El aire es un elemento utilizado para el
funcionamiento de maquinarias que facilitan la vida y tareas del hombre
Cabe destacar la fabricación de bombas aspirantes que sirven
para extraer, elevar e impulsar el agua u otro líquido en una dirección
determinada.
Estas máquinas se utilizan para elevar el agua de los
pozos y abastecer a las localidades que no cuentan con un sistema de
cañerías de agua potable. El principio del funcionamiento de estas bombas se
basa en las diferencias de presión del aire presente en secciones vecinas al
lugar de instalación.
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL AIRE
La composición química del aire seco, es decir, sin vapor
del agua y a nivel del mar es la siguiente:
Nitrógeno 78,08%
Oxígeno 20,45%
Argón 0,93%
Dióxido de Carbono 0,03%
Neón 0,0018%
Helio 0,0005%
Criptón 0,0001%
Hidrógeno 0,00006%
Ozono 0,00004%
Xenón 0,000008%
Otros Cradón, Oxido Nitroso, Metano
carbono
Sin Carbono, ningún ser vivo podría sobrevivir. El átomo
de Carbono puede formar enlaces hasta con otros átomos de otros elementos o
del propio Carbono, por lo que existen miles de compuestos suyos diferentes.
Formando compuestos se halla en las rocas como en las
calizas, en combustibles fósiles como el carbón y el Dióxido de Carbono de
la atmósfera. Al arder un combustible, el Carbono que contiene reacciona con
el Oxígeno, el exceso de éste en la atmósfera retiene el calor como el
cristal de un invernadero. Esto se denomina efecto invernadero.
CICLO DEL CARBONO (Fig. 1)
Ciclo de utilización del carbono por el que la energía
fluye a través del ecosistema terrestre. El ciclo básico comienza cuando las
plantas, a través de la fotosíntesis, hacen uso del dióxido de carbono (CO2)
presente en la atmósfera o disuelto en el agua. Parte de este carbono pasa a
formar parte de los tejidos vegetales en forma de hidratos de carbono,
grasas y proteínas; el resto es devuelto a la atmósfera o al agua mediante
la respiración. Así, el carbono pasa a los herbívoros que comen las plantas
y de ese modo utilizan, reorganizan y degradan los compuestos de carbono.
Gran parte de éste es liberado en forma de CO2 por la respiración, como
producto secundario del metabolismo, pero parte se almacena en los tejidos
animales y pasa a los carnívoros, que se alimentan de los herbívoros. En
última instancia, todos los compuestos del carbono se degradan por
descomposición, y el carbono es liberado en forma de CO2, que es utilizado
de nuevo por las plantas.
Intercambios aire-agua
A escala global, el ciclo del carbono implica un
intercambio de CO2 entre dos grandes reservas: la atmósfera y las aguas del
planeta. El CO2 atmosférico pasa al agua por difusión a través de la
interfase aire-agua. Si la concentración de CO2 en el agua es inferior a la
de la atmósfera, éste se difunde en la primera, pero si la concentración de
CO2 es mayor en el agua que en la atmósfera, la primera libera CO2 en la
segunda. En los ecosistemas acuáticos se producen intercambios adicionales.
El exceso de carbono puede combinarse con el agua para formar carbonatos y
bicarbonatos. Los carbonatos pueden precipitar y depositarse en los
sedimentos del fondo. Parte del carbono se incorpora a la biomasa (materia
viva) de la vegetación forestal y puede permanecer fuera de circulación
durante cientos de años. La descomposición incompleta de la materia orgánica
en áreas húmedas tiene como resultado la acumulación de turba. Durante el
periodo carbonífero este tipo de acumulación dio lugar a grandes depósitos
de combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas.
Recursos totales de carbono
Los recursos totales de carbono, estimados en unas 49.000
gigatoneladas (1 gigatonelada es igual a 109 toneladas), se distribuyen en
formas orgánicas e inorgánicas. El carbón fósil representa un 22% del total.
Los océanos contienen un 71% del carbono del planeta, fundamentalmente en
forma de iones carbonato y bicarbonato. Un 3% adicional se encuentra en la
materia orgánica muerta y el fitoplancton. Los ecosistemas terrestres, en
los que los bosques constituyen la principal reserva, contienen cerca de un
3% del carbono total. El 1% restante se encuentra en la atmósfera,
circulante, y es utilizado en la fotosíntesis.
Adiciones a la atmósfera
Debido a la combustión de los combustibles fósiles, la
destrucción de los bosques y otras prácticas similares, la cantidad de CO2
atmosférico ha ido aumentando desde la Revolución Industrial. La
concentración atmosférica ha aumentado de unas 260 a 300 partes por millón (ppm)
estimadas en el periodo preindustrial, a más de 350 ppm en la actualidad.
Este incremento representa sólo la mitad del dióxido de carbono que, se
estima, se ha vertido a la atmósfera. El otro 50% probablemente haya sido
absorbido y almacenado por los océanos. Aunque la vegetación del planeta
puede absorber cantidades considerables de carbono, es también una fuente
adicional de CO2.
El CO2 atmosférico actúa como un escudo sobre la Tierra.
