Bloque
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Al terminar el bloque podrás: Fundamentar opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología química en la contaminación ambiental y proponer estrategias de prevención de la contaminación del agua y del aire.
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Contaminación del aire, del agua y del suelo Competencias a desarrollar Habilidades Ha
Conocimientos • • • • •
Describe el origen de la contami contamina naci cióón del el agua, aire y suelo. Identifica Identi Ident i ca los contaminantes contaminantess an contaminante antro ropopogénicos primarios y secun secunda darios. rios. Identifica Identi Ident i ca las reacciones químicas químicas involucradas volucra volucr a as en la contaminación contaminació contam inaciónn del el aire, agua y suelo. Describe la inversión térmica, el esmog es mog y la lluvia ácida. Identifica Identi Ident i ca los contaminantes contaminantess del agua contaminante dee uso industrial y urbano.
• • • • • •
Esta le Establece Esta lece ce diferencias ifer if er entre los distintos dis tintos tipos de conta contaminantes del aire, agua y suelo y sus rep repercusiones. re ppercusiones. Determina las características de lo l os concontaminantes pri primarios y secu secunnda darios. rios. Problematiza Pro Pr o le lema mati tiza za acerca de las reac re acci cioones químicas quí micas que ppropician la contaminación contaminación del aire, agua y suelo. Analiza las formas for de prevenir la producción duc ción de contaminantes co que afectan al aire, aire, agua y suelo. suelo. Sustenta el impacto im que tienen la inverin verssión ó n ttérmica, ón érm ca c a eel esmog y la lluvia ácida áci da en su medio ambiente. Elabora un plan de descripción de los contaminantes del agua de uso industrial y urbano.
Indicadores de desempeño • •
• •
• •
Actitudes y valores • • •
Muestra responsabilidad para contricon tribuir al cuidado del medio ambien ambiente. te. Asume su compromiso para pro pr omover en su entorno la prevención de la contaminación ambiental. Propone (maneras de) alternativas para pa ra prevenir la contaminación ambiental.
Evidencias de aprendizaje
Explica el origen de la contaminación del agua, aire y suelo utilizando ejemplos de su entorno. A partir de las reacciones químicas involucradas en la formación ma ción de los contaminantes secundarios, de la lluvia ácida, de la contaminación del agua y del suelo, efectúa cálculos estequiométricos para dimensionar su impacto. Argumenta sobre los problemas de contaminación en su entorno y propone medidas para su disminución y/o preven prevenci ción. ón. Explica trabajando en equipo el proceso que se lleva a cabo para la formación del efecto invernadero y los fenómenos atmosféricos at mosféricos que influyen en la contaminación del agua, aire y suelo. Participa en acciones concretas para prevenir la contaminación a nivel de su comunidad escolar o social. Elabora un diagrama de árbol sobre los usos del agua, sus principales fuentes de contaminación industriales y urbanas.
• • • • • • • •
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Reporte de investigación acerca de los contaminantes de su localidad. Lista de contaminantes que afectan a su medio m edio ambiente. Cuadro sinóptico en el que enlista los contaminantes primarios y secundarios así como los problemas que generan. Cuestionario que integre los problemas que afectan al medio ambiente e identifique las reacciones químicas. Reporte de investigación de campo en la que entrevista a per personas sonas de la comunidad para conocer la percepción de los problemas ambientales y recaba propuestas para prevenirlas o eliminarlas. Textos, mapas y redes conceptuales formados por conceptos sobre la inversión térmica, el esmog y la lluvia ácida. Carteles, trípticos o magnetógrafos con textos alusivos al cuidado ambiental. Diagrama de árbol.
Todas las actividades del ser humano, incluso las más normales y cotidianas, causan contaminación: cuando usamos aparatos electrodomésticos, medios de transporte, medicinas, productos de limpieza e higiene personal, directa o indirectamente se producen sustancias que contaminan el aire. La principal fuente de esta contaminación es el uso de combustibles fósiles como gasolina, diesel, combustóleo, carbón y gas natural, que son empleados como energéticos industriales y de transporte; por ejemplo, en México se liberan a la atmósfera más de 16 millones de toneladas de contaminantes en forma de gases, humo y hollín. En este bloque, abordaremos desde el punto de vista químico la contaminación y los fenómenos ambientales (como el de la lluvia ácida), para comprender los cambios involucrados en el deterioro de nuestro entorno y proponer alternativas de solución.
¿TÚ qué
dices? • •
¿Cómo le quitarías el cascarón a un huevo crudo, sin romperlo? Coméntalo con tu grupo. Haz este experimento. Coloca el huevo en un vaso de vidrio y llénalo con vinagre. Observa lo que ocurre y anótalo sobre las líneas. Después de dos días frótalo suavemente y anota que sucede.
Después de dos días
Seguramente, en el paso anterior notaste que el cascarón se desprende como si fuera arena. El cascarón está formado por carbonato de calcio (CaCO3), que reaccionó con el ácido acético del vinagre (CH3COOH). La producción de burbujas se debe al dióxido de carbono gaseoso (CO2) que se produce en la reacción. La ecuación química de la reacción es la siguiente: 2CH3COOH + CaCO3 •
Æ
Ca(CH3COO)2 + CO2 + H2O
La cantera, el mármol y otros materiales de construcción están compuestos por carbonatos bo natos como el del cascarón de huevo. En tu opinión, ¿habrá alguna relación entre el efecto que la lluvia ácida produce en estos materiales y lo que observaste con el cascarón de huevo? Anota tus ideas en seguida.
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Contam in aci ón AM BI ENTAL Es un hecho que el ambiente en la Tierra siempre ha estado en cambio continuo; sin embargo, se ha descubierto que durante el último siglo esta variación ha alcanzado dimensiones anormales debido, principalmente, a las diversas actividades del ser humano, las cuales han generado afectaciones en la vida del planeta.
te con el calentamiento global que experimenta nuestro planeta por la emisión de contaminantes. Debido a esto, la comunidad científica internacional ha concentrado sus esfuerzos en estudiar este fenómeno y establecer medidas para controlarlo, ya que consideran que pone en riesgo el futuro del planeta. Los estudios han arrojado evidencias de que el incremento en la emisión de contaminantes a partir de la Revolución Industrial ha afectado directamente al ambiente.
El acelerado crecimiento poblacional y el desarrollo tecnológico han provocado desequilibrios en el ambiente debido a la utilización de más recursos naturales y al aumento de gases nocivos, entre otros factores, atentando contra la naturaleza.
Para evitar que nuestro planeta continúe deteriorándose, es necesario que el ser humano pueda conciliar el desarrollo Uno de los efectos de la modificación del ambiente es el cambio tecnológico y el cuidado del entorno, por medio del uso climático, que los científicos han relacionado directamen- racional de los recursos renovables y no renovables. La contaminación ambiental es la presencia en el ambiente de agentes físicos, químicos, biológicos o nucleares, en cualquier forma y concentración tales que alteren el equilibrio natural del planeta y resulten nocivos para la salud, la higiene o el bienestar de los seres vivos.
Existen dos fuentes de contaminación: las naturales, que corresponden a manifestaciones del medio, y las antropogénicas, ocasionadas por las actividades del ser humano (cuadro 1). Cuadro 1. Origen de la contaminación Natural
Antropogénica
Erupciones volcánicas
Desechos industriales
Polvo
Desechos comerciales
Incendios forestales
Desechos domésticos
Erosión
Desechos agrícolas y ganaderos
Huracanes y ciclones
Desechos radiactivos
Terremotos
Combustión incompleta de los hidrocarburos
Tormentas de arena
Incendios forestales provocados por el hombre
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PON TE ma e n f o r la r tir de ella se incremen tó pa a é qu r po n ció ua tin n a a co volución Indus trial y e xplic Re la ue é f qu a tig s ve In 1. . emisión de con taminan tes
dida en el aire; deen sp su a nic lcá vo iza cen origen: ola; inan tes de acuerdo con su tam con tes n os; pes ticidas en suelo agríc uie tan n sig pa los los a en s ido uc 2. Clasi fic od pr ua de un río; gases noci vos a; pañales desechables en pid tam es a un r po da tergen tes presen tes en el ag na igi l vo or o. do en un lago; nube de po tan o o fl tic s plá ten sus respues tas en grup en de es com vas ar, en in rm te Al . ón ici imales en descompos la vía pública; plan tas y an An tropogénicos Na turales
o y a. Enlís talas en tu cuadern nic gé po tro an ón aci in tam con iden ti fica o tras fuen tes de 3. Obser va tu en torno e ñeros y pro fesor. comén talas con tus compa
Las fuentes de emisión de los contaminantes tienen un origen físico o geográfico, éste corresponde al sitio donde se inicia la liberación del contaminante. Tradicionalmente, el ambiente se ha dividido para su estudio e interpretación en tres componentes: aire, agua y suelo. A continuación, emplearemos estas categorías para analizar el fenómeno de la contaminación; sin embargo, es necesario destacar que en realidad la mayoría de los contaminantes afecta a más de uno de estos componentes.
