Química II UNIDAD I: ACERVO. CONTAMINACIÓN DEL PLANETA EL DESEQUILIBRIO AMBIENTAL Durante el siglo XX, la creciente sensibilización respecto al impacto de las actividades humanas en el medio ambiente y la salud pública, ha dado lugar al desarrollo y la utilización de diferentes métodos y tecnologías para reducir los efectos de la contaminación. En este sentido, los gobiernos han adoptado medidas de carácter normativo y político para minimizar los efectos negativos y garantizar el cumplimiento de las normas sobre calidad ambiental. Pero, ¿qué es lo que debemos entender por contaminación? Para hablar de la contaminación ambiental es bueno primero definirla. La palabra polución (Del Latín: pollutĭo, -ōnis) significa Contaminación intensa y dañina del agua o del aire, producida por los residuos de procesos industriales o biológicos. La misma comenzó a utilizarse cuando solo se conocían los efectos estéticos y sensoriales del desecho de residuos putrefactos al ambiente. En general el término más usado en castellano para denotar este conjunto de fenómenos es el de contaminación (Del latín: contaminatĭo, -ōnis) que significa: Alterar nocivamente la pureza o las condiciones normales de una cosa o un medio por agentes químicos o físicos. La contaminación ambiental se clasifica según el medio en donde se la encuentre, o sea, el suelo (Litosfera), el aire (Atmósfera) o el Agua (Hidrosfera) que son las de nuestro interés. Toda actividad altamente organizada y en particular la humana, tiende a modificar el medio ambiente (ME). Esto no es alarmante ya que el ME tiene los medios para dispersar, reducir o eliminar la contaminación, pero cuando este límite es superado se convierte en un verdadero problema ya que se pone en peligro la estabilidad del mismo y de los seres vivos que en él se encuentren. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Continuamente se eliminan a la atmósfera una cantidad cada vez mayor de compuestos químicos. Aproximadamente el 50% proviene del transporte, el 30% de la utilización de combustibles industriales y 15% de los procesos industriales. Entornos Virtuales de Aprendizaje Bachillerato Última revisión: Septiembre 2013 ©Todos los Derechos Reservados Química II UNIDAD I: ACERVO. CONTAMINACIÓN DEL PLANETA Las fuentes más importantes de contaminación son las industrias como fuentes fijas y el transporte como fuentes móviles. Ambas fuentes provienen de zonas rurales y urbanas con la diferencia que en las zonas rurales no es tan importante el transporte como fuente de contaminación. Los efectos se enumeran aquí. Efecto Invernadero Uno de los residuos que el hombre vierte a la atmósfera en mayor cantidad es el dióxido de carbono (CO2), el cual proviene mayoritariamente de la combustión de los carburantes fósiles (el petróleo). Hoy en día los niveles de este gas en la atmosfera son elevados y en aumento. A este problema se le suma la deforestación que provoca una menor producción de oxígeno (O2) y una menor captación de CO2 por parte de las plantas. Unas de las propiedades que presentan las moléculas de CO2 es la de absorber radiación infrarroja (longitud de onda larga). La superficie terrestre recibe radiación del sol (longitud de onda corta) la misma se absorbe y se reemite dicha radiación se transforma en infrarroja. La consecuencia desde el punto de vista ambiental es que el CO 2 absorbe la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre y la reemite en todas direcciones nuevamente hacia la misma provocando un aumento de la temperatura de la biosfera (espacio dentro del cual se desarrolla la vida). Cabe destacar que esta propiedad de absorber radiación infrarroja también es propia de otras moléculas que se producen instantáneamente al recibir los rayos UV, a la molécula de O2 se une un tercer átomo de O para formar el O3 (ozono) que es muy inestable y reactiva, a este conjunto de moléculas se lo denominan como gases de efecto invernadero. Entornos Virtuales de Aprendizaje Bachillerato Última revisión: Septiembre 2013 ©Todos los Derechos Reservados Química II UNIDAD I: ACERVO. CONTAMINACIÓN DEL PLANETA El Smog Es un término compuesto (smoke: humo y fog: niebla). El Smog es una mezcla de