Es atravesado por las radiaciones de onda corta procedentes del espacio
exterior, pero bloquea el escape de las radiaciones de onda larga. Dado que
la contaminación atmosférica ha incrementado los niveles de CO2 de la
atmósfera, el escudo va engrosándose y retiene más calor, lo que hace que
las temperaturas globales aumenten en un proceso conocido como efecto
invernadero. Aunque el incremento aún no ha sido suficiente para destruir la
variabilidad climática natural, el incremento previsto en la concentración
de CO2 atmosférico debido a la combustión de combustibles fósiles sugiere
que las temperaturas globales podrían aumentar entre 2 y 6 °C a comienzos
del siglo XXI. Este incremento sería suficientemente significativo para
alterar el clima global y afectar al bienestar de la humanidad.
Ciclo del carbono:
Fig. 1
NITRÓGENO
El Nitrógeno es un elemento esencial para la vida y
constituye casi el 80 por ciento del aire que nos rodea. Es un gas incoloro,
inodoro e insípido, que está en las proteínas de toda célula viva. Un ciclo
constante lo mantienen presente en nuestras vidas. Las plantas extraen
Nitrógeno del suelo y los animales lo obtienen devorando plantas u otros
animales. Al morir, las plantas y los animales se descomponen y el Nitrógeno
retorna al suelo. Al igual que el Oxígeno, el Nitrógeno de la atmósfera se
compone de moléculas con dos átomos y su símbolo es N2. Forma diversos
compuestos con el Oxígeno, entre ellos, los gases de escape de automóviles.
Nitrógeno, de símbolo N, es un elemento gaseoso que
compone la mayor parte de la atmósfera terrestre. Su número atómico es 7 y
pertenece al grupo 15 (o VA) de la tabla periódica.
El nitrógeno fue aislado por el físico británico Daniel
Rutherford en 1772 y reconocido en 1776 como gas elemental por el químico
francés Antoine Laurent Lavoisier.
Propiedades
El nitrógeno es un gas no tóxico, incoloro, inodoro e
insípido. Puede condensarse en forma de un líquido incoloro que, a su vez,
puede comprimirse como un sólido cristalino e incoloro. El nitrógeno aparece
en dos formas isotópicas naturales; artificialmente se han obtenido cuatro
isótopos radiactivos. Tiene un punto de fusión de -210,01 °C, un punto de
ebullición de -195,79 °C y una densidad de 1,251 gr/l a 0 °C y 1 atmósfera
de presión. Su masa atómica es 14,007.
Se obtiene de la atmósfera haciendo pasar aire por cobre o
hierro calientes; el oxígeno se separa del aire dejando el nitrógeno
mezclado con gases inertes. El nitrógeno puro se obtiene por destilación
fraccionada del aire líquido. Al tener el nitrógeno líquido un punto de
ebullición más bajo que el oxígeno líquido, el nitrógeno se destila primero,
momento en que puede separarse.
El nitrógeno compone cuatro quintos (78,03%) del volumen
de aire. Es inerte y actúa como agente diluyente del oxígeno en los procesos
de combustión y respiración. Es un elemento importante en la nutrición de la
plantas. Ciertas bacterias del suelo fijan el nitrógeno y lo transforman
(por ejemplo en nitratos) para poder ser absorbido por las plantas, en un
proceso llamado fijación de nitrógeno. En forma de proteína es un componente
importante de las fibras animales. El nitrógeno aparece combinado en los
minerales, como el salitre (KNO3) y el nitrato de Chile (NaNO3), dos
importantes productos comerciales.
Se combina con otros elementos únicamente a altas
temperaturas y presiones. Se hace activo sometiéndolo a una descarga
eléctrica a baja presión, combinándose con metales alcalinos para formar
azidas; con vapor de cinc, mercurio, cadmio y arsénico para formar nitruros,
y con numerosos hidrocarburos para formar ácido cianhídrico y cianuros,
también llamados nitrilos. El nitrógeno activado se vuelve nitrógeno
ordinario apenas en un minuto.
En estado combinado, interviene en muchas reacciones. Son
tantos los compuestos que forma, que el químico estadounidense Edward
Franklin elaboró un esquema de compuestos que contienen nitrógeno en lugar
de oxígeno. En compuestos, el nitrógeno aparece con todas las valencias que
van de -3 a +5. El amoníaco, la hidrazina y la hidroxilamina son ejemplos de
compuestos en los que la valencia del nitrógeno es -3, -2 y -1,
respectivamente. Los óxidos del nitrógeno son un ejemplo de compuestos en
los que el nitrógeno tiene todas las valencias positivas.
Aplicaciones
La mayor parte del nitrógeno utilizado en la industria
química se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido, y se usa
para sintetizar amoníaco. A partir de este amoníaco se preparan una gran
variedad de productos químicos, como fertilizantes, ácido nítrico, urea,
hidrazina y aminas. También se usa el amoníaco para elaborar óxido nitroso
(N2O), un gas incoloro conocido popularmente como gas de la risa. Este gas,
mezclado con oxígeno, se utiliza como anestésico en cirugía.
El nitrógeno líquido tiene una aplicación muy extendida en
el campo de la criogénica como agente enfriante. Su uso se ha visto
incrementado con la llegada de los materiales cerámicos que se vuelven
superconductores en el punto de ebullición del nitrógeno.
