Opción e: química ambiental e1 Contaminación atmosférica




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Influencia de los gases de invernadero en el calentamiento global



Evidencias de muestras de diferentes capas de hielo tomadas de Groenlandia muestran que han tenido lugar grandes fluctuaciones en la temperatura global en el pasado. Sin embargo, la mayoría de los científicos ahora aceptan que la rápida tasa de cambio actual en el calentamiento global es una consecuencia directa del incremento de las emisiones de gases invernadero, que han aumentado considerablemente desde el comienzo de la Revolución Industrial.

La predicción de las consecuencias del calentamiento global son complejas y no siempre se está de acuerdo acerca de ellas, como también es difícil evidenciar conexiones directas entre el incremento de las emisiones de gases de invernadero y los cambios en los patrones del ‘clima’ tales como las inundaciones, tormentas y huracanes. Los dos efectos mayores son:


  • Cambios en la agricultura y en la biodistribución como causa del calentamiento global.

  • Aumento del nivel del mar debido a la expansión térmica y al deshielo de las capas de hielo polares y de los glaciares


Se supone un aumento del riesgo de algunas enfermedades tales como la malaria debido a que los mosquitos se mueven a climas más cálidos. Las economías de ciertos países pueden sufrir cambios en los patrones en el turismo, y los problemas para mantener un suministro global suficiente de agua dulce para beber son fáciles de complicarse.

E4 Disminución de la capa de ozono


Formación y desaparición del ozono en la estratosfera.
La capa de ozono en la estratosfera está entre los 12 y 50 Km sobre la superficie de la Tierra. El ozono de la estratosfera está en equilibrio dinámico con el oxígeno, y está continuamente formándose y descomponiéndose. El doble enlace en el oxígeno se rompe por la alta energía procedente de la radiación ultravioleta (λ = 242 nm) del sol para formar átomos. Esos átomos de oxígeno se llaman radicales, porque poseen electrones desapareados que son muy reactivos. Un radical de oxígeno puede reaccionar con una molécula de oxígeno para formar una molécula de ozono:

O=O (g) + UV (alta energía) → 2O*(g)

O3 (g) + O*(g) → 2O2 (g)

Los enlaces en el ozono son más débiles, con lo que la radiación ultravioleta de menor energía los romperá. Cuando éstos se rompen, ocurre el proceso inverso, y el ozono se descompone en una molécula de oxígeno y un radical de oxígeno. El radical puede entonces reaccionar con otra molécula de ozono para formar dos moléculas de oxígeno:

O3 (g) + UV (baja energía) → O2 (g) + O*(g)

O3 (g) + O*(g) →2O2 (g)
La tasa de producción de ozono es igual a la tasa a la tasa de la destrucción de ozono. Este tipo de equilibrio se conoce como estado de equilibrio. Como la formación y desaparición del ozono absorbe una gran cantidad de radiación ultravioleta, la capa de ozono sirve de protección de la superficie de la Tierra de la radiación perjudicial. Este estado de equilibrio ha sido alterado por contaminantes destructores del ozono, de los cuáles los principales son cloroflúorocarbonos (CFCs), y óxidos de nitrógeno.
Alternativas para los CFCs.
Desde el protocolo de Montreal en 1987, el uso de CFCs está siendo retirado progresivamente. Aún así, debido a su baja reactividad se espera que permanezcan en la atmósfera en unos 80 años como mínimo. Éstos destruyen la capa del ozono porque la radiación ultravioleta rompe el enlace C-Cl, que es bastante débil. Los sustitutos para los CFCs deben tener unas propiedades como una baja reactividad, baja toxicidad, y también una baja inflamabilidad. Además, no deben absorber la radiación infrarroja. De otra manera actuarán como gases que favorezcan el efecto invernadero. Los más inmediatos sustitutos son los HCFCs, es decir los hidrocloroflúorocarbonos como el CHF2Cl, porque se descomponen más fácilmente y no aumenten en la estratosfera. Otras alternativas están siendo investigadas para ser usadas como refrigerantes, como los HFCs, hidrofluorocarbonos, pero son inflamables y también contribuyen al calentamiento global.