Contaminación del aire La palabra atmósfera deriva de los términos griegos atmos que significa “aire” y sfaira, “esfera”. La atmósfera es una capa que rodea a la Tierra, con un espesor de 10 000 km, aproximadamente. En ella se forman y producen todos los fenómenos meteorológicos y climáticos; además, regula el intercambio de energía (como el calor y las radiaciones) entre el espacio exterior y la Tierra.
Una de las causas de la contaminación del aire son las emisiones de gases industriales.
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La atmósfera es una mezcla de gases y partículas sólidas y líquidas. Su composición exacta varía dependiendo de la presión y la altura a la que se mida; pero, en general, entre los gases que la integran está el oxígeno, el nitrógeno y otros. Se denomina aire a la mezcla de gases que conforman la atmósfera; en el cuadro 2 se muestra su composición.
Cuadro 2. Composición del aire Gas Composición (%)
Como mencionamos al inicio, todas las actividades humanas causan contaminación del aire, pero la principal fuente de ésta se debe a la quema de combustibles fósiles.
N2
78.08
O2
20.94
Ar
0.93
CO2
0.03
Otros
0.02
Los contaminantes atmosféricos son sustancias que, en condiciones naturales, se encuentran en niveles bajos de concentración, pero al incrementarse provocan efectos nocivos en el ambiente, afectando a las plantas, los animales y el ser humano.
P O NT E e n f o r ma 4. El esquema siguiente r epr esenta el or igen de las pr incipales f dib
u ja en los r ecuadr os lo que se in
uentes de contaminación del air e. dica en la ley enda super ior . Al ter minar , ex plí caselo a un comp Analí zalo y añer o.
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En el siguiente esquema se sintetiza la clasificación de los contaminantes del aire. Contaminantes se dividen en
Óxidos de carbono
Óxidos de nitrógeno
Primarios
Secundarios
como
como
Óxidos de azufre
Hidrocarburos
Partículas suspendidas
Ozono Nitrato de peroxiacilo (PANs)
Ácidos Compuestos de carbono
PARA SABER MÁS...
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Podrás acompañar este tema con una interesante lectura en: http://bibliotecadigitalilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/159/htm/gasolina.htm en donde encontrarás el libro Usos y abusos de las gasolinas de Isaac Schifter y Esteban López Salinas.
Contaminantes primarios Los contaminantes primarios son consecuencia de procesos naturales o de la actividad humana y se incorporan directamente a la atmósfera. Éstos son: Monóxido de carbono (CO): se produce por la combustión incompleta de hidrocarburos o sustancias que contienen carbono (como el metano), durante la quema de combustibles fósiles o en los incendios forestales. El CO es un gas incoloro e inodoro. Es altamente tóxico, porque reacciona con la hemoglobina de la sangre limitando el transporte de oxígeno; en altas concentraciones resulta mortal. A continuación, se presentan las ecuaciones químicas que resumen la generación de este gas por la combustión del metano (CH4) y del carbono:
El monóxido de carbono es un producto de la combustión de la madera.
60
Combustión incompleta del carbono
2C + O2
Æ
2CO
Combustión incompleta del metano 2CH4 + 3O2
Æ
2CO + 4H2O
Dióxido de nitrógeno (NO2): es un gas de color café rojizo y olor picante. En la actividad humana, se forma por la quema de combustibles fósiles (especialmente en los vehículos de combustión interna) y en las plantas generadoras de energía eléctrica; naturalmente, se produce durante las tormentas eléctricas. Provoca afectaciones en los pulmones e irritación de los ojos; además, disminuye la capacidad de transporte de oxígeno en la sangre. Combinado con los hidrocarburos presentes en la atmósfera, produce el esmog fotoquímico (que estudiarás un poco más adelante). Al reaccionar con el vapor de agua, forma ácido nítrico, que es parte de la lluvia ácida. El monóxido de nitrógeno (NO) se forma de la reacción entre el nitrógeno y el oxígeno del aire a altas temperaturas: N2 + O2
Æ
NO
Cuando el monóxido de nitrógeno (NO) se combina con más oxígeno da lugar al dióxido de nitrógeno (NO 2): 2NO + O2
Æ
2NO2
El ácido nítrico (HNO3) se forma cuando el dióxido de nitrógeno (NO 2) reacciona con el vapor de agua: 3NO2 + H2O
Æ
2HNO3 + NO
Como puedes ver, el subproducto de esta reacción es una nueva molécula de monóxido de nitrógeno (NO) que puede oxidarse para continuar el ciclo. Dióxido de azufre (SO2): es un gas incoloro y de olor picante; se forma en la quema de combustibles fósiles (entre ellos gasolina, combustóleo y carbón), así como en algunos procesos industriales y, de manera natural, en las erupciones volcánicas. Tiene numerosos efectos en la salud, entre ellos están que provoca daños pulmonares, irritación en ojos y piel, destrucción del esmalte de los dientes y enfermedades como asma, enfisema pulmonar, fatiga y catarro crónico. Al reaccionar con el agua, origina el ácido sulfúrico, uno de los principales responsables de la lluvia ácida. La ecuación de formación de dióxido de azufre es la siguiente: S + O2
Æ
SO2
Al reaccionar con el oxígeno del aire, esta sustancia forma trióxido de azufre (SO3): 2SO2 + O2
Æ
2SO3
El dióxido de azufre se libera a la atmósfera en las emanaciones de volcanes como el Popocatépetl. 61
A su vez, éste produce ácido sulfúrico, al reaccionar con el vapor de agua: SO3 + H2O
Æ
H2SO4
Hidrocarburos: son compuestos orgánicos en estado gaseoso; se producen por la quema incompleta de combustibles fósiles, así como en el procesamiento y la distribución de productos derivados del petróleo. Partículas suspendidas totales (PST): son partículas sólidas o líquidas de tamaño microscópico que se hallan dispersas en la atmósfera (como polvo, arena, cenizas, asbesto, metales, polen, microorganismos y algunos otros materiales), cuyo diámetro se encuentra entre 0.3 y 10 micras. Algunas partículas pueden ser radiactivas, ya que fueron emitidas por reactores nucleares o en pruebas atómicas. Entre los efectos que estos contaminantes pueden provocar en el cuerpo humano están: ceguera, esterilidad, enfermedades de la sangre y mutaciones. En el caso de metales pesados, como cadmio, plomo y mercurio, su acumulación en el cuerpo desencadena enfermedades cardiacas y cáncer.
Las tormentas de arena generan gran cantidad de partículas suspendidas.
Su origen es variado, pues provienen de procesos industriales en los que se queman combustibles fósiles, y de eventos na turales, como incendios, tormentas de arena, erosión eólica y erupciones volcánicas. Clorofluorocarbonos (CFC): estas sustancias se empleaban en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado, en la industria y en la fabricación de bienes de consumo. Debido a que los CFC son muy ligeros, cuando se liberan a la atmósfera ascienden hasta la estratosfera, en donde reaccionan con el ozono (éste forma una capa que protege nuestro planeta de la radiación solar) y provocan su des trucción. Por ello, actualmente su uso está prohibido y restringido a muy pocas aplicaciones. Los contaminantes primarios del aire son: el monóxido de carbono (CO), el dióxido de azufre (SO2), el dióxido de nitrógeno (NO2), los hidrocarburos y los partículas microscópicas suspendidas.
