*Contaminantes en el aire, generados por las diferentes industrias.
Óxido de nitrógeno (II)
También llamado óxido de nitrógeno (II) es un gas incoloro y poco soluble en agua que se produce por la quema de combustibles fósiles en el transporte y la industria. Se oxida muy rápidamente convirtiéndose en dióxido de nitrógeno, NO2, y posteriormente en ácido nítrico, HNO3, produciendo así lluvia ácida o efecto invernadero.
Monóxido de carbono (CO)
El CO es un gas que se produce a partir de la combustión a bajas concentraciones de oxígeno, lo que se denomina combustión incompleta. La bibliografía indica que 86% de las emisiones proviene del transporte, seguida con 6% por quema de combustible en la industria y 3% por procesos industriales; el 4% restante se origina en quemas y otros procesos no identificados. En forma natural se genera a partir de la oxidación de metano, comúnmente producida por la descomposición de materia orgánica.
El CO puede causar efectos adversos en la salud, ya que compite con el O2 en el torrente sanguíneo, lo que reduce la capacidad de la sangre de transportar el oxígeno a los diferentes órganos. Las personas sensibles, particularmente las que tienen problemas cardíacos, pueden ver disminuida su capacidad de oxigenación.
Contaminantes gaseosos:
en ambientes exteriores e interiores los vapores y contaminantes gaseosos aparecen en diferentes concentraciones. Los contaminantes gaseosos más comunes son el dióxido de carbono, el monóxido de carbono, los hidrocarburos, los óxidos de nitrógeno, los óxidos de azufre y el ozono. Diferentes fuentes producen estos compuestos químicos pero la principal fuente artificial es la quema de combustible fósil. La contaminación del aire interior es producida por el consumo de tabaco, el uso de ciertos materiales de construcción, productos de limpieza y muebles del hogar. Los contaminantes gaseosos del aire provienen de volcanes, e industrias. El tipo más comúnmente reconocido de contaminación del aire es la niebla tóxica (smog). La niebla tóxica generalmente se refiere a una condición producida por la acción de la luz solar sobre los gases de escape de automotores, fábricas, edificios, casas, etc.
Los aerosoles (también llamados partículas en suspensión o material particulado): un aerosol es una mezcla heterogénea de partículas sólidas o líquidas suspendidas en un gas, como el aire de la atmósfera.4 Algunas partículas son lo suficientemente grandes y oscuras para verse en forma de hollín o humo. Otras son tan pequeñas que solo pueden detectarse con un microscopio electrónico. Cuando se respira el aerosol, las partículas que contiene pueden entrar en los pulmones, irritarlos y dañarlos, con lo cual se producen problemas respiratorios. Los aerosoles de carbono negro tienen la capacidad de adsorber compuestos cancerígenos en la superficie de sus partículas.6 Las partículas finas (representadas con PM2,5, mientras que las gruesas se representan con PM10) se inhalan de manera fácil profundamente dentro de los pulmones, donde pueden permanecer durante prolongados períodos de tiempo —causando mientras tanto efectos irritantes, inflamatorios y cancerígenos7— o ser absorbidas por el torrente sanguíneo.
Monóxido de carbono.
Es uno de los productos de la combustión incompleta. Es peligroso para las personas y los animales, puesto que se fija en la hemoglobina de la sangre, impidiendo el transporte de oxígeno en el organismo. Además, es inodoro, y a la hora de sentir un ligero dolor de cabeza ya es demasiado tarde. Se diluye muy fácilmente en el aire ambiental, pero en un medio cerrado, su concentración lo hace muy tóxico, incluso mortal. Cada año, aparecen varios casos de intoxicación mortal, a causa de aparatos de combustión puestos en funcionamiento en una habitación mal ventilada.
Los motores de combustión interna de los automóviles emiten monóxido de carbono a la atmósfera por lo que en las áreas muy urbanizadas tiende a haber una concentración excesiva de este gas hasta llegar a concentraciones de 50-100 ppm,4 tasas que son peligrosas para la salud de las personas.
Dióxido de carbono
La concentración de CO2 en la atmósfera está aumentando de forma constante debido al uso de carburantes fósiles como fuente de energía4 y es teóricamente posible demostrar que este hecho es el causante de producir un incremento de la temperatura de la Tierra –efecto invernadero–4 La amplitud con que este efecto puede cambiar el clima mundial depende de los datos empleados en un modelo teórico, de manera que hay modelos que predicen cambios rápidos y desastrosos del clima y otros que señalan efectos climáticos limitados.4 La reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera permitiría que el ciclo total del carbono alcanzara el equilibrio a través de los grandes sumideros de carbono como son el océano profundo y los sedimentos. que esta formado por una molécula lineal de un átomo de carbono ligado a dos átomo de oxígeno de forma o = c = o.
