3°Año 4°Div Química - Unidad N°4 - Lluvia Ácida y Smog Fotoquímico

3° AÑO - 3° Año - 4° División 07/09/2021 Por Diaz Pacchioni Diana
La contaminación atmosférica es uno de los problemas más importantes que tienen lugar en las ciudades. No es extraño observar en el cielo cubierto por una niebla diurna, ¿ qué es?
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Lluvia ácida
La lluvia ácida se forma cuando la humedad del aire se combina con óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre o trióxido de azufre emitidos por fábricas, centrales eléctricas, calderas de calefacción y vehículos que queman carbón o productos derivados del petróleo que contengan azufre. En interacción con el agua de la lluvia, estos gases forman ácido
nítrico, ácido sulfuroso y ácido sulfúrico.

Finalmente, estas sustancias químicas caen a la tierra acompañando a las precipitaciones, lo que constituye la lluvia ácida. Destruye plantas, cosechas y jardines, entre otros.
Los contaminantes atmosféricos primarios que dan origen a la lluvia ácida pueden recorrer grandes distancias, ya que son trasladados por el viento a cientos o miles de kilómetros antes de precipitar en forma de rocío, lluvia, llovizna, granizo, nieve, niebla o neblina. Cuando la precipitación se produce puede provocar deterioro en el medio ambiente.
La lluvia normalmente presenta un pH de aproximadamente 5,65 (ligeramente ácido), debido a la presencia del CO2 atmosférico, que forma ácido carbónico, H2CO3
. Se considera lluvia ácida si presenta un pH menor que 5,1 y puede alcanzar el pH del vinagre (pH 3), valores que se alcanzan cuando en el aire hay uno o más de los gases citados.
Formación
Una gran parte del SO2(dióxido de azufre) emitido a la atmósfera procede de la emisión
natural que se produce por las erupciones volcánicas, que son fenómenos irregulares. Sin
embargo, una de las fuentes de SO2 es la industria metalúrgica.
El SO2 puede proceder también de otras fuentes, como por ejemplo del sulfuro de dimetilo,
(CH3)2S, u otros derivados, o como sulfuro de hidrógeno, H2S. Estos compuestos se oxidan
con el dióxido atmosférico dando SO2. Finalmente el SO2 se oxida a SO3 (interviniendo en
la reacción radicales hidroxilo y oxígeno) y este SO3 puede quedar disuelto en las gotas de lluvia. Las emisiones de SO2 se generan en procesos de obtención de energía: el carbón, el
petróleo y otros combustibles fósiles contienen azufre en unas cantidades variables
(generalmente más del 1 %), y, debido a la combustión, el azufre se oxida a dióxido de
azufre.
S + O2 → SO2
Los procesos industriales en los que se genera SO2, por ejemplo, son los de la industria
metalúrgica. En la fase gaseosa el dióxido de azufre se oxida por reacción con el radical
hidroxilo por una reacción intermolecular.
SO2 + OH· → HOSO2
seguida por
HOSO2· + O2 → H2O· + SO 3
En presencia del agua atmosférica o sobre superficies húmedas, el trióxido de azufre
(SO3) se convierte rápidamente en ácido sulfúrico (H2SO4).
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(l)
Otra fuente de dióxido de azufre son las calderas de calefacción domésticas que usan combustibles que contiene azufre (ciertos tipos de carbón o gasóleo).
El NO se forma por reacción entre el oxígeno y el nitrógeno atmosféricos a alta
temperatura.
O2 + N2 → 2 NO