Los CFC reaccionan con la capa de ozono y la deterioran. En es ta imagen puedes ver cómo ha ido creciendo el orificio en la capa de ozono. Fuente: NASA Goddard Space Flight Center Ozone Processing Team 62
Contaminantes secundarios Los contaminantes secundarios se forman cuando dos o más contaminantes primarios reaccionan entre sí o con otras sustancias presentes en la atmósfera. Éstos se describen a continuación: Ozono (O3): es un componente natural de la estratosfera. En este nivel, forma una capa protectora esencial para la vida, pues absorbe las radiaciones ultravioleta y contribuye a mantener el equilibrio térmico de la atmósfera. Irónicamente, la presencia del ozono en la troposfera constituye un peligro para la salud; además, es uno de los principales responsables del esmog fotoquímico. El ozono es una forma alotrópica del oxígeno. Se caracteriza porque es un gas de color azul, muy reactivo, dado su alto poder oxidante. Reacciona con ciertos hidrocarburos para formar alcoholes, aldehídos y cetonas. La estratosfera, una de las capas superiores de la atmósfera, absorbe las radiaciones ultravioleta del Sol.
El ozono en la troposfera se genera por las reacciones que ocurren entre la luz solar y los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre (contaminantes primarios).
Las siguientes reacciones representan la fotodisociación del dióxido de nitrógeno (NO 2) por efecto de la luz solar, que da origen al monóxido de nitrógeno (NO) y al oxígeno atómico, que es altamente reactivo. Éste, en presencia de oxígeno molecular (O2), forma el ozono (O3). NO2 + Luz solar
O + O2
Æ Æ
NO + O
O3
A su vez, el ozono (O3) formado reacciona con el monóxido de nitrógeno (NO) presente en la atmósfera, lo que da origen al dióxido de nitrógeno (reactivo original) y al oxígeno molecular (O2): NO + O3
Æ
NO2 + O2
Como puedes observar, estas reacciones se convierten en un ciclo; pero en ocasiones éste se rompe, cuando el monóxido de nitrógeno, en vez de reaccionar con el ozono, se combina con algunos hidrocarburos para formar dióxido de nitrógeno, lo cual provoca la acumulación de ozono.
Los principales contaminantes secundarios son: el ozono (O3), el trióxido de azufre (SO3), los nitratos de peroxiacilo (PANs), el ácido sulfúrico (H 2SO4), el ácido nítrico (HNO3), los aldehídos y las cetonas.
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Alótropos: del griego allos, “otro” y tropos, “manera de ser”. Existencia de dos o más formas de un mismo elemento químico, que se presentan en el mismo estado físico, pero con estructura molecular distinta, como el O2 y el O3.
PON TE ma e n f o r lícaselo os féricos. Al terminar, e xp tm a tes n ina tam n co s lo bre espacio un mapa men tal so 5. Dibu ja en el siguien te a un compañero.
quién es y por qué se le a tig s ve In . ica ím Qu de l Nobe reconocido con el Premio ue a f lin Mo rio Ma , 95 19 6. En te en las siguien tes líneas. tan r po im s má lo ta o An o torgó tal dis tinción.
de Mario es la principal apor tación ál cu n ya clu con o, up gr ión con tus compañeros. En 7. Compar te tu in ves tigac Molina a la ciencia.
Fenómenos contaminantes Cuando en una región el grado de contaminación atmosférica es muy alto, se presentan fenómenos como el esmog, la inversión térmica, el efecto invernadero y la lluvia ácida.
Esmog En 1952, en Londres, Inglaterra, debido a la ausencia de viento y de cambio en la temperatura de una masa de aire que cubría la ciudad, se presentó un fenómeno de contaminación atmosférica que duró cuatro días, el cual causó la muerte por asfixia a más de 2 500 personas, mientras que a otras les produjo trastornos pulmonares. A esta masa de aire se le denominó smog, derivado de los términos ingleses: smoke, que significa “humo”, y fog, “niebla”. Este vocablo se adaptó al español como esmog. 64
El esmog forma una bruma de color marrón sobre los grandes centros de desarrollo poblacional, reduce la visibilidad y ocasiona irritación de los ojos y enfermedades respiratorias. Se distinguen dos clases de esmog: el industrial y el fotoquímico. El esmog industrial es una mezcla de niebla, humo, dióxido de azufre y partículas sólidas, como cenizas y hollín; se genera ante factores como baja velocidad del viento y temperaturas cercanas a 0 °C. El esmog fotoquímico también es llamado esmog urbano. Se forma por la presencia de contaminantes primarios y secundarios en la atmósfera y la gran actividad química producida por la reacción de los óxidos de nitrógeno y algunos hidrocarburos, ante la luz solar (ésta actúa como catalizador). Generalmente, se acumula a temperaturas mayores a 18 °C. Es un fenómeno muy común en las grandes ciudades industrializadas y con alto parque vehicular, como la Ciudad de México.
Inversión térmica Éste es un fenómeno natural que ocurre en época de frío y provoca la acumulación de contaminantes en una ciudad. De manera normal, la temperatura del aire disminuye conforme la altura, es decir, el aire caliente se encuentra cerca del suelo, mientras el aire frío está en las capas altas. Sin embargo, en ocasiones, se puede encontrar una masa de aire caliente encima de una más fría, lo que se denomina inversión térmica; esto significa que el aire de menor temperatura, que recibe las sustancias contaminantes, se mantiene más cerca del suelo; la masa de aire caliente encima, impide que escape hacia la atmósfera superior, ocasionando el aumento en los niveles de contaminación.
Esquema de la inversión térmica en el que se observa el cambio en la localización de las capas de aire caliente y frío.
Lluvia ácida El agua de lluvia suele tener un pH de 5.6, debido a la presencia de ácido carbónico (H2CO3) que se forma a partir de la reacción entre el dióxido de carbono y el vapor de agua. No obstante, los contaminantes, óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre, producto de la quema de combustibles fósiles, reaccionan con el vapor de agua, para formar ácido nítrico y ácido sulfúrico, que le confieren al agua de lluvia un pH mucho menor (y, en consecuencia, una mayor acidez). 2SO2 + O2
Æ
2SO3
SO3 + H2O
Æ
H2SO4
3NO2 + H2O
Æ
2HNO3 + NO
CO2 + H2O
Æ
H2CO3
65
Debido a fenómenos meteorológicos, como la movilidad del aire y la humedad del ambiente, los efectos de la lluvia ácida no sólo se manifiestan en los lugares donde se generaron los contaminantes precursores del fenómeno, sino que pueden trasladarse a regiones localizadas a grandes distancias. La lluvia ácida provoca corrosión en los metales y desgasta monumentos y edificios; además, reduce el valor del pH del agua y del suelo, con lo que puede ocasionar la muerte de algunas especies.
La lluvia ácida ha afectado al Templo de la Calavera, en Palenque, Chiapas.
Hasta ahora hemos visto que la contaminación del aire implica reacciones químicas que se producen en la atmósfera por la presencia de gases contaminantes. Sin embargo, lo importante no es sólo identificar los contaminantes y sus reacciones, también es necesario cuantificarlos mediante la estequiometría —que ya estudiaste en el bloque anterior—, para comprender el problema a detalle y proponer alternativas de solución.