CICLO DEL NITRÓGENO
A pesar de la abundancia del Nitrógeno en la atmósfera
(78%), este puede ser utilizado directamente por las plantas superiores o
por animales. Primeramente el Nitrógeno debe fijarse, esto es, combinarse
con otros elementos para formar los compuestos llamados nitratos. Cierto
tipo de bacterias convierte el Nitrógeno atmosférico (N2) en nitratos,
pasando de esta manera al suelo vegetal.
Posteriormente, las plantas utilizan el nitrato como
nutriente mineral que toman del suelo, y es utilizado para la formación de
proteínas, esto es, para el crecimiento y respiración de tejidos.
En los compuestos nitrogenados, es el Nitrógeno un
elemento fundamental de la estructura propia de todo ser vivo.
Así, los consumidores del primero y segundo orden se
abastecen de Nitrógeno por los alimentos que ingieren, puesto que los
compuestos nitrogenados se encuentran en las verduras, frutas, carnes,
leguminosas, etc.
OXIGENO
El Oxígeno es el elemento más abundante en la tierra. Es
un gas invisible e inodoro, cuya falta causaría nuestra muerte. Al respirar,
lo extraemos continuamente del aire, donde está mezclado con otros gases. Se
encuentran en los mares, disuelto en el agua, en cuya composición
interviene; en las rocas forma parte de muchos minerales. El Oxígeno
ordinario está compuesto por moléculas con dos átomos y su símbolo es O2. En
las napas superiores de la atmósfera, es más abundante una forma con
moléculas de tres átomos, llamada Ozono. Una capa protectora de Ozono
resguarda a la tierra de radiaciones nocivas procedentes del espacio. El
Oxígeno es muy reactivo. La combustión, la oxidación y la respiración son
algunas de las reacciones en que interviene el Oxígeno en la atmósfera.
Oxígeno, de símbolo O, es un elemento gaseoso ligeramente
magnético, incoloro, inodoro e insípido. El oxígeno es el elemento más
abundante en la Tierra. Fue descubierto en 1774 por el químico británico
Joseph Priestley e independientemente por el químico sueco Carl Wilhelm
Scheele; el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier demostró que era un
gas elemental realizando sus experimentos clásicos sobre la combustión.
Propiedades y estado natural
El oxígeno gaseoso se condensa formando un líquido azul
pálido fuertemente magnético. El oxígeno sólido de color azul pálido se
obtiene comprimiendo el líquido. La masa atómica del oxígeno es 15,9994; a
la presión atmosférica, el elemento tiene un punto de ebullición de -182,96
°C, un punto de fusión de -218.4 °C y una densidad de 1,429 g/l a 0 °C.
El oxígeno constituye el 21% en volumen o el 23,15% en
masa de la atmósfera, el 85,8% en masa de los océanos (el agua pura contiene
un 88,8% de oxígeno), el 46,7% en masa de la corteza terrestre (como
componente de la mayoría de las rocas y minerales). El oxígeno representa un
60% del cuerpo humano. Se encuentra en todos los tejidos vivos. Casi todas
las plantas y animales, incluyendo los seres humanos, requieren oxígeno, ya
sea en estado libre o combinado, para mantenerse con vida. Véase
Respiración.
Se conocen tres formas estructurales del oxígeno: el
oxígeno ordinario, que contiene dos átomos por molécula y cuya fórmula es
O2; el ozono, que contiene tres átomos por molécula y cuya fórmula es O3, y
una forma no magnética azul pálida, el O4, que contiene cuatro átomos por
molécula, y se descompone fácilmente en oxígeno ordinario. Se conocen tres
isótopos estables del oxígeno: el oxígeno 16 (de masa atómica 16) es el más
abundante. Representa un 99,76% del oxígeno ordinario y se utilizó en la
determinación de las masas atómicas hasta la década de 1960.
El oxígeno se prepara en el laboratorio a partir de
ciertas sales como el clorato de potasio, el peróxido de bario y el peróxido
de sodio. Los métodos industriales más importantes para la obtención de
oxígeno son la electrólisis del agua y la destilación fraccionada de aire
líquido. En este último método, se licúa el aire y se deja evaporar. En el
aire líquido, el nitrógeno es más volátil y se evapora antes, quedando el
oxígeno en estado líquido. A continuación el oxígeno se almacena y se
transporta en forma líquida o gaseosa.
El oxígeno está presente en muchos compuestos orgánicos e
inorgánicos. Forma compuestos llamados óxidos con casi todos los elementos,
incluyendo algunos de los gases nobles. La reacción química en la cual se
forma el óxido se llama oxidación. La velocidad de la reacción varía según
los elementos. La combustión ordinaria es una forma de oxidación muy rápida.