Dióxido de azufre.
La principal fuente de emisión de dióxido de azufre a la atmósfera es la combustión del carbón que contiene azufre. El SO2 resultante de la combustión del azufre, que se oxida y forma ácido sulfúrico, H2SO4 un componente de la llamada lluvia ácida que es nocivo para las plantas, provocando manchas allí donde las gotitas del ácido han contactado con las hojas.4
SO2 + O = SO3
SO2 + H2O = H2SO3
SO3 + H2O = H2SO4
2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3
La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con el óxido de nitrógeno o el dióxido de azufre emitido por fábricas, centrales eléctricas y automotores que queman carbón o aceite. Esta combinación química de gases con el vapor de agua forma el ácido sulfúrico y los ácidos nítricos, sustancias que caen en el suelo en forma de precipitación o lluvia ácida. Los contaminantes que pueden formar la lluvia ácida pueden recorrer grandes distancias, y los vientos los trasladan miles de kilómetros antes de precipitarse con el rocío, la llovizna, o lluvia, el granizo, la nieve o la niebla normales del lugar, que se vuelven ácidos al combinarse con dichos gases residuales.
El SO2 también ataca a los materiales de construcción que suelen estar formados por minerales carbonatados, como la piedra caliza o el mármol, formando sustancias solubles en el agua y afectando a la integridad y la vida de los edificios o esculturas.
Metano.
El metano, CH4, es un gas que se forma cuando la materia orgánica se descompone en condiciones en que hay escasez de oxígeno; esto es lo que ocurre en las ciénagas, en los pantanos y en los arrozales de los países húmedos tropicales. También se produce en los procesos de la digestión y defecación de los animales herbívoros.
El metano es un gas de efecto invernadero del planeta Tierra ya que aumenta la capacidad de retención del calor por la atmósfera.
Tipo de contaminantes.
En la atmósfera se encuentran una serie de compuestos que contribuyen a la contaminación del aire, de los cuales se pueden diferenciar dos grupos principales:
A. Contaminantes primarios. Son vertidos directamente a la atmósfera por
alguna fuente de emisión como chimeneas, automóviles, entre otros. Los
contaminantes atmosféricos que integran este grupo son:
• Óxidos de azufre (SOX). Se forman por la combustión del azufre presente en el carbón y el petróleo. Los SOX forman con la humedad ambiente
aerosoles, incrementando el poder corrosivo de la atmósfera, disminuyendo la visibilidad y provocando la lluvia ácida.
• Monóxido de carbono (CO). Es el contaminante más abundante en la
capa inferior de la atmósfera. Se produce por la combustión incompleta
de compuestos de carbono. Es un gas inestable que se oxida generando
dióxido de carbono (CO2). Alrededor del 70 por ciento del CO provienen
de los vehículos.
• Óxidos de nitrógeno (NOX). Se producen en la combustión de productos fósiles, destacando los vehículos, carbón y quemas de madera. La
producción de fertilizantes y explosivos, tabaco y calderas generan emisiones importantes de NOX. El monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido
de nitrógeno (NO2) requieren especial atención. El NO se oxida formando NO2, mientras que el NO2 es precursor del esmog fotoquímico.
• Partículas. Es material respirable presente en la atmósfera en forma sólida o líquida (polvo, cenizas, hollín, partículas metálicas, cemento y polen,
entre otras). De acuerdo con su tamaño se pueden dividir en dos grupos principales: las de diámetro aerodinámico igual o inferior a los 10 µm
(PM10) y las de fracción respirable más pequeña (PM2,5).
• Hidrocarburos (HC). Las emisiones de HC están asociadas a la mala
combustión de derivados del petróleo. Las fuentes más importantes de
emisión son el transporte por carretera, los disolventes, pinturas, vertederos y la producción de energía. Los de mayor interés son los compuestos orgánicos volátiles (COV), dioxinas, furanos, bifenilos policlorados
(PCB) y los hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH).
B. Contaminantes secundarios. Son los contaminantes originados en el aire
como consecuencia de la transformación y reacciones químicas que sufren
los contaminantes primarios en la atmósfera. Se pueden considerar:
• Ozono (O3). Como se mencionó anteriormente el O3 forma parte de la
composición de la atmósfera, sin embargo a baja altura (O3 troposférico)
resulta perjudicial por su carácter oxidante, reactivo, corrosivo y tóxico,
por lo que reacciona con rapidez generando compuestos secundarios.
