UNIVERSIDAD JUAREZ AUTONOMA DE TABASCO DIVISION ACADEMICA MULTIDISCIPLINARIA DE JALPA DE MENDEZ INGENIERIA PETROQUIMICA
Química Ambiental
MECANISMOS DE REACCIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS EN LA TROPÓSFERA.
ALUMNO: GABRIEL ALBERTO ALBERTO CASTELLANOS KETCHUM
2º SEMESTRE GRUPO “B”
CUNDUACÁN, TABASCO; TABASCO; 23 DE JUNIO DE 2015
LA TROPÓSFERA La troposfera o tropósfera es la capa de la atmósfera terrestre que está en contacto con la superficie de la Tierra. Tiene alrededor de 17 km de espesor en el ecuador terrestre y solo 7 km en los polos, y en ella ocurren todos los fenómenos meteorológicos que influyen en los seres vivos, como los vientos, la lluvia y las nieves. Además, concentra la mayor parte del oxgeno y del vapor de agua. !n particular este "ltimo act"a como un
podramos so&revivir. !s de vital importancia para los seres vivos. La troposfera es la capa más delgada del con'unto de las capas de la atmósfera. La temperatura en la troposfera desciende a ra(ón de aproximadamente ),* + por kilómetro de altura, por encima de los - metros de altura. La troposfera es la capa más &a'a de la atmósfera de la Tierra. La troposfera comien(a a nivel del suelo y su&e a una altura de 7 a - kilómetros /0 a 1- millas, ó - a )* pies2 so&re el nivel del mar. La mayor parte de la masa /cerca de 7*3452 de la atmósfera está en la troposfera. asi todos los estados del tiempo ocurren en esta capa. !l aire es más caliente en la parte inferior de la troposfera cerca del nivel del suelo. 6ás arri&a, el aire se enfra. La presión y la densidad del aire tam&i#n son menores en elevadas altitudes. La capa so&re la troposfera se llama la estratosfera. asi todo el vapor de agua y partculas de polvo de la atmósfera se encuentran en la troposfera. !s esto por lo que la mayora de las nu&es tam&i#n se encuentran en esta capa más &a'a. La parte inferior de la troposfera, 'usto so&re la superficie de la tierra, se llama la capa lmite. !n lugares donde la superficie de la Tierra tiene relieve /monta8as, &osques2 los vientos en la capa de lmite están me(clados. !n lugares con superficies lisas /so&re el agua o %ielo2 los vientos son más fluidos. Los vientos so&re la capa lmite no son muy afectados por las superficies. La troposfera se calienta desde a&a'o. La lu( del sol calienta la Tierra u oc#ano, lo que a su ve( irradia calor %acia el aire so&re ella. !ste aire caliente tiende a elevarse. !sto mantiene me(clado el aire de la troposfera. La parte superior de la troposfera es &astante fra. 9La temperatura all es de aproximadamente 3**: /3 )0: ;2< A medida que se su&e, el aire tam&i#n se %ace más ligero. !s por esto que los escaladores de monta8a a veces necesitan el oxgeno em&otellado para poder respirar. !l lmite entre la parte superior de la troposfera y la estratosfera /la capa so&re ella2 se llama tropopausa. La altura de la tropopausa depende de la latitud, estación, si es de da o de noc%e. erca del ecuador, la tropopausa tiene cerca de - kilómetros /1- millas ó )* pies2 so&re el nivel del mar. !n invierno, cerca de los polos, la tropopausa es muc%o más &a'a. Tiene cerca de 7 kilómetros /0 millas ó - pies2 de alto. La corriente de aire está de&a'o de la tropopausa. 9!ste ro de aire se despla(a a 0 km=%r /-* mp%2<.
