Quimica Ambiental

Curso: Química 1

QUÍMICA AMBIENTAL 3

1. DEFINICIÓN 3

2. LA ATMÓSFERA Y SUS PARTES: variaciones de presión y temperatura 3

3. COMPOSICIÓN DEL AIRE 5

3.1. Realiza cálculos para hallar la fracción molar del nitrógeno, oxigeno, anhídrido carbónico, de los valores promedios de contenidos del aire. 5

3.2. REACTIVIDAD ENTRE LOS COMPONENTES DEL AIRE 6

4. LLUVIA ÁCIDA 7

5. CAPA DE OZONO 8

5.1. MECANISMO DE ROPTURA DE LA CAPA DE OZONO 8

5.2. ¿CUÁLES SON LOS CLOROFLUOROCARBONOS? 9

5.3. ALTERNATIVAS PARA SUSTITUIR CFC 10

6. EL SMOG FOTOQUÍMICO 11

6.1. DEFINICIÓN DEL SMOG FOTOQUÍMICO 11

6.2. EXPLIQUE CON REACCIONES EL MECANISMO DEL SMOG FOTOQUÍMICO (Formación de ozono en la troposfera). 11

7. CALENTAMIENTO GLOBAL 12

7.1. EMISIONES DE CO2 12

7.2. DEMOSTRACIONES ESTEQUIOMÉTRICAS 13

8. QUÍMICA VERDE 16

8.1. Recomendaciones 16

8.2. Diferencias entre biodiesel y gasohol 16

8.3. Toxicidad de cadmio y plomo 17

9. BIOGRAFIA 17

QUÍMICA AMBIENTAL

DEFINICIÓN

Estudia la naturaleza de la atmosfera y la hidrósfera terrestre, y formas en que las actividades humanas han alterado estos vitales componentes del ambiente. Los perfiles de temperatura y presión de la atmósfera terrestre, así como su composición química. Estudia también las regiones superiores de atmósfera y regiones más bajas, donde sus presiones son bajas y altas respectivamente.

Es la aplicación de la química al estudio de los problemas y la conservación del ambiente. Estudia los procesos químicos que tienen lugar en el medio ambiente global, o en alguna de sus partes: el suelo, los ríos y lagos, los océanos, la atmósfera, así como el impacto de las actividades humanas sobre nuestro entorno y la problemática que ello ocasiona. El desarrollo de esta disciplina mostró las graves consecuencias que tuvo para la capa de ozono, también se ocupa de los procesos, reacciones, evolución e interacciones que tienen lugar en las masas de agua continentales y marinas por el vertido de contaminantes antropogénicos. Asimismo, estudia los tratamientos de dichos vertidos para reducir su carga dañina.

LA ATMÓSFERA Y SUS PARTES: variaciones de presión y temperatura

Es la parte gaseosa de la tierra, siendo la capa más externa y menos densa del planeta. Está constituida por varios gases que varían en cantidad según la presión a diversas alturas; esta mezcla de gases que forma la atmósfera recibe genéricamente el nombre de aire. La atmósfera determina el ambiente en que vivimos.

La temperatura de la atmósfera terrestre varía con la altitud. La relación entre altitud y la temperatura es distinta dependiendo de la capa atmosférica considerada: troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera.

Las divisiones entre una capa y otra se denominan respectivamente tropopausa, estratopausa, mesopausa y termopausa.

La temperatura de la atmósfera varía de manera compleja en función de la altitud, la atmósfera se divide en cuatro regiones sobre la base de este perfil de temperaturas. Por encima de la de la superficie, en la troposfera, la temperatura disminuye normalmente al aumentar la altitud y alcanza un mínimo de 215k aproximadamente a los 12km.

Por encima de la tropopausa la temperatura aumenta con la altitud, y alcanza un máximo de 275K aproximadamente a los 50km y se le denomina estratosfera. Las fronteras de la regiones son importantes porque el proceso de mezclado de los gases a través de ellas es relativamente lento. por ejemplo: los gases contaminantes que se generan en la troposfera alcanzan la estratosfera con gran lentitud.

A diferencia de los cambios de temperatura que tienen lugar en la atmósfera, la presión atmosférica disminuye con regularidad al aumentar la altitud; la presión atmosférica decae con mucho mayor velocidad a bajas temperaturas que a más elevadas, debido a la comprensibilidad de la atmósfera.

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COMPOSICIÓN DEL AIRE

Realiza cálculos para hallar la fracción molar del nitrógeno, oxigeno, anhídrido carbónico, de los valores promedios de contenidos del aire.

La atmósfera terrestre está conformada por varios gases que varían en cantidad según la presión a diversas alturas, esta mezcla recibe genéricamente el nombre de aire.

La atmosfera es bombardeada por la radiación y las partículas de alto contenido de energía proveniente del sol, además debido al campo gravitatorio de la tierra, los átomos y moléculas más ligeros tienden a elevarse en la parte superior; como resultado de todos estos factores la composición de la atmosfera no es uniforme.