En la combustión espontánea, el calor desarrollado por la reacción de
oxidación es suficientemente grande para elevar la temperatura de la
sustancia hasta el punto de producir llamas. Por ejemplo, el fósforo combina
tan vigorosamente con el oxígeno, que el calor liberado en la reacción hace
que el fósforo se funda y arda. Algunas sustancias finamente divididas
presentan un área tan grande de superficie al aire, que arden formando
llamas por combustión espontánea; a éstas se las llama sustancias
pirofóricas. El azufre, el hidrógeno, el sodio y el magnesio combinan con el
oxígeno menos energéticamente y sólo arden después de la ignición. Algunos
elementos como el cobre y el mercurio reaccionan lentamente para formar los
óxidos, incluso cuando se les calienta. Los metales inertes, como el
platino, el iridio y el oro únicamente forman óxidos por métodos indirectos.
Aplicaciones
Se usan grandes cantidades de oxígeno en los sopletes para
soldar a alta temperatura, en los cuales, la mezcla de oxígeno y otro gas
produce una llama con una temperatura muy superior a la que se obtiene
quemando gases en aire. El oxígeno se le administra a pacientes con
problemas respiratorios y también a las personas que vuelan a altitudes
elevadas, donde la baja concentración de oxígeno no permite la respiración
normal. El aire enriquecido con oxígeno se utiliza para fabricar acero en
los hornos de hogar abierto.
El oxígeno de gran pureza se utiliza en las industrias de
fabricación de metal. Es muy importante como líquido propulsor en los
misiles teledirigidos y en los cohetes.
CICLO DEL OXIGENO
Las plantas verdes y los animales mantienen un constante
intercambio de los gases atmosféricos, Dióxido de Carbono y Oxígeno durante
sus procesos de vida.
Así, el Ciclo de Oxígeno se analiza en función de la
absorción de CO2 y de H2O que son utilizados por las plantas para realizar
fotosíntesis con la consecuente liberación de Oxígeno que es aprovechado por
animales y plantas en el proceso de respiración.
Este ciclo permite la constante renovación del Oxígeno en
el aire, que constituye el 21% composición de gases de la atmósfera
terrestre.
HIDROGENO
Imaginemos un mundo sin luz ni calor: es lo que sucedería
de no existir el Hidrógeno. Aunque no podamos verlo, ni olerlo, ni percibir
su sabor, es el elemento más abundante en el universo. Es un gas que sirve
para muchas cosas. Gran parte de él se transforma en amoníaco que se usa en
la fabricación de abono y otras sustancias. En la industria de la
alimentación, los aceites y grasas vegetales se convierten en margarina por
hidrogenación (tratamiento con Hidrógeno), un proceso que también se aplica
en la transformación de productos del petróleo en gasolinas. Todos los
ácidos deben su acidez a los iones de Hidrógeno.
Hidrógeno (en griego, `creador de agua'), de símbolo H, es
un elemento gaseoso reactivo, insípido, incoloro e inodoro. Su número
atómico es 1 y pertenece al grupo 1 (o IA) del sistema periódico.
En un principio no se le distinguía de otros gases hasta
que el químico británico Henry Cavendish demostró en 1766 que se formaba en
la reacción del ácido sulfúrico con los metales y, más tarde, descubrió que
el hidrógeno era un elemento independiente que se combinaba con el oxígeno
para formar agua. El químico británico Joseph Priestley lo llamó `aire
inflamable' en 1781, y el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier le
dio finalmente el nombre de hidrógeno.
El primer lugar de la tabla periódica lo ocupa el
Hidrógeno, cuyo átomo está constituido por un protón y un electrón.
A través del análisis de la luz emitida por las estrellas,
se puede asegurar que el Hidrógeno es el elemento más abundante del
universo: constituye el 90% del total.
Por el contrario, el Hidrógeno en estado libre es escaso
en la tierra debido a la reactividad que posee y a la débil atracción
gravitatoria de nuestro planeta, demasiado pequeño para retener moléculas
tan ligeras. Se encuentra en estado libre en los gases volcánicos o en los
que brotan de las fuentes naturales y en las capas más altas de la
atmósfera. En estado de combinación, sin embargo, es probablemente, después
de Oxigeno, el elemento más abundante en la tierra. Combinado con el Oxígeno
constituye el 11,2% de la masa de agua.
Propiedades Químicas
Debido a la pequeña densidad de Hidrógeno (0,09 g/l) es
muy difusible y atraviesa los cuerpos porosos. Los metales finamente
divididos la absorben en grandes cantidades (oclusión). Es muy poco soluble
en el agua debido a que sus moléculas no son polares. En estado líquido su
densidad es de 0,07 g/cm3. Su punto de congelación es de -259,14 ºC y su
punto de ebullición -252,8%.
Propiedades Físicas
Por su extrema pequeñez y sus especiales características,
el átomo de Hidrógeno se considera prácticamente con todos los elementos
generalmente en frío. Da lugar a muchas reacciones químicas. El Hidrógeno es
combustible y al arder se combina con el Oxígeno, dando agua, esto ocurre no
sólo con el Oxígeno en estado libre sino también con el Oxígeno combinado.
Así por ejemplo, ocurre cuando reacciona con el Óxido de Cobre Cu O + H2 !