PON TE ma e n f o r tor de la Ciudad de Mé xico mo to au ulo híc ve un , dio me ecológico es tima que, en pro rio ). lib ui eq de ral ne ge y Le monó xido de carbono (CO 8. La de kg 2 e uc od pr ) y kg 84 lina (2. consume al día 4 L de gaso res: 0 000 vehículos au tomo to 70 2 y ha o xic é M de d da en te en la Ciu Si consideramos que ac tualm CO se emi ten diario? n de es ta can tidad de tió us mb co la ra pa a ) ¿Cuán tas toneladas de te n riame tión se o xígeno se consumen dia de as lad ne to oc tano (C8H18 ) y su combus tas n de uá te ¿C en b ) lm ipa nc pri a ad gasolina es tá form gasolina? Considera que la uien te reacción: lle va a cabo median te la sig + 18H2O 2C8H18 + 17O2 Æ 16CO ios en el espacio siguien te. Realiza los cálculos necesar Procedimien to
666
9. El dióx ido de azuf r e ( S O)
pr esen se le puede hacer r eaccio2nar c te en la atmósf er a es un gas contaminante muy per judicia on óx ido de calcio ( C aO) par a l. f or mar sulfito de calcio ( C aSO P ar a eliminar lo, 3). C aO( s) + SO2( Æ C aSO g) 3( s) La pr incipal f uente ener gética de contiene 10% en masa de ácido una planta de f undición es el gas natur al. Si consider as que el gas natur al sulf hí dr ico ( H S) y se queman 2400 kg / dí a de este gas: 2 a ) ¿C uántos kilogr amos de dióx ido de azuf re se pr oducen por dí a? b ) ¿C uántos kilogr amos de óx ido de calcio se necesitan par a ev ita ( SO2) mediante la siguiente r e acción se emita a la atmósf er a r que el dióx ido de azuf re pr oducido ? 2H2S(g) + 3O 2(g)
Realiza los cálculos necesar ios en el
Æ
2SO2( g) + H2O ( l)
espacio siguiente. P r ocedimiento
10. Inv estiga tr es mecanismo
s par a disminuir la combustió n incom automotor es y en la industr ia. Anótalos y compár telos con tu pleta de los hidr ocar bur os que se usan en los gr upo y pr of esor .
67
12. Reúnete con tr es comp añ
er os y r ealicen las siguientes act iv idades en equipo. a ) Identifiquen las ideas pr incipales del tex to y escr í banlas en las siguientes lí neas.
b ) En las lí neas siguientes, ex
pliquen br ev emente el pr oceso
de la f or mación del ef ecto inv er nader o.
c ) Inv estiguen cuáles son tr e
s posibles consecuencias del ef ecto inv er nader o. Anótenlas a
continuación.
d ) Ex pliquen la r elación qu e hay entr e el aumento en la concentr ación de C O y el temper atur a global. incr emento en la 2
e ) Elabor en un car tel alusiv o al cuida
de C O2 a la atmósf er a. Acudan do del ambiente, en el que pr omuev an la disminución de las a emisiones coloquen los car teles de cada gestionar los per misos cor r espondientes con las autor idade s escolar es y equipo en distintos lugar es de su plantel.
Calidad del aire Una forma de medir la cantidad de sustancias contaminantes presentes en la atmósfera es emplear los indicadores de la calidad del aire, que identifican la presencia o ausencia de una o varias sustancias, así como su concentración. Para determinar la calidad del aire, se miden factores como la apariencia física de éste, su concentración de contaminantes y la presencia de microorganismos.
69
La Organización Mundial de la Salud (OMS), la Organización de las Naciones Unidas (ONU), el Comité Económico Europeo (CEE), así como los gobiernos de cada país han establecido y recomendado parámetros para determinar los niveles de contaminantes del aire que pueden representar un riesgo para la salud. En la República Mexicana, el Sistema de Monitoreo Atmosférico se encarga de evaluar la calidad del aire en las ciudades más grandes, como la Ciudad de México, Monterrey y Guadalajara. Con la finalidad de informar al público en general de manera veraz y sencilla cuál es la calidad del aire, se estableció el Índice Metropolitano de la Calidad del Aire (IMECA), una escala numérica que va de 0 a más de 200 puntos y se asocia a la prevención de riesgos. En el cuadro 3 se muestra la calidad del aire tomando en cuenta esta escala.
IMECA 0 a 50
Cuadro 3. Escala del Índice Metropolitano de la Calidad del Aire Calidad del aire Recomendaciones Buena (verde) Es adecuada para realizar actividades al aire libre. Puede generar molestias en los grupos sensibles (niños, adultos mayores y personas enfermas).
51 a 100
Regular (amarillo)
101 a 150
Mala (naranja)
151 a 200
Muy mala (rojo)
Mayor de 200
Extremadamente mala (morado)
Efectos adversos para la salud, sobre todo en los grupos sensibles. Efectos adversos mayores en la población en general, particularmente, en los grupos sensibles. Efectos adversos para la salud de toda la población; en los grupos sensibles se pueden presentar complicaciones graves.
Fuente: Simat www.sma.df.gob.mx/simat2/index.php?opcion=24 (Consultada el 29 de agosto de 2010.)
PON TE ma e n f o r bla. ¿Qué lugar ocupa la ta la ta le mp co o y nd mu s del te hecho tiene a esciudades más con taminada es e 10 qu las s ne son sio s cu ále er cu rep a tig las s rca de 13. In ve Re fle xiona con tu grupo ace ta? lis ta es en o xic Mé de ciudad cala local y mundial. s con taminadas del mundo má s de da Ciu Núm.
70
14. La siguiente tabla pr ese nta los ind C iudad de Méx ico en un dí a de icador es del Í ndice Metr opolitano de la C alidad del Ai r e ( IMEC A) par a la inv ier no. Analiza los datos y h az las activ
idades planteadas.
Hor a 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00
O3 29 19 16 23 22 20 7 5 8 16 35 58
SO2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
NO2 16 21 22 16 15 17 23 26 28 30 33 34
*P M10 = P ar tí culas menor es a 10 micr ómetr os
a ) El IMEC A es un í ndice adim
C O 10 10 10 9 9 10 11 13 14 15 16 17
P M10* 70 69 69 69 68 68 69 68 68 68 68 43
IMEC A
ensio v iduales de cada contaminant nal, es decir , no tiene unidades. Su v alor depende de los v e y s alor hor a y escr í belo en la última co e deter mina sumando cada uno de ellos. C alcula el IMEC es indiA par a cada lumna de la tabla. b ) En la siguiente cuadr í c ula, constr uy e una gr áfica de bar ra s con los í ndices IMEC A calculados.
71
ni vel de con taminación. r no me el r y yo a m el ron horas a las que se presen ta ción del índice IMECA ria va la de le ab ns po c ) Señala en la grá fica las res el e es en to del SO2. ¿Consideras qu d ) Analiza el compor tami críbela a con tinuación. es y ta es pu res u a t fic ti Jus duran te el día?
PARA SABER MÁS...
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Consulta las siguientes páginas de Internet en las que encontrarás información de apoyo acerca de los fenómenos contaminantes. www.sagan-gea.org/hojared/CAtm.html www.sagan-gea.org/hojared/Hoja13.htm www.sma.df.gob.mx/simat2/informaciontecnica/index.php?
Contaminación del agua A la Tierra se le llama el planeta azul debido a que el agua de ríos, lagos, lagunas, océanos y mares cubre tres cuartas partes de su superficie y le da este color. Entonces, si el agua es una sustancia tan abundante, ¿por qué nos preocupamos por su contaminación y su escasez? La respuesta es sencilla: de toda el agua presente en la corteza terrestre, sólo 2.53% es agua dulce, es decir, se puede consumir sin riesgo, pues contiene una baja concentración de sales. Sin embargo, la mayoría de este recurso está congelado formando los hielos polares o en depósitos subterráneos a los que no tenemos fácil acceso; derivado de esto, el agua disponible para consumo humano se reduce a menos de 1%.
Gráfica de la distribución de las principales reservas hídricas del mundo.
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El agua dulce natural es una solución diluida que contiene compuestos químicos diversos, porque durante su ciclo el agua disuelve numerosas sustancias. Sin embargo, agua dulce no es sinónimo de agua potable; para que este líquido se considere como tal, debe reunir distintos requisitos determinados por la legislación de cada país. En México, las normas para la potabilidad del agua tienen en cuenta aspectos físicos, químicos y microbiológicos (cuadros 4, 5 y 6). Cuadro 4. Aspectos físicos Característica Color
Límite permisible 20 unidades de color verdadero en la escala de platino-cobalto.
Olor y sabor
Agradables (se aceptarán aquellos que sean tolerables para la mayoría de los consumidores, siempre que no sean resultado de condiciones objetables desde el punto de vista biológico o químico).
Turbiedad
5 unidades de turbiedad nefelométricas (UTN) o su equivalente en otro método.
Fuente: Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994 en www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/127ssa14.html (Consultada el 29 de agosto de 2010.)
