la oxidación del SO 2, el dióxido de nitrógeno NO 2, que se forma al oxidarse el contaminante primario NO y el ozono, O 3, que se forma a partir del oxígeno O 2. Las principales causas de la contaminación del aire son: Emisiones del transporte urbano (CO, CnHn, NO, SO 2, Pb) Emisiones industriales gaseosas (CO, CO 2, NO, SOx) Basurales (metano, malos olores) Quema de basura (CO2 y gases tóxicos) Incendios forestales (CO 2) Derrames de petróleo (Hidrocarburos gaseosos) Corrientes del aire y relación presión/temperatura Ahora detallaremos y estudiaremos con más calma estos contaminantes.
Contaminantes primarios: Dióxido de carbono (CO 2 ): también denominado, gas carbónico y
anhídrido carbónico, es un gas cuyas moléculas están compuestas por dos átomos de oxígeno y uno de carbono. Su fórmula química es CO 2. Forma parte de la composición de la tropósfera (capa de la atmósfera más próxima a la Tierra) actualmente en una proporción de 350 ppm. (Partes por millón).
Fuente de obtención: La mayor parte del CO 2 se produce en la respiración de las biocenosis (lo vivo) y, sobre todo, en las combustiones de productos fósiles (petróleo y carbón), el CO2 es un componente del aire es utilizado por los vegetales en la fotosíntesis. Aplicaciones: Se utiliza como agente extintor eliminando el oxígeno para el fuego. En Industria Alimentaria, se utiliza en bebidas carbonatadas para darles efervescencia. Impacto en la sociedad: La concentración de CO2 en la atmósfera está aumentando de forma constante debido al uso de carburantes fósiles como fuente de energía y es teóricamente posible demostrar que este hecho es el causante de producir un incremento de la temperatura de la Tierra - efecto invernadero- La amplitud con que este efecto puede cambiar el clima mundial depende de los datos empleados en un modelo teórico, de manera que hay modelos que predicen cambios rápidos y desastrosos del clima y otros que señalan efectos climáticos limitados. La reducción de las emisiones de CO 2 a la atmósfera permitiría que el ciclo total del carbono alcanzara el equilibrio a través de los grandes sumideros de carbono como son el océano profundo y los sedimentos. La contaminación por CO2 en la atmósfera es evidente que no sólo tiene efectos sobre el clima, sino que está íntimamente relacionada con muchos tipos de enfermedades como muertes atribuidas a EPOC (enfermedad pulmonar obstructiva crónica), enfermedad reumática del corazón, cáncer de tipo pulmonar, estomacal y de úlcera péptica y enfermedades respiratorias como la neumonía. Científicos de la Universidad de Birmingham han analizado en un reciente estudio las tasas de muerte por neumonía y los niveles de contaminación en 352 municipios del país de 1996 a 2004, observando en sus conclusiones que el efecto contaminación tiene una relación directa con este tipo de enfermedades. Posibles
soluciones: El Estado debe preocuparse del problema de la contaminación, dando leyes severas, controlando su cumplimiento y sancionando a los transgresores. El problema ambiental es un problema que afecta al bien común y a la calidad de la vida, y, en consecuencia, no puede quedar al libre albedrío de las personas. El bien común es una responsabilidad del Estado como representante del bienestar de todos los ciudadanos. Sin más en los últimos años se ha registrado un gran incremente de CO 2 en la parte más alta y densa de la atmósfera, ocasionando el debilitamiento de la capa de ozono, formando un agujero que va en crecimiento, lo que se hizo fue reducir la locomoción de automóviles de un 1 a un 30% en Inglaterra.
M onóxido
de carbono: también denominado gas carbonoso y anhídrido
carbonoso cuya fórmula química es CO, es un gas inodoro, incoloro, inflamable y altamente tóxico. Puede causar la muerte cuando se respira en niveles elevados.