Química Atmosférica en la Troposfera Terrestre uando piensas en qumica, es posi&le que pienses en me(clar lquidos de diferentes colores en tu&os de ensayo, o qui(ás pienses en una explosión... o en una s"&ita nu&e de %umo. >?a&as que muc%a qumica ocurre en la atmósfera@ ay gran cantidad de diferentes qumicos en el aire. !sos qumicos frecuentemente se com&inan entre s mediante reacciones qumicas, formando qumicos nuevos y diferentes. A esto se le conoce qumica atmosf#rica. La atmósfera de la Tierra tiene diferentes capas. La capa más &a'a se llama troposfera. Bosotros vivimos en la troposfera. !sta página explica todo so&re la qumica atmosf#rica en la troposfera. La mayora del gas de nuestra atmósfera es nitrógeno. Aproximadamente 0=* del aire es nitrógeno. Cero, >qu# %ay con el 1=* restante@ asi todo es oxgeno, lo que %ay en el aire que necesitamos respirar. Cero tam&i#n %ay peque8as cantidades de otros qumicos. >as escuc%ado %a&lar de los gases de invernadero@ !stos son los tipos de gases que atrapan el calor del ?ol en nuestra atmósfera. La Tierra sera muy fra si no tuvi#ramos gases de invernadero. !l dióxido de car&ono y el metano son dos gases de invernadero muy importantes. Algunos de los qumicos del aire provienen de la contaminación. uando en una fá&rica quemamos car&ón, o cuando consumimos gasolina en nuestros carros, estamos creando aire contaminado. Tanto el car&ón como el petróleo tienen sulfuro. uando son quemados se convierten en qumicos conocidos como óxidos de sulfuro. uando estos se me(clan con gotas de agua en el aire pueden convertirse en ácido sulf"rico. !stas gotas de ácido pueden caer al suelo en forma de lluvia ácida. Los carros y camiones tam&i#n emiten qumicos llamados óxidos de nitrógeno. Los óxidos de nitrógeno se com&inan con otros qumicos y dan origen al smog. !stos tam&i#n ayudan a formar el ácido ntrico, que es otro ácido de la lluvia ácida. La naturale(a tam&i#n %ace cosas que cam&ian la qumica de la troposfera. Los volcanes, rayos e incendios forestales agregan qumicos al aire, o cam&ian los ya existentes. La energa de la lu( solar puede %acer que ocurran reacciones qumicas, cam&iando un gas por otro. Algunos qumicos se mueven en ciclos a trav#s de la atmósfera, seres vivos y oc#anos. !l ciclo del car&ón y los ciclos del nitrógeno son dos ciclos importantes que cam&ian la qumica de la atmósfera. !sta ta&la /que damos a continuación2 descri&e algunos de los qumicos en la troposfera, y algunas de las reacciones qumicas que ocurren en el aireD
Químico
Fórmula
Fució ! la "uímica #ro$o%&'rica
Eióxido de ar&ón
F-
!l dióxido de car&ón es una especie de gas de invernadero. uando respiramos in%alamos oxgeno y ex%alamos dióxido de car&ono. Las plantas y algunos tipos de micro&ios usan dióxido de car&ono durante la fotosntesis para %acer alimentos. La quema de com&usti&les tam&i#n agrega dióxido de car&ono a la atmósfera.
6onóxido de car&ón
F uando las cosas se queman, generalmente se crea dióxido de car&ono. Algunas veces tam&i#n se crea monóxido de car&ono. !l monóxido de car&ono es un gas venenoso. Los volcanes y los motores de los carros y
camiones crean monóxido de car&ono.
idrocar&uros
xFy
6etano
0
!l Bitrógeno
Gxidos de Bitrógeno
Los %idrocar&uros son qumicos compuestos por átomos de %idrógeno y de car&ón. La quema de com&usti&les agrega cierta cantidad de %idrocar&uros al aire. Los %idrocar&uros contri&uyen con la formación del smog, que es un tipo de contaminación de aire.
!l metano es un tipo de gas de invernadero. La mayora de la atmósfera de la Tierra es nitrógeno. Aproximadamente, 0=* del aire está compuesto de nitrógeno. !l ciclo del nitrógeno explica Bcómo se mueve el nitrógeno alrededor del medio am&iente. uando %a y una com&ustión caliente de un com&usti&le, como ocurre en el motor de un carro, el nitrógeno se com&ina con oxgeno y forma óxidos nitrosos. Los óxidos de nitrógeno son un tipo de contaminación. La quema de com&usti&le, como la gasolina, forma óxidos de nitrógeno en el aire. La mayora de los óxidos de nitrógeno provienen de los carros y camiones. BF H BF!stos ayudan a crear al smog. Tam&i#n se me(clan con gotas de agua en el aire y dan origen al ácido ntrico. !l ácido ntrico es un ácido que forma parte de la lluvia ácida.
BF
!l ácido ntrico es parte de la lluvia ácida. !l ácido ntrico se forma cuando los óxidos de nitrógeno se me(clan con gotas de agua en el aire. Los óxidos de nitrógeno son una especie de contaminación que proviene de los motores de carros y camiones.
F- H F
Aproximadamente 1=* del gas de la atmósfera es oxgeno. uando respiras, tu cuerpo usa el oxgeno para mantenerte con vida. !l o(ono es un tipo especial de oxgeno que consta de tres átomos en ve( de dos.
-F* B
CAB es un tipo de contaminación del aire. !l smog contiene CAB. !l CAB se forma cuando el dióxido de nitrógeno, el oxgeno y los omponentes Frgánicos Jolátiles , /Jolatile Frganic ompounds, JF por sus siglas en Kngl#s2 se unen.