Hallando la fracción molar de nitrógeno considerando la composición de nitrógeno, oxígeno y el dióxido de carbono.

Fracción molar

FRACCIÓN MOLAR

0,78 moles de nitrógeno (N2)

0,21 moles de oxígeno (O2)

0,0004 moles de dióxido de carbono (CO2)

Moles totales= 0.99 moles

Por formula tenemos

Fracción molar= (moles del soluto)/(moles del solvnte)

Para el nitrógeno

Fracción molar= (0,78moles de nitrogeno)/(0,99 moles totales) fraccion molar=0,7878

Para el oxígeno

Fracción molar= (0,21 moles del oxígeno)/(0,99 moles totales) fraccion molar=0,2121

Para dióxido de carbono

Fracción molar= (0,0004 moles de dioxido de c)/(0,99 moles totales) fraccion molar=0,000404

Aunque están presentes trazas de muchas sustancias, el N2 y el O2 constituyen alrededor de 99% de la totalidad de la atmosfera. Los gases nobles y el CO2 integran la mayor parte del resto. Composición de aire seco libre de contaminación (ver cuadro 1).

Composición del aire seco cerca del nivel del mar

Componente Contenido (fracción molar) Masa molar

Nitrógeno 0.78084 28.013g/mol

Oxigeno 0.20948 31.998g/mol

Argón 0.00934 39.948 g/mol

Dióxido de carbono 0.000375 44.0099 g/mol

Neón 0.00001818 20.183 g/mol

Helio 0.00000524 4.003 g/mol

Metano 0.000002 16.043 g/mol

Criptón 0.00000114 83.80 g/mol

Hidrógeno 0.0000005 2.0159 g/mol

Óxido nitroso 0.0000005 44.0128 g/mol

Xenón 0.000000087 131.30 g/mol

REACTIVIDAD ENTRE LOS COMPONENTES DEL AIRE

Recordemos que los componentes principales de la atmósfera: N2O2. Y que la molécula de N2 posee un triple enlace entre los átomos de nitrógeno. A este muy fuerte enlace se debe en gran medida la muy escasa reactividad del N2, que reacciona sólo en condiciones extremas. La energía de enlace del O2(459kj/mol) es mucho menor que la del N2(941kj/mol), por lo que O2 es mucho más reactivo el N2. El oxígeno reacciona con muchas sustancias para formar óxidos. Los óxidos de los metales forman normalmente soluciones ácidas cuando se disuelven en agua. Los óxidos de los metales activos, como el CaO, forman soluciones básicas al disolverse en agua.

El nitrógeno atmosférico en cantidades pequeñas, se fija por la acción de fenómenos permiten que el nitrógeno reaccione con el oxígeno generosamente en la atmósfera los óxidos correspondientes, el NO y NO2.

La reactividad del oxígeno en la atmósfera es muy grande, de tal forma que la tierra tiene una atmósfera oxidante, en donde el oxígeno esta combinando con, casi, todos los elementos de la tabla periódica en forma de óxidos, como el agua y la arena (SiO2); además de participar en una gran cantidad de reacciones químicas.

REACCIONES DEL NITRÓGENO Y OXÍGENO (moléculas diatómicas)

Reacciones del nitrógeno (diatómico): la molécula es muy estable debido al triple enlace que presenta. Para romper dichos enlaces se requieren 226kcal/mol, el nitrógeno reacciona con el oxígeno a muy altas temperaturas.

Reacciones con el oxígeno (diatómico): gas incoloro, pero en estado líquido o sólido, presenta un color azul pálido. La atmósfera terrestre es oxidante, el oxígeno al ser muy reactivo se combina con casi toso los elementos de la tabla periódica.

Fotodisociación de la molecula de oxigeno

O2(g) + hv  2O(g)

Fotoionización

N2 + hv  N2 + e

O2 + hv  O2 + e

O + hv  O+ e

NO + hv  NO + e

LLUVIA ÁCIDA

Explicación química de la formación de la lluvia ácida (reacciones químicas)

En los procesos industriales se liberan millones de toneladas de SO2, que es nocivo para la salud humana, además, el SO2 se oxida a SO3 por varias rutas diferentes (como la reacción con O2 u O3). Cuando el SO3 se disuelve en agua, forma el ácido sulfúrico; H2SO4.

SO3(g) + H2O(l)  H2SO4(ac)

En la fase gaseosa el dióxido de azufre se oxida por reacción con el radical hidroxilo por una reacción molecular.

SO2 + OH  HOSO2 seguida por HOSO2 + O2  HO2 + SO3

El agua fluvial no contaminada es ácida por naturaleza y tiene en general un ph de alrededor de 5.6, la fuente principal de esta acidez natural es el CO2, que reacciona con el agua para formar ácido carbónico.

CO2 + H2O  H2CO3

Una de las fuentes más importantes es a partir de la reacciones producidas en los motores de los automóviles y aviones, donde se alcanzan temperaturas muy altas. Este NO se oxida con el oxígeno atmosférico,

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