Fuente de obtención: Se produce por la combustión incompleta de sustancias como gas, gasolina, keroseno, carbón, petróleo, tabaco o madera. Las chimeneas, las calderas, los calentadores de agua o calefones y los aparatos domésticos que queman combustible, como las estufas u hornallas de la cocina o los calentadores a kerosín, también pueden producirlo si no están funcionando bien. Los vehículos detenidos con el motor encendido también lo despiden. También se puede encontrar en las atmósferas de las estrellas de carbono. Aplicaciones: La aplicación más importante del CO en la industria involucra su reacción con vapor a temperatura elevada para obtener "syngas" el que se utiliza, por ej. Para producir metanol. El monóxido de carbono también su usa en la reducción de óxidos para separar los metales puros pero, en general, en muy pequeña escala. Impacto en la sociedad: Si se respira, aunque sea en moderadas cantidades, el óxido de carbono (II) puede causar la muerte por envenenamiento en pocos minutos porque sustituye al oxígeno en la hemoglobina de la sangre. Una vez respirada una cantidad bastante grande de óxido de carbono (II) (teniendo un 75% de la hemoglobina con óxido de carbono (II)) la única forma de sobrevivir es respirando oxígeno puro. Cada año un gran número de personas pierde la vida accidentalmente debido al envenenamiento con este gas. Las mujeres embarazadas y sus bebés, los niños pequeños, las personas mayores y las que sufren de anemia, problemas del corazón o respiratorios pueden ser mucho más sensibles al óxido de carbono (II). Los efectos son los siguientes: CONCENTRACIÓN EN AIRE
EFECTO
55 mg/m3 (50 ppm)
TLV-TWA
0,01 %
Exposición de varias horas sin efecto
0,04 - 0,05 %
Exposición una hora sin efectos
0,06 - 0,07 %
Efectos apreciables a la hora
0,12 - 0,15 %
Efectos peligrosos a la hora
3
165 mg/m (1500 ppm)
IPVS
0,4 %
Mortal a la hora
Posibles
soluciones: La solución más satisfactoria a largo plazo para reducir la contaminación del aire puede ser la eliminación de los combustibles fósiles y, en última instancia, la sustitución de la combustión interna de los motores. Para estos fines se han reunido en los Estados Unidos, Japón y Europa para desarrollar fuentes alternativas de energía, así como diferentes tipos de motores de transporte, tal vez alimentándose por electricidad o vapor. Un sistema de subsidios de la contaminación sobre la base de comercio de derechos de emisión se ha establecido en los Estados Unidos en un intento de utilizar el mercado libre a recompensar la reducción de la contaminación, y la venta internacional de los excedentes de derechos de emisión esté permitida por el Protocolo de Kyoto. Otras soluciones propuestas incluyen la electricidad y el aumento de las tasas de la gasolina a fin de reflejar mejor los costos ambientales para desalentar el despilfarro y la ineficiencia, mecánica y los controles de carbón extraído de las plantas. Es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es CH4. Constituye hasta el 97% del gas natural. En las minas de carbón se le llama grisú y es muy peligroso ya que es fácilmente inflamable y explosivo. El metano es un gas de efecto invernadero relativamente potente que contribuye al calentamiento global del planeta Tierra ya que tiene un potencial de calentamiento global de 23. Esto significa que en una media de tiempo de 100 años cada kg de CH 4 calienta la Tierra 23 veces más que la misma masa de CO 2, sin embargo hay aproximadamente 220 veces más dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra que metano por lo que el metano contribuye de manera menos importante al efecto invernadero. M etano:
Fuente de obtención: Los orígenes principales de metano son: -
Descomposición de los residuos orgánicos por bacterias. Fuentes naturales (pantanos): 23%. Extracción de combustibles fósiles: 20% (el metano tradicionalmente se quemaba y emitía directamente. Hoy día se intenta almacenar en lo posible para reaprovecharlo formando el llamado gas natural). Los procesos en la digestión y defecación de animales. 17%. (Especialmente del ganado). Las bacterias en plantaciones de arroz: 12%. Digestión anaeróbica de la biomasa. Materia viva vegetal: (Se ha descubierto que plantas y árboles emiten grandes cantidades de gas metano).
El 60% de las emisiones en todo el mundo es de origen antropogénico. Proceden principalmente de actividades agrícolas y otras actividades humanas. La concentración de este gas en la atmósfera se ha incrementado de 0,8 a 1,7 ppm, pero se teme que lo haga mucho más a medida que se libere, al aumentar la temperatura de los océanos, el que se encuentra almacenado en el fondo del Ártico.
Aplicaciones: El metano es importante para la generación eléctrica ya que se emplea como combustible en las turbinas de gas o en generadores de vapor. Si bien su calor de combustión, de unos 802 kJ/mol, es el menor de todos los hidrocarburos, si se divide por su masa molecular (16 g/mol) se encuentra que el metano, el más simple de los hidrocarburos, produce más cantidad de calor por unidad de masa que otros hidrocarburos más complejos. En muchas ciudades, el metano se transporta en tuberías hasta las casas para ser empleado como combustible para la calefacción y para cocinar. En este contexto se le llama gas natural. En la ciudad de Bogotá, Colombia el gas natural es empleado como combustible alterno por varios vehículos de transporte público como taxis. En la industria el metano es utilizado en procesos químicos industriales y puede ser transportado como líquido refrigerado (gas natural licuado, o GNL). Mientras que las fugas de un contenedor refrigerado son inicialmente más pesadas que el aire debido a la alta densidad del gas frío, a temperatura ambiente el gas es más ligero que el aire. Los gasoductos transportan grandes cantidades de gas natural, del que el metano es el principal componente. En la industria química, el metano es la materia prima elegida para la producción de hidrógeno, metanol, ácido acético y anhidro acético. Cuando se emplea para producir cualquiera de estos productos químicos, el metano se transforma primero en gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, mediante reformación por vapor. En este proceso, el metano y el vapor reaccionan con la ayuda de un catalizador de níquel a altas temperaturas (700 -1.100 °C).