?mog
3
!l smog es una me(cla de %umo y nie&la. !l smog fotoqumico es un tipo de contaminación del aire. !ste contiene óxidos de nitrógeno, o(ono, JF, y CAB.
;otodisociación
3
uando un fotón de lu( solar descompone una mol#cula.
Gxidos de sulfuro
!l dióxido de sulfuro y el trióxido de sulfuro son tipos de contaminación. La %umanidad los produce cuando quema car&ón y petróleo. Los volcanes ?F- H ?F tam&i#n pueden emitir óxidos de sulfuro. !l dióxido de sulfuro se com&ina con gotas de agua existentes en el aire para crear al ácido sulf"rico. !l ácido sulf"rico está presente en la lluvia ácida
Icido Btrico
Fxgeno yF(ono
CAB /Bitrato Ceroxiacitilo2
de
Icido sulf"rico
-?F0
!l ácido sulf"rico se encuentra en la lluvia ácida. !l ácido sulf"rico se encuentra en el aire y se forma cuando el gas de dióxido de sulfuro se me(cla con gotas de agua. !l gas de dióxido de sulfuro proviene de los volcanes y de la quema de car&ón y petróleo que las personas usan como com&usti&le.
¿Qué son los compuestos orgánicos ompuesto orgánico o mol#cula orgánica es un compuesto qumico más conocido como micro mol#cula o estipula que contiene car&ono, formando enlaces car&ono3car&ono y car&ono3%idrógeno. !n muc%os casos contienen oxgeno, nitrógeno, a(ufre, fósforo, &oro, %alógenos y otros elementos menos frecuentes en su estado natural. !stos compuestos se denominan mol#culas orgánicas. Algunos compuestos del car&ono, car&uros, los car&onatos y los óxidos de car&ono, no son mol#culas orgánicas. La principal caracterstica de estas sustancias es que arden y pueden ser quemadas /son compuestos com&usti&les2. La mayora de los compuestos orgánicos se producen de forma artificial mediante sntesis qumica aunque algunos todava se extraen de fuentes naturales.
Las mol#culas orgánicas pueden ser de dos tiposD 6ol#culas orgánicas naturalesD son las sinteti(adas por los seres vivos, y se llaman &iomol#culas, las cuales son estudiadas por la &ioqumica y las derivadas del petróleo como los %idrocar&uros. 6ol#culas orgánicas artificialesD son sustancias que no existen en la naturale(a y %an sido fa&ricadas o sinteti(adas por el %om&re, por e'emplo los plásticos.
Lo% m!cai%mo% (! r!acció (! com$u!%#o% or)*ico% ! la #ro$ó%&!ra %o lo% %i)ui!#!%+ ,. R!accio!% (! alcao% - ra(ical!% al"uilo. Los alcanos son %idrocar&uros, es decir, que tienen solo átomos de car&ono e %idrógeno. La fórmula general para alcanos alifáticos /de cadena lineal2 es n-n-,1 y para cicloalcanos es n-n.- Tam&i#n reci&en el nom&re de %idrocar&uros saturados. arecen de grupos funcionales como el car&onilo /3F2, car&oxilo /3FF2, amida /3FBM2, etc. ?on compuestos de e /de a% el nom&re de %idrocar&uros2 de cadena a&ierta que están unidos entre s por enlaces sencillos /3 y 32.
?u fórmula emprica es n-n-, siendo n el n+ de car&onos. Los cuatro primeros tienen un nom&re sistemático que consiste en los prefi'os met3, et3, prop3, y &ut3 seguidos del sufi'o 3ano. Los demás se nom&ran mediante los prefi'os griegos que indican el n"mero de átomos de car&ono y la terminación 3ano.
Nadicales alquilo Los radicales alquilo son alcanos que %an cedido un %idrógeno en uno de sus car&onos primarios y tienen un electrón para compartir formando enlaces covalentes. Los más comunes sonD
Los radicales alquilo sustituyen a un %idrógeno de un %idrocar&uro y forman ramificaciones.
. R!accio!% (! al"u!o%. Los alquenos son %idrocar&uros insaturados que tienen uno o varios do&les enlaces car&ono3car&ono en su mol#cula. ?e puede decir que un alqueno es un alcano que %a perdido dos átomos de %idrógeno produciendo como resultado un enlace do&le entre dos car&onos. Los alquenos cclicos reci&en el nom&re de cicloalquenos. Antiguamente se les conoca como olefinas dadas las propiedades que presenta&an sus representantes más simples, principalmente el eteno, para reaccionar con %alógenos y producir óleos.