Especie química Aluminio
Cuadro 5. Aspectos químicos Límite permisible en mg/L Especie química 0.20 Manganeso
Límite permisible en mg/L 0.15
Arsénico
0.025
Mercurio
0.001
Bario
0.70
Nitratos (como N)
10.00
Cadmio
0.005
Nitritos (como N)
1.00
Cianuros (como CN−)
0.07
0.50
Cloro residual libre
0.2-1.50
Nitrógeno amoniacal (como N) pH
6.5-8.5
Cloruros (Cl−)
250.00
Plaguicidas
0.050
Cobre
2.00
Plomo
0.01
Cromo total
0.05
Sodio
200.00 1000.00
0.2-0.5
Dureza total (como CaCO3)
500.00
Hierro
0.30
Sólidos disueltos totales Sulfatos (como SO42−)
Fluoruros (como F−)
1.50
Yodo residual libre
Hidrocarburos aromáticos
1.50
Zinc
400.00
5.00
Fuente: Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994 en www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/127ssa14.html (Consultada el 29 de agosto de 2010.)
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Cuadro 6. Aspectos microbiológicos Microorganismo Límite permisible Coliformes totales Ausencia total Ausencia total Escherichia coli , coliformes fecales u organismos termotolerantes Patógenos Ausencia total Fuente: Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994 en www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/127ssa14.html (Consultada el 29 de agosto de 2010.)
Aunque para fines prácticos, el agua potable es aquella que podemos utilizar para beber, preparar nuestros alimentos y asearnos sin ocasionarnos daños, legalmente se considera agua potable aquella que además de cumplir con los requerimientos establecidos por las normas mexicanas, contiene por lo menos 25 mg/L de oxígeno disuelto. La contaminación del agua se produce cuando pierde estas características y no podemos aprovecharla, pues su uso implica un riesgo para nuestra salud.
Clasificación de los contaminantes del agua Los contaminantes del agua se pueden clasificar según su origen, como puedes observar en el siguiente esquema. Contaminantes del agua Químicos
Físicos Orgánicos
Biológicos Inorgánicos
Contaminantes físicos A este grupo corresponden el calor, la basura sólida y los sedimentos que llegan hasta las reservas acuíferas, arrastrados por la lluvia y las corrientes de agua. Ya sea que la basura y los sedimentos floten o se hundan, en general, dificultan el libre flujo del agua, bloquean los sistemas de drenaje y afectan la vida en ríos, lagos y estanques. Ejemplo de estos contaminantes son: las botellas de PET, bolsas de plástico, latas de refresco y lodo. En lo que respecta al calor, es generado por los sistemas de enfriamiento de las industrias y centrales eléctricas, en los cuales se emplean grandes cantidades de agua “pura” que es vertida a los ríos y mares con una temperatura varios grados mayor que la de estos cuerpos de agua, con lo cual se altera la concentración de O 2 disuelto y se daña a plantas y animales acuáticos.
Las botellas de PET (polietiléntereftalato) representan uno de los mayores problemas de contaminación en los lagos, ríos y estanques.
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Contaminantes químicos Aquí se incluyen el conjunto de sustancias que alteran la composición química natural del agua. Se distinguen dos tipos: orgánicos e inorgánicos. a) Contaminantes químicos orgánicos. Uno de los problemas más graves de contaminación del agua es el depósito de los compuestos biodegradables y las reacciones que producen. Estas sustancias se descomponen por la acción de microorganismos aerobios que consumen derrames petroleros constituyen un grave daño a los ecouna gran cantidad de oxígeno y disminuyen el O2 disuelto. En estas Los sistemas. condiciones, los microorganismos anaerobios (que no requieren la presencia de oxígeno) empiezan a actuar sobre la basura orgánica para descomponerla; este proceso origina gases malolientes y transforma los estanques, lagos y ríos en espacios desagradables y pestilentes. En este mismo sentido actúan las aguas residuales domésticas e industriales, que enriquecen de compuestos químicos orgánicos a los abastecimientos hídricos. Los fertilizantes son contaminantes químicos orgánicos, pues los nitratos y fosfatos que los componen nutren a las malezas, algas y plantas acuáticas, provocando su crecimiento desmedido y una sobrepoblación que asfixia otras formas de vida. Este fenómeno da lugar a que los lagos se transformen en pantanos. Entre los contaminantes químicos orgánicos también se cuentan los detergentes disueltos en los diversos ecosistemas acuáticos, los cuales forman espumas que impiden la disolución del oxígeno en el agua; y los pesticidas, que al acumularse en organismos vivos constituyen un veneno para peces y aves. b) Contaminantes químicos inorgánicos. En esta categoría se encuentran los minerales, colorantes, ácidos y álcalis solubles en agua procedentes de fábricas y minas que llegan hasta las reservas acuíferas. También están los gases emitidos por las chimeneas industriales, los cuales se combinan con el agua atmosférica para formar la lluvia ácida, pues, al precipitarse, ésta llega hasta los ecosistemas acuáticos y modifica su pH.
Contaminantes biológicos En este grupo se integran los organismos patógenos provenientes de las heces fecales de seres humanos y animales o de algunas empresas que desechan vísceras, pieles y otros materiales orgánicos contaminados. El agua que escurre proveniente de los basureros también contribuye a la contaminación biológica, pues contiene virus, bacterias, hongos y parásitos causantes de diversas enfermedades. Los desechos domésticos en el agua favorecen el desarrollo de microorganismos patógenos.
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En la siguiente página de Internet encontrarás información acerca de algunas enfermedades relacionadas con la contaminación y cómo evitarlas: www.salud.gob.mx
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PON TE ma e n f o r con taminación y su su te n pa cu eo pr es , ta ne es tro pla recurso abundan te en nu un es ua ag el si é qu r po 15. E xplica escasez.
to y cómo par ticipa en la ien am on nci fu su ue liq xp e dibu jo que nef elómetr o y haz un un es é qu a tig s ve In . 16 l agua. medición de la calidad de
óme tro Funcionamien to del ne fel
s riesgos para la salud lo son s ále cu a lic xp e a y in ves tig en la esen tes en el agua po table, pr s ica ím qu ana. Ano ta tus respues tas ies xic ec me esp n co ció isla leg la 17. Eli je cin r po concen tración permi tidos si se e xceden los lími tes de siguien te tabla. Riesgos para la salud le isib rm pe te i Lím Especie química
76
18. Eli je cinco especies qu í micas pr e concentr aciones per mitidas po sentes en el agua potable, distintas a las del e jer cicio an r la legislación mex icana par a ter ior . Anota las paí s sudame estas susta
ncias, inv estiga las autor izada r icano, un paí s eur opeo y un s en un pa í s as iát ico y c om par a los v alor es. Escr ibe los da tabla y r edacta tus conclusion es en el espacio asignado. tos en la siguiente Especie quí mica México
Lí mit e per misible en: Sudamér ica
Eur opa
Asia
C onclusiones:
19. C lasifica los contamina nte
cor r esponda.
s del agua que apar ecen en el
banco de r espuestas y escr í belo s en
la columna que
agua de un sist ema de en f r iamient o indust r ial – ag ua r esidual domést ica – balines de acer o – bacil ar ena – o de la t uber culosis – bo lsas de plást ico – bot ella cáscar as de f r ut a – desp s de P ET – er dicios de comida – de t er gent e – hojas secas – hongo del pie de at let a – huesos – insect icida – lar va s de insect os – lat as de lodo – mer cur io – peda aluminio – z os de mader a – pet ró le o – pl omo – v idr io – v ir us de la influenz a – v ir us del cóler a – v ir ut as de hier ro C ont aminant es f ís icos
C ont aminant es inor gánico s
C ont aminant es or gánicos
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C ont aminant es biológico s
Clasificación de las aguas contaminadas Las aguas residuales que se desechan en una industria no contienen los mismos contaminantes que las aguas provenientes del campo, casas o comercios. La composición de las aguas contaminadas depende de su origen, dado éste, podemos clasificarlas en varias categorías. a) Aguas residuales domésticas. Vivimos en hogares cada vez más limpios pero, irónicamente, éstos desechan agua cada vez más contaminada. El agua residual doméstica también se conoce como agua negra, contiene, por lo regular, heces fecales, restos de comida, detergentes y una gran variedad de sustancias químicas procedentes de los productos de limpieza y de higiene personal. La mayoría de los artículos de limpieza doméstica son soluciones concentradas que se disuelven en agua y después de ser empleadas, se vierten en el drenaje. En tanto, los productos para la higiene personal como jabones, champús, enjuagues, tratamientos para el cabello, tintes, geles, espumas, perfumes, cremas, cosméticos y desodorantes, llegan hasta el drenaje disueltos en el agua de la regadera. La basura que flota o se estanca en los ríos y cuerpos de agua los contamina y altera los ecosistemas.