Una de las fuentes más importantes es a partir de las reacciones producidas en los motores térmicos de los automóviles y aviones, donde se alcanzan temperaturas muy altas. Este NO se oxida con el oxígeno atmosférico,
O2 + 2NO → 2 NO2
y este NO2 reacciona con el agua dando ácido nítrico (HNO3), que se disuelve en el agua.
3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO
Resultado:
La acidificación de las aguas de lagos, ríos y mares dificulta el desarrollo de vida acuática, lo que aumenta en gran medida la mortalidad de peces. Igualmente, afecta directamente a la vegetación, por lo que produce daños importantes en las zonas forestales, y acaba con los microorganismos fijadores de nitrógeno.
El término "lluvia ácida" abarca la sedimentación tanto húmeda como seca de contaminantes ácidos que pueden producir el deterioro de la superficie de los materiales. Estos contaminantes que escapan a la atmósfera al quemar carbón y otros componentes fósiles reaccionan con el agua y los oxidantes de la atmósfera y se transforman químicamente en ácidos sulfúrico y nítrico. Los compuestos ácidos se precipitan, entonces, caen a la tierra en forma de lluvia, nieve o niebla, o pueden unirse a partículas secas y
caer en forma de sedimentación seca.
La lluvia ácida, por su carácter corrosivo, corroe las construcciones y las infraestructuras. Puede disolver, por ejemplo, el carbonato de calcio, CaCO3, y afectar de esta forma a los
monumentos y edificaciones construidas con mármol o caliza.
Un efecto indirecto muy importante es que los protones, H+,procedentes de la lluvia ácida, arrastran ciertos iones del suelo. Por ejemplo, cationes de hierro, calcio, aluminio, plomo o zinc. Como consecuencia, se produce un empobrecimiento en ciertos nutrientes esenciales y el denominado estrés en las plantas, que las hace más vulnerables a las plagas.
Los nitratos y sulfatos, sumados a los cationes lixiviados de los suelos, contribuyen a la eutrofización de ríos, lagos, embalses y regiones costeras, lo que deteriora sus
condiciones ambientales naturales y afecta negativamente a su aprovechamiento.
Un estudio realizado en 2005 por Vincent Gauci de Open University, sugiere que cantidades
relativamente pequeñas de sulfato presentes en la lluvia ácida tienen una fuerte influencia en la reducción de gas metano producido por metanógenos en áreas pantanosas, lo cual podría tener un impacto, aunque sea leve, en el efecto invernadero.
Soluciones:
Entre las medidas que se pueden tomar para reducir las emisiones de los agentes contaminantes de este problema, contamos con las siguientes:
Reducir el nivel máximo de azufre en los diferentes combustibles.
Trabajar en conjunto con las fuentes fijas de la industria para establecer disminuciones en
la emisión de óxidos de azufre (SOx) y de nitrógeno (NOx), usando tecnologías para el
control de emisión de estos óxidos.
Impulsar el uso de gas natural en diversas industrias.
Introducir el Convertidor catalítico de tres vías.
Conversión a gas en vehículos de empresas mercantiles y del gobierno.
Ampliación del sistema de transporte eléctrico.
Instalación de equipos de control en distintos establecimientos.
Adición de un compuesto alcalino en lagos y/o ríos para neutralizar el pH.
Control de las condiciones de combustión (temperatura, oxígeno, etc.).

