QUÍMICA ATMOSFÉRICA

QUÍMICA ATMOSFÉRICA

Estructura y propiedades de la atmósfera terrestre:

La atmósfera que rodea a la tierra es una envoltura gaseosa de aproximadamente 2000 Km. de espesor.

Está dividida en regiones:

Cada una de ellas posee diferentes propiedades relativas a la densidad, temperatura, tipo de actividad química, energía de la radiación solar incidente.

El límite entre una región y otra se denominan “pausa”.

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[pic 2]

CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS:

La química atmosférica comprende la atmósfera no contaminada, la atmósfera contaminada y una amplia gama de degradaciones entre ambos casos.

Las especies químicas gaseosas atmosféricas caen dentro de las siguientes clasificaciones:

Oxidos inorgánicos: CO, CO2, NO2, SO2

Oxidantes: O3, H2O2

Radical OH*

Radical HO2

Radicales  ROO*, NO3

Reductores: CO, SO2, H2S

Compuestos orgánicos: también reductores CH4  (predominante), aalcanos, alquenos y compuestos arílicos (cerca de las fuentes de contaminación).

Especies orgánicas oxidadas: carbonilos, nitratos orgánicos

Especies fotoquímicamente activas: NO2, formaldehidos, ácidos (H2SO4), bases (NH3), sales (NH4HSO4)

Especies reactivas inestables. NO2* y el OH*

Nuestra atmósfera recibe de forma regular entrada de diferentes gases procedentes de varias fuentes naturales como:

• Incendios
• Relámpagos
• Procesos de degradación aeróbica y anaeróbica
• Emisiones volcánicas

Estas emisiones incluyen diferentes gases como:

• CO
• NO
• SO2

Así como diversos compuestos formados por la combinación de hidrógeno y de un elemento en su forma reducida, tales como:

-NH3

- H2S

-CH4

Estos gases no se acumulan en las atmósferas limpias, ya que además de las fuentes que los originan, también disponen de sumideros que los van destruyendo continuamente, por medio de procesos de oxidación que se dan en la atmósfera.

La característica más importante de la química atmosférica es la ocurrencia de reacciones fotoquímicas, como consecuencia de la absorción de fotones de radiación electromagnética del sol, la energía de un fotón está dada por la ecuación:

                E = H.v

A menudo designado por un asterisco* y el radical OH*

Uno de los problemas al estudiar la química atmosférica es que las concentraciones son demasiado bajas, de manera que la detección y el análisis de los productos de las reacciones son bastante difíciles.

Las reacciones fotoquímicas, incluso en ausencia de un catalizador químico, ocurren a temperaturas mucho más bajas a las reacciones que ocurren en la oscuridad. Estas reacciones que ocurren después de absorber un fotón de luz que producen una especie excitada electrónicamente son determnadas en gran medida por laforma en que la especie excitada pierde su exceso de energía. Esto puede ocurrir por uno de los procesos siguientes:

1. Pérdida de energía a otra molécula o átomo (M), seguida por disipación de energía en forma de calor.

O2*  + M  🡪  O2 + M (más alta energía)

1. Disociación de la molécula excitada:

O2* 🡪  O+O

1. Reacción directa con otra especie:

O2* + O3 🡪  2 O2 + O

1. Luminiscencia: consiste en la pérdida de energía por emisión de radiación electromagnética:

NO2* 🡪  NO2 + hv

Si la re-emisión de luz es casi instantánea, la luminiscencia se denomina fluorescencia, y si se retarda significativamente se denomina fosforescencia, se dice que ocurre quimioluminiscencia cuando la especie excitada se forma por un proceso químico.

        Ejemplo:

 O3 + NO 🡪  NO2*  + O2 ( mas alta energía)

1. Transferencia de energía intermolecular: en la que una especie excitada transfiere energía a otra especie, la cual queda escitada:

O2* + Na 🡪 O2 + Na*

1. Transferencia intramolecular n que la energía se transfiere dentro de una misma molécula:

XY*  🡪 XY+

Estas reacciones de oxidación se esperaría que se produjeran con el oxígeno diatómico, pero no es posible por que la energía de activación es demasiado alta, es por esto que estas reacciones empiezan cuando los gases son atacados por el radical libre OH- a pesar de que esta especie se encuentra en el orden de pocos millones de moléculas por cm3, en las últimas décadas la concentración de OH- ha permanecido constante.

REACCIONES DEL OXÍGENO ATMOSFÉRICO:

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El oxígeno en la tropósfera desempeña un papel importante en procesos que ocurren en la superficie terrestre, toma parte en las reacciones productoras de energía como en la quema de combustibles fósiles:

        CH4 (gas natural) + 2O2  🡪  CO2 + 2 H2O

El oxígeno atmosférico también es utilizado por los organismos aerobios en la degradación de material orgánico, además se da algunas reacciones espontáneas como:

        4FeO + O2 🡪  2 Fe2O3

El oxígeno es devuelto a la atmósfera por la fotosíntesis de las plantas:

        CO2 + H2O + hv 🡪 CH2O + O2

Debido a la contaminación atmosférica y al efecto de la radicación ionizante, el oxígeno elemental en la atmósfera existe en diferentes formas O2, O, O2* y O3 (ozono)

El O existe en la termósfera, gracias a una reacción fotoquímica:

        O2 + hv 🡪  O+O

La reacción de producción de ozono:

        O + O2 🡪 O3

La región de concentración máxima de ozono se encuentra dentro del intervalo de 25 a 30 km de altura en la estratósfera, donde puede alcanzar la concentración de 10 ppm. La concentración absoluta del O3  en la atmósfera alcanza un valor máximo de casi 10E13 moléculas/cm3 a una altitud de 20 a 25 km donde la presión de la atmósfera en menos de una décima parte de la presión atmosférica.

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