Cu + H2O
DIÓXIDO DE CARBONO
Dióxido de carbono, gas incoloro, inodoro y con un ligero
sabor ácido, cuya molécula consiste en un átomo de carbono unido a dos
átomos de oxígeno (CO2). El químico escocés
Joseph
Black lo denominó "aire fijo", y lo obtuvo a partir de la descomposición
de la marga y la caliza, como parte de la composición química de esas
sustancias. El químico francés Antoine Lavoisier lo identificó como un óxido
de carbono al demostrar que el gas obtenido por la combustión del carbón de
leña es idéntico en sus propiedades al "aire fijo" obtenido por Black. El
dióxido de carbono es 1,5 veces aproximadamente más denso que el aire. Es
soluble en agua en una proporción de un 0,9 de volumen del gas por volumen
de agua a 20 °C.
El dióxido de carbono se produce por diversos procesos:
por combustión u oxidación de materiales que contienen carbono, como el
carbón, la madera, el aceite o algunos alimentos; por la fermentación de
azúcares, y por la descomposición de los carbonatos bajo la acción del calor
o los ácidos. Comercialmente el dióxido de carbono se recupera de los gases
de hornos de calcinación, de los procesos de fermentación, de la reacción de
los carbonatos con los ácidos, y de la reacción del vapor con el gas
natural, una fase de la producción comercial de amoníaco. El dióxido de
carbono se purifica disolviéndolo en un solución concentrada de carbonato
alcalino y luego calentando la disolución con vapor. El gas se recoge y se
comprime en cilindros de acero.
La atmósfera contiene dióxido de carbono en cantidades
variables, aunque normalmente es de 3 a 4 partes por 10.000, y aumenta un
0,4% al año. Es utilizado por las plantas verdes en el proceso conocido como
fotosíntesis, por el cual se fabrican los carbohidratos, dentro del ciclo
del carbono.
El dióxido de carbono se usa para fabricar carbonato de
sodio, Na2CO3 · 1OH2O (sosa para lavar), e hidrogeno carbonato de sodio,
NaHCO3 (bicarbonato de sodio). Disuelto bajo una presión de 2 a 5
atmósferas, el dióxido de carbono produce la efervescencia de las bebidas
gaseosas. No arde ni sufre combustión, por lo que se emplea en extintores de
fuego. El extintor de CO2 es un cilindro de acero lleno de dióxido de
carbono líquido que, cuando se libera, se expande repentinamente y produce
una bajada de temperatura tan enorme que se solidifica en "nieve" en polvo.
Esta nieve se volatiliza (se evapora) al contacto con la sustancia en
combustión, produciendo una capa de gas que enfría y mitiga la llama. El
dióxido de carbono sólido, conocido como hielo seco, se usa mucho como
refrigerante. Su capacidad para enfriar es casi el doble que la del hielo
del agua; sus ventajas son que no pasa a líquido sino que se convierte en un
gas, produciendo una atmósfera inerte que reduce el crecimiento de las
bacterias.
La presencia de dióxido de carbono en la sangre estimula
la respiración. Por esa razón se le añade dióxido de carbono al oxígeno o
aire ordinario en la respiración artificial, y a los gases utilizados en la
anestesia.
MONÓXIDO DE CARBONO
Monóxido de carbono, compuesto químico de carbono y
oxígeno, de fórmula CO. Es un gas incoloro e inodoro, un 3% más ligero que
el aire, que resulta venenoso para los animales de sangre caliente y muchas
otras formas de vida. Al ser inhalado se combina con la hemoglobina de la
sangre impidiendo la absorción de oxígeno y produciendo asfixia.
El monóxido de carbono se forma al quemar carbono o
sustancias compuestas de carbono con una cantidad insuficiente de aire.
Incluso cuando dicha cantidad de aire es en teoría suficiente, la reacción
no siempre se completa, pues los gases de combustión contienen una parte de
oxígeno libre y una parte de monóxido de carbono.
Una reacción incompleta suele darse cuando ésta tiene
lugar de una manera rápida, como en los motores de los automóviles, lo que
provoca en los gases del escape la presencia de cantidades nocivas de
monóxido de carbono que pueden alcanzar un alto porcentaje. Este problema se
elimina con la ayuda de dispositivos anticontaminantes que reducen el
monóxido de carbono a niveles inferiores al 1%. Una cantidad de 1/100.000 de
monóxido de carbono en el aire puede llegar a provocar síntomas de
envenenamiento; y una cantidad tan pequeña como 1/500 puede ser fatal en
menos de 30 minutos. El monóxido de carbono es el principal componente del
aire contaminado en las áreas urbanas.
Debido a su falta de olor, el monóxido de carbono es un
veneno engañoso. Sólo produce ligeros síntomas de dolor de cabeza, náuseas o
fatiga, seguidos de estado de inconsciencia. Los combustibles gaseosos, que
pueden llegar a contener hasta un 50% de monóxido de carbono, suelen llevar
pequeñas cantidades de compuestos de azufre de olor desagradable con el
propósito de detectar posibles fugas.
El monóxido de carbono es un importante combustible
industrial y un componente del gas pobre, del gas de altos hornos y del gas
de hulla. En la metalurgia del acero fundido, el monóxido de carbono formado
a partir del coque, actúa como agente reductor, extrayendo el oxígeno del
mineral. El monóxido de carbono se combina activamente con el cloro para
formar cloruro de carbonilo o fosgeno, y calentado en presencia de un
catalizador se combina con el hidrógeno formando metanol. La combinación
directa del monóxido de carbono con ciertos metales, forma compuestos
gaseosos, y se emplea para el refinado de dichos metales, especialmente el
níquel.