• Lluvia ácida. Es el término que se ha usado para describir el proceso por
el cual ciertos ácidos se forman en la atmósfera a partir de contaminantes y luego se precipitan a la tierra. El SO2 (dióxido de azufre) y los
NOX, causan la lluvia ácida. Estas sustancias en presencia de agua, O2 y
otros compuestos químicos forman ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido nítrico (HNO3) respectivamente, que se precipitan a la tierra en forma líquida
cuando se presentan lluvias o en forma seca en presencia de nevadas o
neblinas. El pH de la lluvia normal es de alrededor de 6, mientras que la
lluvia ácida presenta un pH menor a 5.
• Contaminación fotoquímica. La constituyen la luz solar y sustancias
susceptibles de ser oxidadas. El esmog fotoquímico es una mezcla de
contaminantes que se forman por reacciones producidas por la luz solar
al incidir sobre los contaminantes primarios.
*Funcionamiento de una celda voltaica y una celda electrolítica.
Las Celdas galváncias o voltaica.
Son un dispositivo en el que la transferencia de electrones, (de la semireacción de oxidación a la semireacción de reducción), se produce a través de un circuito externo en vez de ocurrir directamente entre los reactivos; de esta manera el flujo de electrones (corriente electrica) puede ser utilizado.
En la siguiente figura, se muestran los componentes fundamentales de una celda galvánica o voltaica:
Celdas Electrolíticas.
Unidad 4: Electroquímica
Electrolisis
Es el proceso que utiliza energía eléctrica para inducir una reacción redox que no es espontánea. Se lleva a cabo en celdas electrolíticas, que son impulsadas por una fuente externa, (una batería u otra fuente de corriente eléctrica), que actúa como una bomba de electrones, como se muestra en el siguiente esquema.
La electrólisis es un proceso que se aplica a muchos procesos industriales, por ejemplo:
revestimiento de auto partes
joyería
refinamiento de metales
galvanoplastía en general.
*Discutir la operación de un acumulador, baterías Ni-Cd y una pila.
Acumuladores
Son pilas reversibles , de tal forma que , haciendo pasar una corriente eléctrica en dirección opuesta , se pueden invertir las reacciones , recargándose el acumulador ; es decir , que se regeneran los reactivos originales de la pila mediante una electrólisis. Por ello , no pueden utilizarse para este tipo de pilas procesos en los que haya desprendimiento de gases.
El acumulador más tradicional y aún más utilizado es el de plomo. Está formado por una serie de láminas de plomo (polo negativo) , alternando con otras de dióxido de plomo (polo positivo), y sumergidas ambas en una disolución acuosa de H2SO4 al 20%.
La fem de un acumulador simple es de 2,05 V, pero suelen conectarse en serie , constituyendo una batería; las de los coches están formadas por seis elementos , con lo que resulta una tensión de unos 12 V. Cuando el motor del coche está parado , la batería proporciona la corriente necesaria para el motor de arranque , bujías , faros etcétera. Cuando el motor está en marcha , mueve la dinamo , que suministra la corriente de carga a la batería.
Una de las razones por las que el coche eléctrico no ha sustituido aún al coche de gasolina es el peso de las baterías. Para asegurar una autonomía de varias horas a un vehículo medio sería necesario utilizar más de una tonelada de acumuladores de plomo.
Baterias Ni-Cd
1. Ventajas y desventajas:
Las baterías de Nicad presentan una serie de ventajas frente a las normales:
Pueden recargarse
Son mucho más robustas en construcción y por tanto menos propensas que las pilas normales a perder el electrolito.
Tienen una resistencia interna extremadamente baja
Mantienen l tensión prácticamente constante durante casi el 90% del ciclo de descarga.
La batería está formada por unos electrodos de hidróxido de níquel y de hidróxido de cadmio separados entre si por una lámina porosa. El electrolito es hidróxido de potasio. La reacción química es:
Cd + 2Ni OH + 2H 2 O <==> Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2
Carga Descarga
Pilas primarias
Fundamentalmente existen tres tipos:
• Zinc–carbono o Leclanche: Son las
pilas más baratas y comunes, pero de muy
baja capacidad.
Además se comportan mal a bajas temperaturas, no siendo capaces de suministrar corrientes elevadas.
• Cloruro de Zinc-carbono: Su precio
es intermedio, se comportan bien a baja
temperatura y suministran intensidades elevadas, aunque siguen teniendo una capacidad baja.