Las aguas residuales domésticas también pueden incluir microorganismos patógenos causantes de diversos padecimientos, como la hepatitis, el cólera y la amibiasis.
b) Aguas residuales urbanas. Estas aguas tienen composición similar a la de las aguas negras. Provienen de los establecimientos comerciales, hospitales, escuelas, centros culturales, oficinas, talleres e instituciones de servicio. Contienen importantes cantidades de nitrógeno, fósforo y otros elementos presentes en los detergentes empleados en la limpieza. Igualmente, incorporan aceites y grasas, heces fecales, bacterias, hongos y virus. c) Aguas residuales industriales. Son las que ocasionan la contaminación de los recursos acuíferos más significativa, debido a que en todos los procesos industriales se genera una gran cantidad de desechos, los cuales se disuelven en el agua y se vierten en los drenajes y canales.
Los aceites son contaminantes muy difíciles de eliminar del agua.
El tipo de contaminantes que emite una industria depende de su giro y sus procesos; así, los materiales orgánicos presentes en el agua residual industrial provienen sobre todo de las empresas de alimentos, farmacéuticas, papeleras, del calzado, pieles y textiles; mientras que los metales pesados, los minerales, las sales inorgánicas, los ácidos y álcalis se derivan de las industrias metalmecánica, minera y de autopartes. Algunas empresas utilizan el agua en sus sistemas de enfriamiento, en cuyo caso su principal contaminante es el calor.
Mención aparte merece la contaminación por petróleo. Ésta constituye un grave problema presente en las múltiples actividades de la industria petroquímica: exploración, explotación, refinado, almacenamiento, embarque, transporte y distribución, y se agudiza por la gran cantidad de accidentes en las operaciones: ruptura de oleoductos, derrames en medios de transporte y explosiones en plataformas. 78
d) Aguas residuales agrícolas. En el campo, el agua se ocupa para irrigación y aseo del ganado y de las granjas. Cuando se emplean fertilizantes y plaguicidas se disuelven en el agua de riego; pero sólo una parte mínima de estas sustancias es absorbida por los cultivos, la mayoría se escurren o se filtran en la tierra, para llegar a ríos, lagos y mares, en los cuales alteran el equilibrio ecológico. Asimismo, por su alto potencial tóxico, representan una de las más grandes amenazas para la salud humana.
Tratamiento de las aguas contaminadas Antes de ser vertidas en los ríos, lagos y mares, las aguas residuales son sometidas a diversos métodos de tratamiento, con el fin de disminuir su grado de contaminación y reducir su impacto ambiental. Estos tratamientos se aplican según el tipo y grado de contaminación enfrentado; además, debe considerarse el destino que tendrá el agua tratada.
Tratamiento primario Es un tratamiento físico cuyo principal objetivo es eliminar los materiales sedimentados y en flotación. Consiste en hacer pasar el agua contaminada a través de mallas y filtros para retirar los materiales flotantes; posteriormente, se coloca en tanques de sedimentación en los que las partículas en suspensión se depositarán en forma de lodos. En estos tanques también se separan las grasas y los aceites, los cuales flotan y forman espumas. El agua entre el lodo y la espuma se escurre para recibir el tratamiento secundario, o bien, para adicionarla con cloro y vaciarla al drenaje. Con este tratamiento se garantiza la eliminación de 60% de los sólidos sedimentables y la separación de 35% de los materiales biodegradables.
En las plantas de tratamiento de agua, se reducen las concentraciones de sustancias contaminantes para que no dañen a los seres vivos. En tanques como el de la imagen se sedimentan algunos contaminantes.
El objetivo del tratamiento primario es eliminar los materiales sedimentados y los que flotan en el agua contaminada.
Tratamiento secundario Es un proceso biológico que también se conoce como tratamiento de lodos activados. En este caso, el agua contaminada se coloca en tanques especiales y se inyecta aire. Este hecho permite un desarrollo acelerado de las bacterias aerobias que se encuentran en el fondo formando lodos. Estos microorganismos son capaces de degradar alrededor de 90% de la materia orgánica contenida en el agua, siempre y cuando dispongan de la suficiente cantidad de oxígeno y tengan la temperatura adecuada.
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Al término del tratamiento secundario, se puede adicionar cloro al agua para luego vaciarla al drenaje.
El objetivo del tratamiento secundario es eliminar la materia orgánica que contamina el agua.
Tratamiento terciario Es un tratamiento químico costoso, por lo que pocas veces se aplica. Los sistemas químicos para tratamiento de aguas residuales son muy variados, los más utilizados son la filtración-adsorción y floculación-coagulación. • Filtración-adsorción. En este método, el agua residual se hace pasar a través de columnas llenas con arena y carbón activado, que fungen como filtros, reteniendo las partículas contaminantes. • Floculación-coagulación. Consiste en provocar el agrupamiento de los materiales contaminantes mediante la adición de agentes floculantes o coagulantes, entre los que están la alúmina [Al 2(SO4)3], la cal muerta [Ca(OH)2], el sulfato ferroso (FeSO4) y el sulfato férrico [Fe 2(SO4)3]. A continuación, se representan las reacciones químicas correspondientes. Al2(SO4)3 + 18H2O + 3Ca(HCO3)2
Æ
3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O
La alúmina adicionada reacciona con los iones bicarbonato presentes en el agua contaminada y da lugar a la formación de hidróxido de aluminio [Al(OH)3], un flóculo gelatinoso que sedimenta lentamente y arrastra con él la materia suspendida. El sulfato ferroso (FeSO 4) se adiciona acompañado por cal [Ca(OH) 2] para, después de una serie de reacciones, dar lugar al hidróxido férrico [Fe(OH) 3], un flóculo voluminoso que sedimenta y obliga a los materiales suspendidos a precipitarse. FeSO4 + Ca(HCO3)2
Æ
Fe(HCO3)2 + CaSO4
Fe(HCO3)2 + 2Ca(OH)2
Æ
Fe(OH)2 + CaCO3 + 2H2O
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O
Æ
4Fe(OH)3
Cuando se añade cal [Ca(OH)2] como agente floculante, las reacciones son: Ca(OH)2 + H2CO3
Æ
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2
Æ
CaCO3 + 2H2O 2CaCO3 + 2H2O
La finalidad del tratamiento terciario es eliminar los metales pesados, las sales minerales y los iones presentes en el agua residual, para garantizar su inocuidad antes de regresarla al ambiente.
80
P O NT E e n f o r ma 20. En el siguiente espacio, ela
bor a un cuadr o con la clasificac ión de las aguas r esiduales e in contaminantes que contiene cluy e e jemplos de los cada una.