Impacto en la sociedad: El metano no es tóxico. Su principal peligro para la salud son las quemaduras que puede provocar si entra en ignición. Es altamente inflamable y puede formar mezclas explosivas con el aire. El metano reacciona violentamente con oxidantes, halógenos y algunos compuestos halogenados. El metano es también un asfixiante y puede desplazar al oxígeno en un espacio cerrado. La asfixia puede sobrevenir si la concentración de oxígeno se reduce por debajo del 19,5% por desplazamiento. Las concentraciones a las cuales se forman las barreras explosivas o inflamables son mucho más pequeñas que las concentraciones en las que el riesgo de asfixia es significativo. Si hay estructuras construidas sobre o cerca de vertederos, el metano despedido puede penetrar en el
interior de los edificios y exponer a los ocupantes a niveles significativos de metano. Algunos edificios tienen sistemas por debajo de sus cimientos para capturar este gas y expulsarlo del edificio. En cuanto a otro efecto de este, el metano es un gas de efecto invernadero muy importante en la atmósfera de la Tierra con un potencial de calentamiento de 23 sobre un período de 100 años. Esto implica que la emisión de una tonelada de metano tendrá 23 veces el impacto de la emisión de una tonelada de dióxido de carbono durante los siguientes cien años. El metano tiene un gran efecto por un breve período (aproximadamente 10 años), mientras que el dióxido de carbono tiene un pequeño efecto por un período prolongado (sobre los 100 años). Debido a esta diferencia en el efecto y el periodo, el potencial de calentamiento global del metano en un plazo de 20 años es de 63. La concentración de metano en la atmósfera ha aumentado durante los últimos cinco mil años. La explicación más probable de este aumento continuado reside en las innovaciones asociadas al comienzo de la agricultura, sobre todo probablemente al desvío de los ríos para el riego del arroz. Posibles
soluciones: El principal mecanismo de eliminación de metano de la atmósfera es mediante la reacción con el radical hidroxilo, el cual se forma por el bombardeo de los rayos cósmicos sobre las moléculas de vapor de agua. CH4+ ·OH ·CH3+ H2O Esta reacción en la troposfera da al metano una vida de 9,6 años. Dos sumideros más son el suelo (160 años de vida) y la pérdida estratosférica por la reacción con los elementos químicos ·OH, Cl y O (¹D) en la estratosfera (120 años vida), dando lugar a una vida neta de 8,4 años. Clorofluorocarburo (CFC): El clorofluorocarburo, clorofluorocarbana o
clorofluorocarbonados (denominados también CFC, papa ajja magia).
Fuente de obtención: Su principal obtención es a través de sus antecesores los hidrocarburos, ya que se derivan de estos últimos, al obtenerse mediante la sustitución de átomos de hidrógeno por átomos de flúor y/o cloro principalmente debido a su alta estabilidad fisicoquímica y su nula toxicidad. Aplicaciones: Fueron introducidos a principios de la década de los años 1930 por ingenieros de General Motors, para sustituir materiales peligrosos como el dióxido de azufre y el amoníaco.
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Utilizados en los sistemas de refrigeración y de climatización por su fuerte poder conductor, son liberados a la atmósfera en el momento de la destrucción de los aparatos viejos. Utilizados como propelente en los aerosoles, una parte se libera en cada utilización. Los aerosoles utilizan de ahora en adelante otros gases sustitutivos, como el CO 2.
Impacto en la sociedad: Desde los años 1960, se ha demostrado que los clorofluorocarbonos (CFC, también llamados "freones") tienen efectos potencialmente negativos: contribuyen de manera muy importante a la destrucción de la capa de ozono en la estratosfera, así como a incrementar el efecto invernadero. El mecanismo a través del cual los CFC atacan la capa de ozono es una reacción fotoquímica: al incidir la luz sobre la molécula de CFC, se libera un átomo de cloro con un electrón libre, denominado radical cloro, muy reactivo y con gran afinidad por el ozono, que rompe la molécula de este último. La reacción es catalítica; se estima que un solo átomo de cloro destruye hasta 30.000 moléculas de ozono. El CFC permanece durante más de cien años en las capas altas de la atmósfera, donde se encuentra el ozono. Posibles
soluciones: La fabricación y el empleo de CFC fueron prohibidos por el protocolo de Montreal, debido a que los CFC destruyen la capa de ozono. Sin embargo, la producción reciente de CFC tendrá efectos negativos sobre el medio ambiente por las próximas décadas.