El punto de fusión del monóxido de carbono es de -205 °C y
su punto de ebullición de -191,5 °C.
Gas natural
El gas natural es también un producto energético que se
extrae de la tierra y cuyo origen es orgánico. El gas se emplea
principalmente para calefacción y para cocinar. En la guajira colombiana
existen grandes yacimientos de gas natural, el cual se considera una fuente
muy importante de energía para la costa atlántica colombiana.
¿ Cómo es el Ciclo del CO2 en los ecosistemas ?
El Dióxido de Carbono, es incorporado por la fotosíntesis
en los tejidos vivos de las plantas. Cuando las plantas son devoradas por
los herbívoros, los carbohidratos y las demás moléculas de la planta que
contienen Carbono se descomponen en el Sistema Digestivo del animal y en las
células del cuerpo, con la liberación del Dióxido de Carbono, a través de la
respiración, hacia la atmósfera. Los carnívoros que se alimentan de la carne
de dichos animales asimilarán, a su vez, los compuestos de Carbono.
Finalmente, los desintegradores o descomponedores
desdoblan las moléculas orgánicas cuando los animales y las plantas mueren,
liberando el Dióxido de Carbono.
La quema de combustibles también devuelve el Dióxido de
Carbono a la atmósfera. El Carbono circula a través del ecosistema desde los
productores hasta los descomponedores. Se cumple el ciclo ser vivo -
ambiente - ser vivo. Si las plantas fueran destruidas, el Carbono no pararía
a los animales y a los desintegradores, los cuales desaparecerían.
El hombre ha aumentado la cantidad normal del CO2 en la
atmósfera, rompiendo su equilibrio. La cantidad de CO2 consumido durante la
fotosíntesis, es menor que la cantidad que retorna por acción del hombre,
presentándose un aumento.
Por otro lado, el Dióxido de Carbono tiene la propiedad de
absorber los rayos calóricos, por lo tanto, cuando la tierra emite a su vez
calor al espacio, el CO2 lo retiene, produciendo un aumento de la
temperatura de la tierra, lo que podría conducir en el futuro a un cambio
del clima terrestre, trayendo graves consecuencias a los ecosistemas.
El Dióxido de Carbono es un gas incoloro, de olor
penetrante y de sabor ligeramente ácido. Es muy soluble en el agua, en donde
desempeña un papel muy importante, el de mantener constante concentración de
Hidrógeno. Se utiliza mucho en la fabricación de gaseosas, de panes, en la
fermentación de bebidas alcohólicas y en la fabricación de hielo seco, entre
otros.
GASES NOBLES O INERTES
No tienen carácter metálico ni tampoco no metálico, forman
un grupo aparte. Por poseer la última órbita electrónica completa - tiene
ocho electrones -, su reaccionabilidad química es prácticamente nula. Desde
el punto de vista de la última órbita, constituye una excepción el Helio
(He), que tiene dos electrones en el primer y único nivel de energía y por
tanto alcanza el límite cuántico de Pauli. Así, no puede formar compuestos
estables con otros elementos y en la naturaleza se lo encuentra en moléculas
monoatómicas, como todos los demás gases nobles.
Los gases nobles no forman compuestos, ni entre ellos
mismos ni con otros elementos. Todos estos elementos son gases a temperatura
ambiente, a veces de valencia y son monoatómicos.
GASES INERTES
He (Helio), Ne (Neón), Ar (Argón), Kr (Kriptón), Xe
(Xenón) y Rn (Radón)
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
Contaminación atmosférica, contaminación de la atmósfera
por residuos o productos secundarios gaseosos, sólidos o líquidos, que
pueden poner en peligro la salud del hombre y la salud y bienestar de las
plantas y animales, atacar a distintos materiales, reducir la visibilidad o
producir olores desagradables. Entre los contaminantes atmosféricos emitidos
por fuentes naturales, sólo el radón, un gas radiactivo, es considerado un
riesgo importante para la salud. Subproducto de la desintegración radiactiva
de minerales de uranio contenidos en ciertos tipos de roca, el radón se
filtra en los sótanos de las casas construidas sobre ella. Se da el caso, y
según recientes estimaciones del gobierno de Estados Unidos, de que un 20%
de los hogares del país contienen concentraciones de radón suficientemente
elevadas como para representar un riesgo de cáncer de pulmón.
Cada año, los países industriales generan miles de
millones de toneladas de contaminantes. Los contaminantes atmosféricos más
frecuentes y más ampliamente dispersos se describen en la tabla adjunta. El
nivel suele expresarse en términos de concentración atmosférica (microgramos
de contaminantes por metro cúbico de aire) o, en el caso de los gases, en
partes por millón, es decir, el número de moléculas de contaminantes por
millón de moléculas de aire. Muchos contaminantes proceden de fuentes
fácilmente identificables; el dióxido de azufre, por ejemplo, procede de las
centrales energéticas que queman carbón o petróleo. Otros se forman por la
acción de la luz solar sobre materiales reactivos previamente emitidos a la
atmósfera (los llamados precursores). Por ejemplo, el ozono, un peligroso
contaminante que forma parte del smog, se produce por la interacción
de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno bajo la influencia de la luz solar.