contaminantes de origen primario (las combustiones realizadas a altas temperaturas) que incluyen: óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno (NO2), óxido nitroso (N2O), hidrocarburos volátiles y partículas en suspensión como el polvo que proviene de la erosión de los suelos o de la actividad volcánica entre otras. Los contaminantes primarios reaccionan con la luz del sol y forman contaminantes secundarios: ozono (O2), radicales hidroxilo (OH), etc. Esta mezcla no solo oscurece la atmósfera dejando un aire teñido de color marrón rojizo cargado de componentes dañinos para los seres vivos y los materiales sino que también absorben y reemiten en todas direcciones la radiación infrarroja produciendo el calentamiento de las masas de aire que se encuentran en contacto con la superficie urbana dando lugar a una posible formación de una capa de inversión térmica. En la situación habitual de la atmósfera la temperatura desciende con la altitud lo que favorece que suba el aire más caliente (menos denso) y arrastre a los contaminantes hacia arriba permitiendo que se diluyan. En una situación de inversión térmica una capa de aire más cálido se sitúa sobre el aire superficial más frío e impide la ascensión de este último (más denso), por lo que la contaminación queda encerrada, no se diluye y en consecuencia va aumentando. Lluvia Acida La lluvia ácida es un fenómeno característico de atmósferas contaminadas, se identifica cuando el pH de agua de lluvia es inferior a 5.6 unidades. Este fenómeno preocupa a la comunidad internacional, debido al riesgo que representa para la conservación y desarrollo de los ecosistemas existentes. El Entornos Virtuales de Aprendizaje Bachillerato Última revisión: Septiembre 2013 ©Todos los Derechos Reservados Química II UNIDAD I: ACERVO. CONTAMINACIÓN DEL PLANETA fenómeno de lluvia ácida, definido técnicamente como depósito húmedo, se presenta cuando el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NO, NO2, N2O) reaccionan con la humedad de la atmósfera y propician la formación de ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido nítrico (HNO3), respectivamente. Es de suma importancia recalcar el hecho de que los óxidos de nitrógeno y del azufre se forman instantáneamente al reaccionar azufre y nitrógeno del aire (72% del aire es nitrógeno N) con el ozono producido en el efecto invernadero, razón por la cual se considera a la lluvia ácida como contaminación SECUNDARIA. Estos ácidos (H2SO4 y HNO3) pueden disolverse en el medio acuoso de nubes o nieblas y retornar a la superficie terrestre en forma de lluvia, dando lugar a precipitaciones ácidas. N2 + O3 HNO3 NO + NO2 + N2O estos productos con NO + NO2 + N2O+ H2O la humedad del aire De las reacciones anteriores se observa que sí el ozono no tuviese lugar en la atmósfera, la lluvia ácida tampoco tendría lugar pues los óxidos de nitrógeno no sé formarían. Entonces, los contaminantes secundarios surgen de la existencia de contaminantes ya existente, estos últimos se consideran contaminantes PRIMARIOS. CONTAMINACIÓN DEL SUELO El suelo ha sido siempre uno de los vertederos de buena parte de los residuos generados por el hombre, dada su fácil accesibilidad. En el suelo el contaminante es poco móvil, por causa de ello, los efectos diluyentes sobre el contaminante en cuestión comparados en medios hídricos y atmosféricos es marginal. El uso de fertilizantes y pesticidas (en algunos casos excesivos) trae aparejado un grave problema ambiental. Estructura y composición química del suelo El suelo es una mezcla variable de partículas minerales, materia orgánica, aire y agua. La distribución de los componentes que constituyen el suelo no es homogénea, destacándose la existencia de capas perfectamente diferenciadas, llamadas horizontes. El conjunto de los horizontes constituyen el perfil del suelo. Horizonte A: Es la capa más superficial, que contiene una capa oscura y rica en humus y sustancias minerales. El humus es el componente fértil de los suelos, que los hace aptos para los cultivos. En este horizonte hay gran cantidad de microorganismos, hongos y bacterias. Horizonte B: Es la capa donde se acumulan los materiales lavados del