El smog, ¿qué es?
El término Smog o Esmog proviene de las palabras inglesas “Smoke = humo” y “Fog = niebla”, habiendo sido utilizado por primera vez a principios del siglo XX por H.A. Des Voeux, para referirse a la niebla gris o pardo-rojiza que aparecía sobre las ciudades cuando hacía calor como consecuencia de la contaminación.

El smog es uno de los tipos de contaminación del aire más importantes. Se origina mediante la combinación del aire con contaminantes durante un largo período de tiempo a altas presiones (anticiclón), lo que provoca el estancamiento del aire y la permanencia de esos gases nocivos en la troposfera.

El esmog es una mezcla química de humo y niebla con concentraciones elevadas de óxido de sulfuro y nitrógeno, hidrocarburos y partículas de plomo, manganeso, cobre, níquel, cinc y carbón.
Al principio, las causas del smog urbano eran debidas a las emisiones de hollín y azufre de las calefacciones empleadas y a las emisiones de las chimeneas de las industrias. Más tarde, también se le sumaron las de los vehículos y las procedentes de la quema de carbón.

Cabe indicar que la geografía del lugar también influye en la aparición de esmog. Así pues, aquellas ciudades costeras o elevadas en las que el aire suele quedar estancado en los anticiclones, son más propensas a este suceso.

Y en cuanto a cómo se forma el smog, podemos decir, a grandes rasgos, que esto ocurre cuando se combinan en la atmósfera los gases contaminantes con los rayos ultravioleta del sol, dando lugar a una mezcla tóxica de ozono y nitrato peroxiacilo, la cual es muy perjudicial, aunque esto varía según el tipo de smog al que nos refiramos, los cuales les explico a continuación.

Tipos de smog
Existen dos tipos de smog: el sulfuroso y el fotoquímico. El primero es el resultado de la descomposición en la atmósfera de los gases de azufre en presencia de niebla.

En cambio, el smog fotoquímico, se origina al interaccionar la luz solar con los óxidos de nitrógeno, apareciendo generalmente durante las grandes olas de calor del verano. Veamos un poco más en detalle cada uno.

El smog fotoquímico
El smog fotoquímico o niebla fotoquímica consiste en una mezcla de contaminantes de origen primario (emitidos directamente a la atmósfera, como NOx e hidrocarburos volátiles) y secundarios (formados a partir de los anteriores al incidirles la luz solar, como el ozono troposférico, el peroxiacilo y radicales hidroxilo).

Cabe indicar que el ozono es una molécula muy reactiva que sigue reaccionando con otros contaminantes, dando lugar a un conjunto de muchas sustancias tóxicas que causan una gran contaminación fotoquímica, como nitratos de peroxiacilo, peróxido de hidrógeno, radicales hidroxilo, formaldehídos, etc.

La acumulación de los gases citados anteriormente es lo que causa la formación de la “nube” que, cuando coincide con un período de alta presión, ocasiona un aire estancado formando una niebla o bruma fotoquímica, la cual, en vez de estar constituida por gotas de agua, está compuesta de aire contaminado, dando lugar a una atmósfera nociva, irritante y, en algunos casos, tóxica.
El smog fotoquímico se dio por primera vez en Los Ángeles en 1943, cuando la combinación de óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles procedentes del escape de los vehículos reaccionaban, catalizados por la radiación solar, para formar ozono troposférico y nitrato de peroxiacilo. Al mismo tiempo, se oscurecía la atmósfera, tiñendo sus capas bajas de un color pardo rojizo y cargándola de componentes dañinos para todos los seres vivos y diversos materiales.

El esmog fotoquímico reduce la visibilidad, irritando los ojos y el aparato respiratorio. En zonas muy pobladas, el índice de mortalidad suele aumentar durante estos periodos, sobre todo cuando la inversión térmica crea sobre la ciudad una cubierta (“boina”) que impide su disipación. Esto se produce con más frecuencia en ciudades con costa o cercanas a ella, o en ciudades situadas en valles amplios, con zonas arbóreas abundantes. Su mayor incidencia se produce en las horas centrales del día, cuando la radiación solar es mayor, acelerando la producción de los contaminantes secundarios. Además, este tipo de smog se ve favorecido por situaciones anticiclónicas, fuerte insolación y vientos débiles que dificultan la dispersión de los contaminantes.

El smog sulfuroso
El smog sulfuroso, smog industrial, smog ácido, smog húmedo o smog reductor, fue muy típico en grandes urbes industriales (principalmente Londres y Chicago) debido a la contaminación por óxidos de azufre procedentes de la combustión del carbón, que reacciona con el vapor de agua de la atmósfera, formando ácido sulfuroso (de ahí su denominación) y una gran variedad de partículas sólidas en suspensión y que luego son precipitados en forma de lluvia ácida.