• Alcalinas: Son las pilas más caras de
todas pero a cambio tienen mayor capacidad que las anteriores, con un buen comportamiento a bajas temperaturas e intensidades altas de descarga.
Como características principales tenemos su alta capacidad, curvas de descarga
muy planas (poca variación de tensión a lo
largo del tiempo de la descarga) y la disponibilidad de encapsulados muy variados
(pilas botón).
Podemos encontrar tres tipos también
en este caso:
Litio: En general se venden de 3V/celda,
su vida es muy larga (de 10 a 20 años) y se
comportan muy bien en temperaturas
extremas. Su corriente de descarga es baja
y su precio muy elevado.
Mercurio: En desuso por problemas
ambientales. Sustituidas por:
Óxido de Plata: Son las típicas pilas de
botón actuales de 1,5 V.
*Impacto ambiental de las pilas y acumuladores.
Se denomina batería, pila o acumulador a los generadores de electricidad basados en procesos químicos que se utilizan en dispositivos o mecanismos que requieren autonomía de la red eléctrica.
El principio de funcionamiento está basado esencialmente en un proceso reversible llamado reducción-oxidación (también conocida como redox), un proceso en el cual uno de los componentes se oxida (pierde electrones) y el otro se reduce (gana electrones); es decir, un proceso cuyos componentes no resultan consumidos ni se pierden, sino que meramente cambian su estado de oxidación y, que a su vez, pueden retornar a su estado original en las circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el cierre del circuito externo, d urante el proceso de descarga, y la aplicación de una corriente, igualmente externa, durante la carga.
Las pilas se componen, en general, de celdas electrolíticas que contiene dos placas de metales distintos (cátodo y ánodo) separadas entre sí por una solución iónica (medio conductor de electrones entre ambas placas).
Estas celdas se encuentran en un recipiente metálico o plástico. Para separar los elementos activos contienen papel o cartón, además presentan plomo o cadmio para mejorar la construcción, o mercurio para limitar la corrosión. La función del mercurio en las pilas es la de almacenar las impurezas contenidas en las materias primas, que generan gases, y que pueden perjudicar el funcionamiento y la seguridad de la pila.
Pero el mercurio, plomo y el cadmio no son los únicos elementos tóxicos para el medio ambiente en las pilas y baterías. Dependiendo del tipo de pila, ésta puede además contener zinc, manganeso y níquel.
El gran desafío de la sociedad moderna es cómo aprovechar esta magnífica fuente de energía disminuyendo el impacto ambiental que producen su fabricación y su eliminación una vez que se ha terminado su vida útil.
*Proceso de corrosión
El fenómeno de corrosión guarda gran similitud frente dicha definición etimológica, por lo cual, se define al fenómeno de la corrosión como la transformación de un material debido a reacciones químicas o electro químicas con el medio que lo rodea, lo cual produce un deterioro del material y de sus propiedades.
La corrosión es también considerada una oxidación acelerada y continua que desgasta, es decir, que para que exista el fenómeno de corrosión tiene que haber un proceso de oxidación previo.
QUE ES EL PROCESO DE CORROSIÓN?
Para la obtención de los metales en estado puro, se debe recurrir a la separación de minerales a partir de yacimientos (rocas menas), lo cual supone un gran aporte energético. Pues bien, una vez producido el acero, éste prácticamente inicia el periodo de retorno a su estado natural, los óxidos de hierro (Fe2O3). Esta tendencia a su estado original no debe extrañar. La tendencia del hierro a volver a su estado natural de óxido metálico se relaciona directamente con la energía utilizada para extraer el metal del mineral, ya que es esta energía la que le permitirá el posterior regreso a su estado original a través de un proceso de oxidación (corrosión). La cantidad de energía requerida y almacenada varía de un metal a otro. Entonces, la fuerza conductora que causa que un metal se oxide es consecuencia de su existencia natural.
Por ejemplo un metal susceptible a la corrosión, como el acero, resulta que proviene de óxidos metálicos, a los cuales se los somete a un tratamiento determinado para obtener precisamente hierro. Otro ejemplo es el aluminio, que obtenido en estado puro se oxida rápidamente, formándose sobre su superficie una capa microscópica de alúmina (Al2O3, óxido de aluminio); este óxido es transparente, a diferencia del óxido de hierro que es color rojizo o marrón, por lo cual pareciera que el aluminio nunca se oxida. La razón de ello estriba en el gran aporte energético que hay que realizar para obtener una determinada cantidad del metal a partir del mineral, bauxita (Al2O3) en este caso.
*Mapa conceptual de la unidad.
No hay comentarios:
Publicar un comentario