QUIMICA DEL NITROGENO Y EL AZUFRE Y OZONO
jsdjjApuntes2 de Noviembre de 2016
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QUIMICA DEL NITROGENO Y EL AZUFRE Y OZONO
La química del azufre y el nitrógeno en el aire se estudia en forma paralela debido a las grandes diferencias y semejanzas que existen entre estos dos elementos.
El azufre y el nitrógeno se caracterizan por ser elementos poco reactivos e inocuos para los humanos. Los dos son necesarios para la vida.
El Nitrógeno es el principal componente de la atmosfera lo que genera que sus reacciones se generen en la atmosfera.
El azufre es el decimosexto elemento más abundante en la corteza terrestre, encontrándose presente primordialmente en la forma de sulfatos en su mayora como yeso (Ca SO4). 10 H2O. También se encuentra en cantidad significativa en algunos combustibles (madera, carbón, combustóleo, gasolina). LA mayoría de las reacciones del azufre se dan por elementos componentes del suelo.
Tanto los óxidos de nitrógeno como los de azufre o contribuyen la formación de PM 10.
A continuación se muestran las reacciones de oxidación y reducción del azufre y del nitrógeno en la atmosfera.
Reducción | Forma elemental | Oxidación primera etapa | Oxidación segunda etapa | Hidrólisis |
Alta presión, alta temperatura, catalizador | Oxigeno atmosférico altas temperaturas (combustión) Bajas temperaturas (formación de herrumbre) | Lentamente en la atmosfera Rápido en reactor catalítico | Velocidad depende de humedad atmosférica | |
NH3 | N2 | NO | NO2 | HNO3 |
Amoniaco | Nitrógeno elemental | Oxido de nitrógeno | Bióxido de nitrógeno | Acido Nítrico |
H2S | S | SO2 | SO3 | H2SO4 |
Sulfuro de hidrogeno | Azufre elemental | Bióxido de azufre | Trióxido de azufre | Acido Sulfúrico |
Por oxidación se entiende la adición de oxigeno y por reducción la adición de hidrogeno.
Los productos de la reducción son anhídrido sulfuroso y amoniaco los cuales son tóxicos a elevadas concentraciones. En la atmosfera existen a bajas concentraciones.
Los productos de la oxidación son gases a temperatura ambiente. De los óxidos de azufre , solamente el SO2 reviste importancia ambiental y es el indicador de contaminación
El nitrógeno puede formar 6 gases diferentes al oxidarse, pero tan solo tres son de interés desde el punto de vista ambiental NO, NO2 y N2O, siendo el NO2 el indicador de contaminación ambiental:
Fórmula | Nomenclatura sistemática | Nomenclatura de Stock | Nomenclatura tradicional |
N2O | Monóxido de dinitrógeno | Óxido de nitrógeno (I) | Óxido nitroso |
NO | Monóxido de nitrógeno | Óxido de nitrógeno (II) | Óxido nítrico |
N2O3 | Trióxido de dinitrógeno | Óxido de nitrógeno (III) | Anhídrido nitroso |
N2O4 | Tetróxido de dinitrógeno | Óxido de nitrógeno (IV) | Tetróxido de nitrógeno |
NO2 | Dióxido de nitrógeno | Óxido de nitrógeno (IV) | Dióxido de nitrógeno |
N2O5 | Pentaóxido de dinitrógeno | Óxido de nitrógeno (V) | Anhídrido nítrico |
Oxidos de Azufre
El azufre presente en los combustibles, al ser quemados estos, reacciona con el oxigeno del aire para formar bióxido de azufre que es emitido a la atmosfera:
S + O2 = SO2
El bióxido de azufre es un gas incoloro con un olor irritante característico. Este olor es perceptible a diferentes niveles, dependiendo de la sensibilidad individual, pero generalmente se percibe entre 0.3-1.4 ppm y es fácilmente notable a 3 ppm (Baxter, 2000; Wellburn, 1994). Es irritante a los ojos, garganta y vías respiratorias. La sobre exposición en el corto tiempo causa inflamación e irritación, provocando ardor en los ojos, tos, dificultades respiratorias y sensación de tensión en el pecho.
En la atmosfera, una parte del bióxido de azufre se precipita al suelo formando sulfato de Calcio (inerte)en virtud de la presencia de carbonato de calcio en los suelos, convirtiéndose esta en una de las formas de atrapar el bióxido de azufre formado por combustión (Estrategia global):
CaCO3 + SO2 + 0.5 O2 = CaSO4 + CO2
Si se analiza en detalle la ecuación anterior, se observa que se produce CO2 que se estaría emitiendo a la atmosfera lo cual es motivo de preocupación, sin embargo es menos perjudicial que agregar a la atmosfera cantidades equivalentes de SO2 por los daños que este causa.
Otra parte del bióxido de azufre se convierte en trióxido de azufre en presencia del oxigeno atmosférico:
SO2 +1/2 O2 + uv = SO3
En esta reacción el equilibrio se halla desplazado hacia el SO2 debido a la inestabilidad del trióxido.
El trióxido de azufre se considera contaminante secundario por ser formado en la atmosfera. El altamente higroscópico por lo que permanece por poco tiempo en la atmosfera. Forma acido sulfúrico por hidrólisis al reaccionar con la humedad atmosférica:
SO3 + H2O = H2SO4
El acido sulfúrico en la atmosfera es precursor de la lluvia acida.
La reacción se lleva a cabo en la siguiente secuencia:
El SO2 reacciona igualmente en la atmosfera con el radical hidroxilo:
SO2 + HO* = HSO3*
HSO3* + O2 = SO3 +HO2*
El ácido sulfuroso así formado puede causar disminución de Ph y causar efectos en la vida acuática El suelo puede absorber dióxido de azufre, pero no se sabe cual es su dinámica al nivel de suelo.
NOTA DE INTERES El gas natural contiene azufre en forma de H2S el cual se separa fácilmente de los otros constituyentes del gas En el petróleo liquido el azufre se encuentra combinado químicamente con los hidrocarburos por lo que para extraerlo se hace necesario romper dichos enlaces. Además el azufre esta unido a los hidrocarburos de mayor peso molecular lo que significa que tienen mayores puntos de ebullición lo que permite dar, en el proceso de cracking del petróleo, una gasolina de bajo contenido de azufre. En el carbón mineral el azufre esta libre (como pirita de hierro) o ligado químicamente a los hidrocarburos. La quema de carbón mineral genera la producción de bióxido de azufre el cual es arrastrado con los gases de chimenea. Una fracción se convierte en trióxido de azufre. |
El anhídrido sulfuroso, una vez separado de los otros componentes del gas natural se hace reaccionar con oxigeno del aire en cantidades controladas, para oxidarlo y llevarlo solo hasta azufre elemental y no hasta bióxido de azufre. El azufre se vende como relleno de terraplenes o como materia prima para fabricar acido sulfúrico.
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