C lasificación de aguas r esidua les 21. ¿En qué utilizan el agua
tu f ami casa? P latica con ellos, r eflex i lia y tú? ¿Qué contaminantes están pr esentes en las agua ona y contesta. s r esiduales de tu En el sanitar io: En la r egader a: En la cocina: En el lav ader o: En el patio:
811
, sus principales fuen tes de ua ag l de os us los bre so ol dibu ja un diagrama de árb o, dr cua re te n nos. uie sig el En 22. ra la salud de los seres huma pa can pli im e qu os sg rie con taminación y los
sgos. : usos, con taminan tes y rie ua ag l de n ció ina tam con Diagrama de la
la vi vos, el agua se emplea en es ser s lo de llo rro sa de el ra s un recurso indispensable pa po tencial en presas y caída ía erg en su s y río los en 23. Además de represen tar ua del ag c trica. La energía ciné tica el nombre, la ubicación a tig s ve In . cas tri léc roe generación de energía elé tas hid ión en la mo ver turbinas en las plan ra pa an ch ve ro de ellas. Ano ta la in formac ap se dio me ua r po de ag da ra ne ge ía o y la can tidad de energ de es tas cen trales en Mé xic a siguien te tabla. tidad de energía generad n Ca n ció Ubica ca Nombre de la hidroeléc tri
a. s tico y anó talas en seguid mé do uso de ua ag l de n ció ra disminuir la con tamina 24. Sugiere tres medidas pa
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Contaminación del suelo El suelo es la capa más externa de la corteza terrestre. Tiene funciones esenciales: representa un medio apto para el desarrollo de la vida, filtra el agua, recicla los desechos y sostiene a las plantas y los animales de los que obtenemos comida, fibras, medicamentos y nos permiten satisfacer múltiples necesidades humanas. Los suelos son un ente dinámico en continua transformación: Transformación física: Rocas grandes Transformación química: Minerales complejos como el cuarzo, el feldespato y la mica
Elevadas temperaturas, alta presión, acción mecánica del viento y el agua
Descomposición química por elevadas temperaturas y alta presión
Transformación biológica: Vegetales y animales constituidos por ligninas, proteínas y celulosa
Descomposición por microorganismos
Rocas de menor tamaño, grava, arena, arcilla
Minerales de menor complejidad, como óxidos, hidróxidos silicatos, sulfatos, fosfatos y carbonatos Humus, dióxido de carbono, metano, mercaptano, ácidos orgánicos diversos
Componentes del suelo El suelo se constituye por sólidos, líquidos y gases, los cuales están dispuestos horizontalmente en capas que reciben el nombre de horizontes. Éstas se distinguen visiblemente y pueden delimitarse según el color, la textura, la estructura, el tamaño de las partículas y la consistencia. a) Sólidos: son componentes orgánicos e inorgánicos que no están compactos, por lo que dejan cámaras, huecos y fisuras. Proceden de una roca madre que ha pasado por un proceso de erosión, conocido como meteorización, en el que participan agentes físicos, químicos y biológicos. b) Líquidos: basicamente es agua con sales y minerales en solución o en suspensión procedentes de la lluvia, los escurrimientos, las filtraciones, las inundaciones y del manto freático. c) Gases: esta fase se conforma por el aire disuelto en el suelo, el oxígeno y el dióxido de carbono procedentes de la fotosíntesis, la respiración y la descomposición de plantas y animales. El suelo se constituye por sólidos, líquidos y gases dispuestos horizontalmente formando capas.
83
Estructura del suelo En un suelo típico, se distinguen cuatro capas u horizontes. • Horizonte A: corresponde a la capa más superficial del suelo. Está formada por rocas desintegradas, expuestas a la erosión por agentes atmosféricos y biológicos. Es rica en humus y constituye la más contaminada por las actividades humanas. • Horizonte B: es una capa intermedia del suelo, menos erosionada y con menor cantidad de humus que el horizonte A. Las raíces de los árboles y el aire atmosférico llegan hasta ella. Los agentes contaminantes también, aunque en menor cantidad que en el suelo superficial.
Horizontes del suelo.
• Horizonte C: está formado por fragmentos de la roca madre y no contiene humus. Las raíces y los gases atmosféricos no alcanzan a llegar hasta él. • Horizonte D: es la roca madre inalterada.
Erosión Éste es un proceso de desgaste del relieve del suelo provocado por la acción de agentes físicos (entre ellos, las corrientes de agua y el viento) o agentes biológicos (como la acción de los seres vivos). La erosión puede dividirse en tres etapas: el desgaste del suelo, el transporte de granos y la sedimentación. Además, según el factor que la origina mayoritariamente, se distinguen tres clases: a) Erosión eólica: es causada por el viento. La fuerza de las masas de aire en movimiento desgasta la roca, transporta sus materiales y los deposita en otro lugar. En las zonas desérticas, ésta es la principal causa de pérdida de fertilidad del suelo. b) Erosión pluvial: las gotas de agua que se forman en las nubes tienen una gran energía potencial, la cual se transforma en energía cinética cuando caen. Al chocar contra el suelo, las gotas ejercen una acción erosiva que desgasta los materiales de las rocas. Cuando el suelo está protegido por la vegetación, la acción erosiva de la lluvia no lo afecta. c) Erosión fluvial: cuando el agua de lluvia cae en superficies inclinadas, se escurre, primero, en forma de finos hilos y después como arroyos y ríos. A medida que desciende, éstos aumentan su caudal, velocidad y energía. Si el suelo está constituido por partículas sueltas y carece de vegetación, el agua escarba, arrastra los materiales, y los transporta hasta depositarlos en otro lugar. Otros agentes erosivos son: la lluvia ácida, el oleaje, el deshielo de los glaciares y el desgaste del suelo ocasionado por animales y plantas. La deforestación y la tala inmoderada contribuyen a agravar el problema.
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Arroyo en la selva lacandona. El paso del agua provoca la erosión pluvial.
Acumulación de sustancias tóxicas, basura y materiales radiactivos en el suelo En México, la basura industrial y doméstica generalmente se deposita en tiraderos a cielo abierto, sin ningún tratamiento. Esto constituye un severo problema de contaminación, con graves consecuencias como: a) Proliferación de insectos y roedores, que al emigrar pueden transmitir enfermedades como amibiasis, hidrofobia, malaria, tifoidea y paludismo. b) Desarrollo de microorganismos patógenos que provienen, por ejemplo, de los desechos de rastros, curtidurías y hospitales y que se diseminan por el viento, el agua, los insectos y los roedores. c) Malos olores debido a la descomposición aeróbica y anaeróbica de la materia orgánica, los cuales son transportados por el viento. d) Contaminación de las aguas superficiales y subterráneas, debido a que la lluvia arrastra materiales diversos (como metales pesados y plásticos) o pasa a través de la basura en descomposición y disuelve sustancias tóxicas, formando una solución conocida como lixiviado. Tarde o temprano, estos contaminantes llegan al agua de los mantos freáticos y ríos. e) Inutilización del suelo para fines agrícolas y para cualquier otro uso, debido a la presencia de sustancias tóxicas. Adicionalmente, la acumulación de desechos radiactivos y tecnológicos es un problema serio, porque éstos pueden provocar enfermedades degenerativas, progresivas y mortales, tales como algunos tipos de cáncer. Aquellas empresas con procesos en los que se generan materiales considerados peligrosos por su radiactividad o toxicidad, están obligadas a disponer de ellos de manera específica. Primero, deben someterlos a tratamientos de neutralización, incineración y degradación química, para después depositarlos en confinamiento.
La basura “tecnológica” incluye desechos tales como los aparatos electrónicos y sus componentes.