E5 Oxígeno disuelto en agua


La importancia del oxígeno disuelto en agua y la demanda biológica de oxígeno.
A 1 atmósfera de presión y una temperatura de 20 º la solubilidad máxima del oxígeno en agua es de aproximadamente 0,009 g / dm3. Aunque este valor es pequeño, es importante, ya que la mayoría de platas acuáticas y animales necesitan oxígeno para su respiración aeróbica. Los peces necesitan los más altos niveles, en torno a 0,003 g/dm3 para poder vivir; y sin embargo las bacterias no necesitan tanto. Para mantener el balance y la diversidad en el mundo acuático los niveles de oxígeno no deben ser menores de 0,006 g / dm3.

Cuando la materia orgánica se descompone aeróbicamente en el agua, agota toda la cantidad de oxígeno disuelto. La demanda biológica de oxígeno (DBO) es una medida del oxígeno disuelto, requerido para descomponer la materia orgánica en agua biológicamente. Normalmente, esta magnitud se mide durante un periodo de 5 días. El agua que tiene una alta DBO sin medios para reponer el oxígeno, no será capaz de mantener la vida acuática. Un río que fluye rápidamente puede ir recomponiendo su pureza, porque el agua se oxigena por la acción mecánica por la cuál fluye. Los lagos tienen poco flujo y la re oxigenación es mucho más lenta o ni siquiera ocurrirá. El agua pura tiene una DBO de menos de 1 ppm (0,001g/dm3); el agua con una DBO en torno a 5 ppm se considera como contaminada.
Medición de la DBO.
La DBO de cualquier muestra de agua puede ser determinado por el método Winkler. Esa muestra de agua se satura con oxígeno hasta que la concentración inicial de oxígeno disuelto se conoce. Se mide un determinando volumen de la muestra y se incuba a una cierta temperatura durante 5 días mientras los microorganismos en el agua oxidan el material orgánico. Un exceso una sal de manganeso (II) se añade a la muestra. En un medio alcalino los iones del manganeso (II) se oxidan a óxido de manganeso (IV):

2Mn2+(aq) + 4OH- (aq) + O2 (aq) 2MnO2 (s) + 2H2O (l)

Después se añade ioduro de potasio, que se oxida por el óxido de manganeso (IV) en una solución ácida para formar ioduro:

MnO2 (s) + 2I-(aq) + 4H`+ (aq) 2Mn2+(aq) + I2 (aq) + 2H2O (l)

El iodo desprendido se valora después con una solución estándar de tiosulfato de sodio.

I2 (aq) + 2S2O3 2-(aq) S4O6 2-(aq) + 2I-(aq)

Por ultimo, conociendo el número de moles de iodo producidos, la cantidad de oxígeno presente en la muestra de agua se puede calcular y de ahí su concentración.
Descomposición aeróbica y anaeróbica.
Si hay suficiente oxígeno presente, el material orgánico y los óxidos se descomponen aeróbicamente y los óxidos. La descomposición anaeróbica involucra a los organismos que no necesitan oxígeno. Los productos están en su forma reducida y normalmente huelen mal y son tóxicos.


Elemento

Descomposición aeróbica.

Descomposición anaeróbica.

Carbono

CO2

CH4

Nitrógeno

NO3-

NH3 + aminas

Azufre

SO42-

H2S

Fósforo

PO43-

PH3


Eutroficación.
Los nitratos procedentes de la ganadería intensiva y el exceso de uso de fertilizantes, junto con los fosfatos procedentes de los fertilizantes y detergentes, se acumulan en los lagos. Actúan como nutrientes y aumentan el ritmo de crecimiento de las plantas y algas. Esto puede ocurrir también en áreas de lento movimiento de agua de mar. Normalmente, cuando las plantas y algas mueren se descomponen aeróbicamente formando dióxido de carbono y agua. Sin embargo, si el crecimiento es excesivo y el oxígeno disuelto no es suficiente para ello, entonces la descomposición sea anaerobia. Los hidruros formados como el amonio, el sulfuro de hidrógeno y la fosfina, no sólo huelen mal sino que contaminan el agua. Más especies morirán, como resultado de la descomposición anaeróbica, y el lago se verá casi desprovisto de vida, proceso denominado como Eutroficación.
Contaminación térmica.
La solubilidad del oxígeno en el agua depende de la temperatura. Como la temperatura ha aumentado, la solubilidad disminuye. Al mismo tiempo la tasa metabólica de los peces y otros organismos aumenta, con lo que aumenta la demanda de oxígeno. Muchas industrias usan agua como refrigerante, y los descuidados escapes de agua caliente llega a los ríos puede causar considerable contaminación térmica.

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