/. R!accio!% (! com$u!%#o% i#!rm!(io% (! Cri!)!!. !stos compuestos qumicos intermedios invisi&les, son potentes oxidantes de contaminantes tales como el dióxido de nitrógeno y el dióxido de a(ufre, generados por com&ustión, y pueden limpiar la atmósfera de forma natural. Los investigadores %allaron que los &irradicales de riegee reaccionan más rápidamente de lo que se pensa&a, y acelerarán la formación de sulfatos y nitrados en la atmósfera. !stos compuestos llevarán a la formación de aerosoles y, finalmente, a la formación de nu&es con el potencial de enfriar el planeta.
0. R!accio!% (! 1i(rocar2uro% arom*#ico% - (! com$u!%#o% or)*ico% o3i)!a(o%. ?on %idrocar&uros derivados del &enceno. !l &enceno se caracteri(a por una inusual esta&ilidad, que le viene dada por la particular disposición de los do&les enlaces con'ugados. On %idrocar&uro aromático o areno es un compuesto orgánico cclico con'ugado que posee una mayor esta&ilidad de&ido a la deslocali(ación electrónica en enlaces P. Cara determinar esta caracterstica se aplica la regla de Qckel /de&e tener un total de 0n-electrones P en el anillo2 en consideración de la topologa de
ciertas premisas, por e'emplo que los do&les enlaces resonantes de la mol#cula est#n con'ugados y que se den al menos dos formas resonantes equivalentes. La esta&ilidad excepcional de estos compuestos y la explicación de la regla de Qckel %an sido explicadas cuánticamente, mediante el modelo de partcula en un anillo. Friginalmente el t#rmino esta&a restringido a un producto del alquitrán mineral, el &enceno, y a sus derivados, pero en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos orgánicos$ el resto son los llamados compuestos alifáticos. !l exponente em&lemático de la familia de los %idrocar&uros aromáticos es el &enceno /))2, pero existen otros e'emplos, como la familia de anulenos, %idrocar&uros monocclicos totalmente con'ugados de fórmula general /2n.
ompuestos orgánicos oxigenados. Los compuestos oxigenados orgánicos son numerosos puesto que el átomo de oxgeno, dada su estructura, permite una gran variedad de enlaces y posi&ilidades de com&inación. ?eg"n sean los grupos funcionales en los cuales está presente el oxgeno, los compuestos oxigenados se clasifican en alco%oles /N F2, fenoles /Ar F2, alde%dos /N F2, cetonas /N F NR2, ácidos car&oxlicos /N FF2, #steres /N FFNR2 y #teres /N F NR2. Las propiedades de cada uno de estos grupos son totalmente diferentes y en este tema pretendemos dar "nicamente una introducción a algunos de ellos, destacando su nomenclatura, caractersticas y reacciones más importantes.
4. R!accio!% (! com$u!%#o% or)*ico% i#ro)!a(o% - 1alo)!a(o%. A6KBA?, A6KEA?, BKTNKLF? ,KENAKBA? A6KBA? ?e pueden considerar derivados del amoniacoD B . ?ustitución de alguno o todos los %idrógenos porD Nadical alquilo Nadical arilo. Cueden serD CrimariasD una sustitución ?ecundariasD dos sustituciones TerciariasD tres sustituciones
A 6 K E A ? Neacción de una ácido y una amina Cor reacción entreD Icido que pierde un F Amina que pierde un %idrógeno. B K T N K L F ? Eerivados del ácido cian%drico BKTNKLF? ?e consideran derivados del ácido cian%drico o cianuro de %idrógeno. ?e sustituye el %idrógeno porD Nadical alquilo. Nadical arilo. S B Ar S B$ N S B KENAKBA? ?on %idracinas los compuestos orgánicos que derivan de la %idracinaD B - 3B - !n ella se sustituyen uno o más átomos de %idrógeno por radicalesD Arilo Alquilo.
K6CFNTABKA. !l Bitrógeno /B2 'unto a otros elementos, como ar&ono, Fxgeno e idrógeno participan en la constitución de las mol#culas orgánicas fundamentales de la materia viva. !ntre los compuestos constituyentes del organismo, el B forma parte de un grupo de compuestos orgánicos de gran 'erarqua &iológica a los cuales están asignadas funciones muy importantes, como lo son las protenas y los nucledos. !ste elemento constituye por s solo el 5 del peso corporal por eso es de vital importancia.
ompuestos orgánicos %alogenados. ?on sustancias qumicas orgánicas que contienen uno ó varios átomos de un elemento %alógeno /generalmente cloro, aunque existen compuestos formados con &romo e odo2. Cueden ser sustancias simples y volátiles como es el caso del triclorometano /cloroformo2, ó mol#culas orgánicas comple'as como las dioxinas y los furanos, que pueden presentar gran variedad de propiedades fsicas.
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