horizonte A que llegan por procesos de infiltración. Predominan las partículas minerales y los Entornos Virtuales de Aprendizaje Bachillerato Última revisión: Septiembre 2013 ©Todos los Derechos Reservados Química II UNIDAD I: ACERVO. CONTAMINACIÓN DEL PLANETA componentes orgánicos procedentes de restos de plantas y materiales en descomposición Horizonte C: Esta capa es el resultado de la alteración de la roca madre. Está constituido por pequeños fragmentos de rocas. Entornos Virtuales de Aprendizaje Bachillerato Última revisión: Septiembre 2013 ©Todos los Derechos Reservados Química II UNIDAD I: ACERVO. CONTAMINACIÓN DEL PLANETA Materia orgánica: Consiste en una mezcla de plantas parcialmente degradadas, organismos vivos y humus. Es de interés mencionar, que también los microorganismos (esencialmente bacterias y hongos) intervienen en la depuración del suelo. El número de estos microorganismos, cuantifican la calidad del suelo (un suelo de calidad es aquel suelo muy fértil y poco contaminado), en función de la concentración de los mismos por cada gramo de suelo. Materia inorgánica: Las partículas coloidales (inferiores a un micrómetro), formadas por la erosión (desgaste, destrucción) de las rocas subyacentes (por debajo). Dada la gran superficie que presentan tienen una gran capacidad de absorción, siendo los principales almacenes de agua y de nutrientes para alimentar las plantas y microorganismos. También son una parte importante del mecanismo auto depurador del suelo, puesto que estos coloides pueden inmovilizar sustancias toxicas presentes en el. El agua: Se halla unida a las partículas pequeñas o bien formando agua libre en las partes inferiores del suelo (aguas subterráneas). El aire: Reside en los pequeños poros existentes en los horizontes A y B. Hay que señalar que la composición del aire en el suelo es diferente a la composición del aire atmosférico. CONTAMINANTES EN UN EFLUENTE LÍQUIDO Sólidos: Los sólidos sedimentables (en el fondo) pueden dar lugar al desarrollo de depósitos de fango y de condiciones anaeróbicas (sin oxígeno) cuando se vierte efluentes con dicho contaminante sin tratar al medio ambiente. En caso de que sean sólidos suspendidos pueden causar turbiedad e incluso impedir el ingreso de luz solar. Materia orgánica biodegradable: Compuesta principalmente por proteínas, grasas y aceites pueden llevar al agotamiento de recursos naturales de oxígeno y al desarrollo de condiciones sépticas (que contiene gérmenes patógenos) cuando se vierte efluentes con dicho contaminante sin tratar al medio ambiente. Nutrieres: Tanto el nitrógeno como el fósforo, son nutrieres esenciales que pueden dar lugar al crecimiento desmedido de vida acuática no deseada cuando se vierte efluentes con dicho contaminante sin tratar al medio ambiente. Metales pesados (alta densidad y toxico en cantidades bajas): Provienen de excedentes de ciertas actividades industriales, estos metales presentan distintos niveles de toxicidad cuando se vierte efluentes con dicho contaminante sin tratar al medio ambiente. Entornos Virtuales de Aprendizaje Bachillerato Última revisión: Septiembre 2013 ©Todos los Derechos Reservados Química II UNIDAD I: ACERVO. CONTAMINACIÓN DEL PLANETA Materia orgánica refractaria: Compuesta principalmente por agentes tensioactivos (detergentes), fenoles y pesticidas agrícolas. Esta materia orgánica tiende a resistir los métodos convencionales de tratamiento. Patógenos (que originan y desarrollan enfermedades): Provienen fundamentalmente de las redes cloacales y de alcantarillado los mismos pueden transmitir enfermedades contagiosas por medio de gérmenes patógenos cuando se vierte efluentes con dicho contaminante sin tratar al medio ambiente. Características físicas de un efluente líquido Las características físicas más importantes de un efluente líquido son: sólidos, olor, temperatura, color y turbiedad. Los sólidos ya sean: en suspensión (no filtrables), sedimentables y disueltos (filtrables) se los define como la materia que se obtiene como residuo después de evaporar el agua a una temperatura entre 105° C y 110° C. No se define como sólida aquella materia que se pierde durante la evaporación. Características químicas Materia orgánica: Formada normalmente por combinaciones de carbono, hidrógeno, oxígeno y en determinados casos nitrógeno, azufre, fósforo y metales. Sustancias Solubles en éter etílico: Son principalmente grasa y aceites (lípidos) que se determinan por la extracción de una muestra de dicho efluente. Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): La respiración aeróbica demanda oxígeno del ambiente. Si el número de organismos con relación al espacio es muy grande y si la renovación de oxígeno en el mismo no es suficiente, la continuidad de un proceso aeróbico puede peligrar por la falta de dicho oxígeno. La población de microorganismos en un ambiente dado es proporcional a la cantidad de alimento (materia orgánica) en dicho ambiente. En consecuencia, si se introduce una cierta cantidad de materia orgánica biodegradable en un líquido, la DBO de los microorganismos en ese líquido será proporcional a la cantidad de materia orgánica agregada. En definitiva la DBO representa la cantidad de oxígeno consumido por los gérmenes aerobios (ser vivo que necesita oxígeno para subsistir) para asegurar la descomposición dentro de condiciones bien especificadas de las materias orgánicas contenidas en el agua a analizar. El fundamento del método, consiste en medir la cantidad de O2 disuelto en un medio de incubación al comienzo y al final de un período de 5 días, durante el cual la muestra se mantiene al abrigo del aire, a 20° C, y en la oscuridad para inhibir la eventual formación de O2 por las algas. Demanda Química de Oxígeno (DQO): Se han evaluado otros métodos que sustituyen o complementan a la DBO para evaluar la concentración de materia orgánica. En la mayoría de los casos el compuesto biodegradable está Entornos Virtuales de Aprendizaje Bachillerato Última revisión: Septiembre 2013 ©Todos los Derechos Reservados Química II UNIDAD I: ACERVO. CONTAMINACIÓN DEL PLANETA constituido por material reductor y en consecuencia queda sujeto a la oxidación (transformar un cuerpo por la acción del oxígeno). El oxidante en el caso de la DQO es el Dicromato de Potasio. Generalmente al utilizarse este método suelen oxidarse algunos compuestos que normalmente no son oxidados en forma biológica, los valores de la DQO suelen ser superiores a los valores de la DBO. La diferencia entre la DQO y la DBO (en la mayoría de los casos) dan idea de la cantidad de materia orgánica biodegradable y no biodegradable de un efluente líquido, sirviendo esto para la elección del tipo de tratamiento a realizar. Ya que si la relación entre la DQO y la DBO es cercana, no habría problema en utilizar un método biológico, mientras que en caso contrario un tratamiento biológico sería muy poco efectivo. Nitrógeno: Los elementos nitrógeno y fósforo (nutrientes) son esenciales para el crecimiento de los organismos. Es preciso conocer las concentraciones del mismo en las aguas, para poder realizar algún tipo de tratamiento biológico en las mismas. Fósforo: El fósforo también es primordial para el crecimiento de algas y otros organismos biológicos. Debido a que en aguas superficiales se reproducen especies nocivas de algas de manera incontrolada, es de mucho interés limitar la cantidad de descarga al agua de este compuesto. Detergentes: Los agentes tensioactivos (detergentes) son ligeramente solubles en agua, también son responsables de espumas en plantas de tratamiento. Generalmente se concentran en la interfase aire-agua. pH: El pH (concentración del ión hidrógeno) es un parámetro de calidad del agua. Un efluente líquido con pH inadecuado presenta dificultades a la hora de ser tratado por métodos biológicos, también, dicho efluente puede modificar el pH de las aguas naturales. Los pH extremos dañan varios materiales. Otras características químicas de interés son los metales pesados (níquel, manganeso, plomo, cromo, cadmio, cinc, cobre, hierro y mercurio) y los pesticidas, herbicidas y otros productos químicos de uso agrícola. Referencia Bibliográfica: Burn, Rhalph A. Fundamentos de Química. Pearson Educación. Segunda edición. 1996 Entornos Virtuales de Aprendizaje Bachillerato Última revisión: Septiembre 2013 ©Todos los Derechos Reservados
