Calidad del Aire

Texto elaborado por Velázquez R., R. y Barrón. R. (2003) Unidad 2: aire
intangible; pero vital En: Guía de estudio para la asignatura de química III.
ENP UNAM México.
2.3 Calidad del aire
Los contaminantes atmosféricos son sustancias que normalmente se encuentran en
bajas concentraciones, pero que al incrementarse producen efectos adversos en los
seres vivos y en los materiales. Se denominan primarios cuando son enviados a la
atmósfera como resultado de un proceso natural o como producto de la actividad
humana y secundarios cuando surgen de la reacción química de algún contaminante
primario. Los contaminantes primarios de la atmósfera son: óxidos de carbono (CO2,
CO), óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx), plomo (Pb),
clorofluorocarbonos (CFCs), hidrocarburos (HC) y partículas suspendidas (PTS),
mientras que los contaminantes secundarios son: ozono, nitrato de peroxiacetilo,
acetileno, olefinas, aldehídos, cetonas.
Puesto que los contaminantes se encuentran en la atmósfera en pequeñas cantidades
(trazas), se mide su concentración en partes por millón (ppm). Si se expresa la
concentración en masa su definición es: mg de soluto disuelta en un kg de disolución. Si
se expresa la concentración en masa/volumen su definición es: mg de soluto
(contaminante) disuelta en L de disolvente (aire).
Los principales problemas atmosféricos causados por contaminantes son: destrucción
de la capa de ozono, efecto invernadero, calentamiento global del planeta Tierra,
inversión térmica, smog fotoquímico y lluvia ácida.
El ozono que es una forma alotrópica del oxígeno de fórmula molecular O3, se
encuentra en pequeñas cantidades en la atmósfera en la región de la ozonósfera.
Destrucción de la capa de ozono: La estratosfera tiene una alta concentración de O3
que sirve como filtro de la radiación ultravioleta (R-UV). Dicha capa de ozono está
siendo destruida por la presencia de CFCs de acuerdo con las siguientes reacciones:
CCl2F2 
·Cl + O3 
·CClF2 + ·Cl
·ClO + O2
·ClO  ·Cl + ·O el radical cloro vuelve a producir la reacción anterior,
destruyendo otra molécula de ozono y así sucesivamente.
Otros causantes de la destrucción del ozono son los gases de NOx, mediante reacciones
catalíticas como las siguientes:
NO + O3

NO2 + ·O

·O + O3
NO2 + O2
NO + O2

2O2
El efecto invernadero se debe a que algunos gases tales como CO2, CH4, H2O, NOx,
CFCs que están presentes en la atmósfera, absorben parte de la radiación infrarroja (RIR) emitida por el sol y que llega a la atmósfera provocando un aumento en la
temperatura semejante a la de un invernadero. Este efecto es parte del mecanismo de
regulación del clima del planeta y cuando se altera causa el sobrecalentamiento del
mismo.
La inversión térmica se presenta cuando la capa inferior de aire se encuentra fría y
atrapada por una capa superior de aire caliente. Es normal que se presente por las
mañanas en cualquier parte del mundo, sin embargo, en la Ciudad de México es
frecuente, debido a las montañas que la rodean; por la noche las capas cercanas al suelo
se enfrían y como no existe turbulencia o movimientos de convección del aire los
contaminantes atmosféricos se acumulan.
El smog fotoquímico se presenta en zonas urbanas, debido a que se concentran
contaminantes (HC, NOx) en un lugar sin movimiento y en condiciones de baja
humedad y de alta luminosidad.
La energía solar favorece reacciones químicas, como las que se tienen en la tabla, que
producen aldehídos, PAN (nitrato de peroxiacetilo CH3COONO2), formaldehído y O3.
Reacciones con óxidos de nitrógeno
Reacciones con hidrocarburos (HC) ó
(NOx)
(RH)
NO2 + R-UV  NO + O
RH + O
O + O2  O3
RO + O2  RO3
O3 + NO  NO2 + O2
RO3
+
RH 
RCHO + RCOR
RO3
+
NO 
RO2
RO3
+
O2 
RO2
RO3
+
NO2  PAN
 RO
RO2
+
+
O3
La lluvia ácida es la precipitación acuosa que presenta pH menor de 5.5 como
consecuencia de la formación de compuestos ácidos en la atmósfera. El pH normal del
agua de lluvia es de 5.6 dependiendo del lugar, debido a que existe un equilibrio entre
agua y dióxido de carbono como se muestra en la reacción química siguiente:
CO2 + H2O
↔
H2 CO3
↔
H+
+ H CO3-
Los contaminantes responsables de esta problemática son los óxidos (NOx, SOx CO2)
que en presencia de agua y energía solar dan lugar a los respectivos ácidos. Las
reacciones químicas de la formación de los ácidos son las siguientes:
Óxidos de nitrógeno (NOx)
→
N2 + O2 + calor
2NO + O2
2NO2
→
→
2NO
2NO2
NO + O
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3
Óxidos de azufre (SOx)
2SO2 + O2 + hv
→
2SO3
SO2 + H2O
→
SO3 + H2O
→ H2 SO4
H2 SO3
Dióxido de carbono
CO2 + H2O
↔
H2 CO3
La lluvia acidifica el suelo e inicia una serie de reacciones químicas entre los minerales,
de tal forma que, se eliminan del suelo minerales que requieren las plantas para su
crecimiento; se disminuye la capacidad de absorción de las raíces, se altera la
fotosíntesis que efectúan las hojas, etc.
La lluvia ácida también daña a los animales; a los mantos acuíferos¸ a los inmuebles y
monumentos que están construidos de roca caliza; etc.
La escala IMECA (Indice Metropolitano de la Calidad del Aire) permite que la
población conozca la calidad del aire en términos comprensibles. Si se exceden los 250
puntos IMECA se procede a aplicar medidas de Contingencia Ambiental.