El ozono ha producido también graves daños en las cosechas. Por otra parte,
el descubrimiento en la década de 1980 de que algunos contaminantes
atmosféricos, como los clorofluorocarbonos (CFC), están produciendo una
disminución de la capa de ozono protectora del planeta ha conducido a una
supresión paulatina de estos productos.
Meteorología y efectos sobre la salud
La concentración de los contaminantes se reduce al
dispersarse éstos en la atmósfera, proceso que depende de factores
climatológicos como la temperatura, la velocidad del viento, el movimiento
de sistemas de altas y bajas presiones y la interacción de éstos con la
topografía local, por ejemplo las montañas y valles. La temperatura suele
decrecer con la altitud, pero cuando una capa de aire frío se asienta bajo
una capa de aire caliente produciendo una inversión térmica, la mezcla
atmosférica se retarda y los contaminantes se acumulan cerca del suelo. Las
inversiones pueden ser duraderas bajo un sistema estacionario de altas
presiones unido a una baja velocidad del viento.
Un periodo de tan sólo tres días de escasa mezcla
atmosférica puede llevar a concentraciones elevadas de productos peligrosos
en áreas de alta contaminación y, en casos extremos, producir enfermedades e
incluso la muerte. En 1948 una inversión térmica sobre Donora, Pennsylvania,
produjo enfermedades respiratorias en más de 6.000 personas ocasionando la
muerte de veinte de ellas. En Londres, la contaminación segó entre 3.500 y
4.000 vidas en 1952, y otras 700 en 1962. La liberación de isocianato de
metilo a la atmósfera durante una inversión térmica fue la causa del
desastre de Bhopal, India, en diciembre de 1984, que produjo al menos 3.300
muertes y más de 20.000 afectados. Los efectos de la exposición a largo
plazo a bajas concentraciones de contaminantes no están bien definidos; no
obstante, los grupos de riesgo son los niños, los ancianos, los fumadores,
los trabajadores expuestos al contacto con materiales tóxicos y quienes
padecen enfermedades pulmonares o cardiacas. Otros efectos adversos de la
contaminación atmosférica son los daños que pueden sufrir el ganado y las
cosechas.
A menudo los primeros efectos perceptibles de la
contaminación son de naturaleza estética y no son necesariamente peligrosos.
Estos efectos incluyen la disminución de la visibilidad debido a la
presencia de diminutas partículas suspendidas en el aire, y los malos
olores, como la pestilencia a huevos podridos producida por el sulfuro de
hidrógeno que emana de las fábricas de papel y celulosa.
Fuentes y control
La combustión de carbón, petróleo y gasolina es el origen
de buena parte de los contaminantes atmosféricos. Más de un 80% del dióxido
de azufre, un 50% de los óxidos de nitrógeno, y de un 30 a un 40% de las
partículas en suspensión emitidos a la atmósfera en Estados Unidos proceden
de las centrales eléctricas que queman combustibles fósiles, las calderas
industriales y las calefacciones. Un 80% del monóxido de carbono y un 40% de
los óxidos de nitrógeno e hidrocarburos emitidos proceden de la combustión
de la gasolina y el gasóleo en los motores de los coches y camiones. Otras
importantes fuentes de contaminación son la siderurgia y las acerías, las
fundiciones de cinc, plomo y cobre, las incineradoras municipales, las
refinerías de petróleo, las fábricas de cemento y las fábricas de ácido
nítrico y sulfúrico.
Entre los materiales que participan en un proceso químico
o de combustión puede haber ya contaminantes (como el plomo de la gasolina),
o éstos pueden aparecer como resultado del propio proceso. El monóxido de
carbono, por ejemplo, es un producto típico de los motores de explosión. Los
métodos de control de la contaminación atmosférica incluyen la eliminación
del producto peligroso antes de su uso, la eliminación del contaminante una
vez formado, o la alteración del proceso para que no produzca el
contaminante o lo haga en cantidades inapreciables. Los contaminantes
producidos por los automóviles pueden controlarse consiguiendo una
combustión lo más completa posible de la gasolina, haciendo circular de
nuevo los gases del depósito, el carburador y el cárter, y convirtiendo los
gases de escape en productos inocuos por medio de catalizadores. Las
partículas emitidas por las industrias pueden eliminarse por medio de
ciclones, precipitadores electrostáticos y filtros. Los gases contaminantes
pueden almacenarse en líquidos o sólidos, o incinerarse para producir
sustancias inocuas.
Efectos a gran escala
Las altas chimeneas de las industrias no reducen la
cantidad de contaminantes, simplemente los emiten a mayor altura, reduciendo
así su concentración in situ. Estos contaminantes pueden ser transportados a
gran distancia y producir sus efectos adversos en áreas muy alejadas del
lugar donde tuvo lugar la emisión. El pH o acidez relativa de muchos lagos
de agua dulce se ha visto alterado hasta tal punto que han quedado
destruidas poblaciones enteras de peces. En Europa se han observado estos
efectos, y así, por ejemplo, Suecia ha visto afectada la capacidad de
sustentar peces de muchos de sus lagos. Las emisiones de dióxido de azufre y
la subsiguiente formación de ácido sulfúrico pueden ser también responsables
del ataque sufrido por las calizas y el mármol a grandes distancias.