Este tipo de smog, origina una espesa niebla cargada de contaminantes, con efectos muy nocivos para la salud de las personas, la supervivencia de los vegetales y la conservación de edificios, estatuas y otros materiales, principalmente en las zonas urbanas dentro del país.
Consecuencias del smog en la salud
Además de reducir la visibilidad y dañar las plantas, los gases y partículas que componen el smog provocan alteraciones en la salud humana, donde las más destacables son las siguientes:

Irritación de las vías respiratorias (nariz, tráquea y pulmones), tos, dolores de garganta, bronquitis, etc.
Anemia, a causa de la alta concentración de monóxido de carbono (CO), que bloquea el intercambio de oxígeno en los pulmones y en la sangre.
Irritación de los ojos y la piel.
Diversas enfermedades (gripe, tuberculosis) por la alta concentración de agentes patógenos en el aire.
Problemas cardíacos varios, debido a que los músculos no están recibiendo la cantidad de oxígeno necesaria en cada respiración.
Las personas que tengan alergias pueden empeorar, sobre todo cuando el ambiente está más cargado o en días lluviosos al depositarse todos los contaminantes.
Además, una de las consecuencias del smog fotoquímico, es que también puede ser causa de muerte prematura. De hecho, desde 1948 hasta 1962 han muerto en Inglaterra alrededor de unas 5.500 personas por esta niebla tóxica. Y asimismo, es importante destacar que el smog y la contaminación atmosférica afectan al cerebro de los niños causando problemas de concentración y, por ende, retrasando su aprendizaje y desarrollo.
Consecuencias del smog en el medio ambiente
Los efectos del smog en el medio ambiente más importantes son su impacto en el paisaje y los cambios que causa en el clima. En cuanto al paisaje, el smog en exceso hace que no haya nubes, ni cielos despejados ni noches estrelladas, sólo un velo amarillento-grisáceo sobre nosotros.

Mientras que los efectos del smog en el clima pueden ser:

Aumento de calor: a pesar de que es más complicada la incidencia de los rayos del sol por la barrera de smog, el calor generado en el interior no es capaz de salir al exterior por la acumulación de los gases, provocando un ascenso de temperaturas.
Se alteran las precipitaciones: puesto que las sustancias contaminantes y las partículas en suspensión de carbón ocasionan un descenso en los niveles de lluvia. Pero si no hay lluvia no se puede eliminar la contaminación de forma natural.
Y por otra parte, es importante decir que el smog produce daños sobre masas forestales y cultivos. Las funciones metabólicas y los tejidos de las plantas resultan afectados por diversos compuestos gaseosos con azufre o flúor, los cuales causan la degeneración de los tejidos de las hojas (necrosis o clorosis) y pueden llegar a paralizar el crecimiento de las plantas.

Soluciones para el smog
En la lucha contra el smog tenemos a los gobiernos y grandes corporaciones, los ciudadanos y la propia naturaleza.

En primer lugar, el smog se puede combatir perfectamente por sí mismo gracias a la acción de la naturaleza, la cual mediante la lluvia y el viento, limpia y renueva el aire. Por esto mismo, es mucho más frecuente que aparezca el smog en zonas donde hay escaso o simplemente no hay viento y donde llueve poco.

Pero si la naturaleza ya no dispone de las herramientas necesarias para poder contrarrestar tan elevado nivel de contaminación, es cuando entran en juego los gobiernos y las grandes corporaciones. En realidad, estos últimos son, en parte, causantes de que las ciudades se sigan llenando de smog porque son los que permiten las emisiones contaminantes, la mayor parte producidos por fábricas y plantas industriales. Por lo que finalmente, somos los ciudadanos los que poco a poco podemos ayudar a la naturaleza a combatir el smog.

Por tanto, gestos tan fáciles como coger un autobús, hacen que mejore la calidad del aire, y si a esto le sumamos la colocación de más espacios verdes, ya sean parques, techos verdes o incluso jardines verticales, las ciudades podrán tener un respiro y por consiguiente, nosotros también.

Resolver el cuestionario de esta lectura y el trabajo práctico "tipo de ácidos" .

Bibliografía seleccionada de Wikipedia y https://www.greenteach.es/

Tipos de Ácidos

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