Tratamiento de los suelos contaminados Algunos de los métodos empleados para remediar los suelos contaminados en nuestro país son: a) Ventilación de suelos. Es un método que permite eliminar malos olores e hidrocarburos volátiles. Consiste en aspirar los gases subterráneos mediante bombas; se usa especialmente en los terrenos aledaños a las gasolineras. b) Degradación biológica. Se ocupa para sanear suelos contaminados con materiales orgánicos, como grasas, acei tes, plaguicidas, fertilizantes y derivados de petróleo. En este caso, se promueve la aireación del suelo, al mismo tiempo que se introducen bacterias aeróbicas para que degraden las sustancias contaminantes. c) Extracción. Es adecuado para tratar suelos contaminados con metales pesados, cianuros y otras sustancias tóxicas; para ello, se retira el suelo afectado y se le deposita en un líquido extractor en el que se disuelven los contaminantes. Posteriormente, el material depurado se separa y se devuelve al suelo. d) Biorrestructuración. Es un tratamiento para suelos contaminados con bajas concentraciones de aceites pesados, como el queroseno y los aditivos de la gasolina. Consiste en añadir nutrientes al terreno para promover los procesos biológicos naturales del suelo. e) Confinamiento. Se trata de una medida que permite aislar los productos tóxicos que no se pueden tratar. Consiste en enterrar los contaminantes en el suelo a una profundidad mínima de 300 m, luego se les aisla, cubre y sella; éstos permanecerán en este sitio el tiempo que dure su degradación. Este método se sigue con los materiales radiactivos y sólo puede aplicarse en los suelos que están alejados de los mantos acuíferos. 85
PON TE ma e n f o r s líneas los concep tos. 25. De fine en las siguien te Suelo Horizon te del suelo Erosión
fesor. sumen y en trégalo a tu pro re un z Ha os. us s su son s ía geo térmica y cuále 26. In ves tiga qué es la energ trolar dos inno vadores para con to mé ne po pro a, nci cie la de de las ramas más recien tes imien tos y e xplícalo a tus ed oc pr tos es de o un a 27. La bio tecnología, una ves tig r ecosis temas dañados. In erno. la con taminación y sanea cha y péguenla en su cuad a fi eñ qu pe a un n ga ha , compañeros. Jun tos
REPASA
lo importante La contaminación se puede definir como la presencia en el ambiente de agentes físicos, químicos, biológicos o nucleares en cualquier forma y nivel de concentración, tales que alteren el equilibrio natural del planeta y sean nocivos para la salud, la higiene o el bienestar de los seres vivos. Las fuentes de contaminación pueden ser naturales o antropogénicas. Tradicionalmente, para su estudio y su interpretación, el ambiente se ha dividido en tres componentes: aire, agua y suelo. Los contaminantes atmosféricos son sustancias que producen efectos nocivos cuando se encuentran en el ambiente en concentraciones mayores a las normales. Para su estudio se clasifican en primarios y secundarios. Los contaminantes primarios se incorporan directamente a la atmósfera, como consecuencia de un proceso natural o de la activad humana. Entre ellos están: monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO 2), dióxido de nitrógeno (NO2), hidrocarburos y partículas microscópicas suspendidas. Los contaminantes secundarios son los que se forman cuando dos o más contaminantes primarios reaccionan entre ellos o con otras sustancias presentes en la atmósfera. Algunos de ellos son: el ozono (O 3), el trióxido de azufre (SO3), los nitratos de peroxiacilo (PANs), el ácido sulfúrico (H 2SO4), el ácido nítrico (HNO3), los aldehídos y las cetonas. Las ecuaciones químicas nos permiten representar los fenómenos atmosféricos relacionados con la contaminación; por medio de la estequiometría podemos calcular las cantidades de contaminantes emitidos a partir de un proceso químico. 86
Entre los fenómenos contaminantes del aire se pueden mencionar: la formación de esmog, la inversión térmica, el efecto invernadero y la lluvia ácida. De toda el agua presente en la corteza terrestre, sólo el 2.5% es agua dulce. Para ser considerada potable, el agua debe reunir requisitos indicados por la legislación de cada país. Las normas para la potabilidad del agua en México tienen en cuenta aspectos físicos, químicos y microbiológicos. La contaminación del agua se produce cuando pierde estas características y no se puede aprovechar, pues su uso implica un riesgo para nuestra salud. Los contaminantes del agua se clasifican en físicos, químicos inorgánicos, químicos orgánicos y biológicos. Las aguas residuales, por su origen, se clasifican en: domésticas, urbanas, industriales y agrícolas. Existen diversos métodos de tratamiento que se aplican a las aguas residuales antes de verterlas a ríos, lagos y mares; en general, se fundamentan en separar o degradar los contaminantes por medio de métodos físicos, químicos o biológicos. El suelo es la capa más externa de la corteza de terrestre. Está formado por sólidos, líquidos y gases, dispuestos horizontalmente en forma de capas denominadas horizontes. El suelo es afectado por la erosión y la acumulación de sustancias tóxicas, basura y materiales radiactivos; esto da lugar a un problema de contaminación que tiene graves consecuencias. Algunos de los métodos utilizados en nuestro país para tratar los suelos contaminados son: degradación biológica, extracción, ventilación de suelos, biorrestructuración y confinamiento.
¿qué diCEs
ahora?
1. Regresa a la actividad de inicio de bloque y modifica o vuelve a contestar la pregunta final, pero justifica tu respuesta con lo que has aprendido hasta ahora. Anota a con tinuación tu nueva respuesta o las modificaciones hechas. Complementa tus respuestas con las de tus compañeros y concluyan en grupo.
87
2. Identifica un problema de contaminación en tu entorno. Escribe en tu cuaderno un breve comentario acerca de él (qué lo provoca, cómo se origina) cuya idea central sea proponer medidas para evitarlo y hacer un uso racional de los recursos naturales de tu comunidad. 3. Elabora en tu cuaderno un cuadro sinóptico en el que enlistes los contaminantes primarios y secundarios. Indica cuáles son los problemas que genera cada uno. 4. Reflexiona y explica: ¿la ciencia y la tecnología son útiles o perjudiciales para el desarrollo sustentable de la sociedad? Fundamenta tu respuesta en tu cuaderno. 5. Escribe en tu cuaderno una lista de los productos químicos que están presentes en tu vida cotidiana y explica qué uso les das, cómo los desechas y qué impacto causan en el ambiente. 6. Analiza las imágenes y explica su interpretación. Considera cómo se relacionan entre sí.
7. Investiga qué es el Protocolo de Kioto y qué impacto ha tenido en la promoción del desarrollo sustentable. 8. Indaga en qué consiste el programa de “Las tres R” y diseña una propuesta para implementarlo en tu casa y en tu escuela. Anota tus ideas en las siguientes líneas.
88
¿estás
en forma? 1. Explica en tus palabras el concepto de contaminación ambiental .
2. Relaciona las columnas escribiendo en el paréntesis de la derecha la letra que corresponda al contaminante al que se alude. A. Se produce durante la combustión incompleta de los hidrocarburos.
Monóxido de nitrógeno (NO)
(
)
B. Se produce en las plantas generadoras de energía eléctrica y durante las tormentas eléctricas.
Dióxido de azufre (SO2)
(
)
C. Se forma a partir de la reacción entre el nitrógeno y el oxígeno del aire a altas temperaturas.
Hidrocarburos
(
)
D. Se forma cuando el dióxido de nitrógeno (NO2) reacciona con el vapor de agua.
Ozono (O3)
(
)
E. Provoca destrucción del esmalte de los dientes y enfermedades como asma, enfisema pulmonar, fatiga y catarro crónico.
Partículas Suspendidas Totales (PST)
(
)
F. Son compuestos orgánicos en estado gaseoso derivados de la quema incompleta de combustibles fósiles.
Monóxido de carbono (CO)
(
)
G. Son partículas sólidas o líquidas de tamaño microscópico que se encuentran dispersas en la atmósfera.
Clorofluorocarbonos (CFC)
(
)
H. Se utilizan en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado; causan la reducción de la capa de ozono.
Dióxido de carbono (CO2)
(
)
Ácido nítrico (HNO3)
(
)
J. Es una mezcla de niebla, humo, dióxido de azufre, y partículas sólidas como cenizas y hollín.
Dióxido de nitrógeno (NO2)
(
)
K. Se produce de manera natural en las combustiones completas y las emanaciones volcánicas.
Esmog industrial
(
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I.
Es un componente natural de la estratosfera.
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3. Identifica fuentes de contaminación en tu entorno y clasifícalas en naturales y antropogénicas en la siguiente tabla. Naturales
Antropogénicas
4. Explica en las líneas la diferencia que hay entre el esmog industrial y el esmog fotoquímico.
5. Escribe en el siguiente espacio las ecuaciones que describen la formación de los componentes de la lluvia ácida.
6. Anota en el paréntesis una “V” en los enunciados que consideres verdaderos y una “F” en los que consideres falsos. La atmósfera terrestre consiste casi por completo en oxígeno, nitrógeno y argón. El vapor de agua en la atmósfera terrestre es el responsable del efecto invernadero. Venus tiene una densa atmósfera de CO2 que da lugar al calentamiento del planeta. El efecto invernadero promueve la acumulación de contaminantes en la atmósfera de la Tierra. El efecto invernadero es deseable para facilitar el cultivo de hortalizas. Uno de las consecuencias más graves del efecto invernadero es el calentamiento global. 7. Escribe en una frase el significado de los siguientes conceptos. a) Agua dulce b) Agua potable c) Agua negra d) Agua gris e) Agua residual
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( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) )