El creciente consumo de carbón y petróleo desde finales de
la década de 1940 ha llevado a concentraciones cada vez mayores de dióxido
de carbono. El efecto invernadero resultante, que permite la entrada de la
energía solar, pero reduce la reemisión de rayos infrarrojos al espacio
exterior, genera una tendencia al calentamiento que podría afectar al clima
global y llevar al deshielo parcial de los casquetes polares. Es concebible
que un aumento de la cubierta nubosa o la absorción del dióxido de carbono
por los océanos pudieran poner freno al efecto invernadero antes de que se
llegara a la fase del deshielo polar. No obstante, los informes publicados
en la década de 1980 indican que el efecto invernadero es un hecho y que las
naciones del mundo deberían tomar medidas inmediatamente para ponerle
solución.
Medidas gubernamentales
Muchos países tienen normas sobre la calidad del aire con
respecto a las sustancias peligrosas que pueda contener. Estas normativas
marcan los niveles máximos de concentración que permiten garantizar la salud
pública. También se han establecido normas para limitar las emisiones
contaminantes del aire que producen las diferentes fuentes de contaminación.
Sin embargo, la naturaleza de este problema no podrá resolverse sin un
acuerdo internacional. En marzo de 1985, en una convención auspiciada por
las Naciones Unidas, 49 países acordaron proteger la capa de ozono. En el
Protocolo de Montreal, renegociado en 1990, se solicita la eliminación
progresiva de ciertos cloro carbonos y fluorocarbonos antes del año 2000 y
ofrece ayuda a los países en vías de desarrollo para realizar esta
transición.
|
CONTAMINANTE |
PRINCIPALES FUENTES |
COMENTARIOS |
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Monóxido de carbono (CO) |
Gases de escape de vehículos de motor;
algunos procesos industriales |
Máximo permitido: 10 mg/m3 (9 ppm) en 8 hr;
40 mg/m3 en 1 hr (35 ppm) |
|
Dióxido de azufre (SO2) |
Instalaciones generadoras de calor y
electricidad que utilizan petróleo o carbón con contenido sulfuroso;
plantas de ácido sulfúrico |
Máximo permitido: 80 µg/m3 (0,03 ppm) en
un año; 365 µg/m3 en 24 hr (0,14 ppm) |
|
Partículas en suspensión |
Gases de escape de vehículos de motor;
procesos industriales; incineración de residuos; generación de calor y
electricidad; reacción de gases contaminantes en la atmósfera |
Máximo permitido: 75 µg/m3 en un año; 260
µg/m3 en 24 hr; compuesto de carbón, nitratos, sulfatos y numerosos
metales, como el plomo, el cobre, el hierro y el cinc |
|
Plomo (Pb) |
Gases de escape de vehículos de motor,
fundiciones de plomo; fábricas de baterías |
Máximo permitido: 1,5 µg/m3 en 3 meses; la
mayor parte del plomo contenido en partículas en suspensión |
|
Óxidos de nitrógeno (NO, NO2) |
Gases de escape de vehículos de motor;
generación de calor y electricidad; ácido nítrico; explosivos; fábricas
de fertilizantes |
Máximo permitido: 100 µg/m3 (0,05 ppm) en
un año para el NO2; reacciona con hidrocarburos y luz solar para formar
oxidantes fotoquímicos |
|
Oxidantes fotoquímicos (fundamentalmente
ozono [O3]; también nitrato peroxiacetílico [PAN] y aldehídos) |
Se forman en la atmósfera como reacción a
los óxidos de nitrógenos, hidrocarburos y luz solar |
Máximo permitido: 235 µg/m3 (0,12 ppm) en
1 hr |
|
Hidrocarburos no metánicos (incluye etano,
etileno, propano, butanos, pentanos, acetileno) |
Gases de escape de vehículos de motor;
evaporación de disolventes; procesos industriales; eliminación de
residuos sólidos; combustión de combustibles |
Reacciona con los óxidos de nitrógeno y la
luz solar para formar oxidantes fotoquímicos |
|
Dióxido de carbono (CO2) |
Todas las fuentes de combustión |
Posiblemente perjudicial para la salud en
concentraciones superiores a 5000 ppm en 2-8 hr; los niveles
atmosféricos se han incrementado desde unas 280 ppm hace un siglo a más
de 350 ppm en la actualidad; probablemente esta tendencia esté
contribuyendo a la generación del efecto invernadero |
EL EFECTO INVERNADERO
En nuestra ciudad estamos viviendo en pleno lo que se ha
conocido como efecto invernadero.
Un invernadero es un recinto limitado por una superficie
transparente (vidrio, plástico) en la que el calor puede penetrar, pero no
escapar, lo que provoca un aumento de la temperatura en el interior del
recinto.
Los gases presentes en la atmósfera tienen la capacidad de
permitir el paso de la radiación solar haciendo que la tierra se caliente.
En forma natural, la tierra, a su vez, emite o libera el calor excedente
hacia la atmósfera.
Sin embargo, en los últimos tiempos ha aumentado la
cantidad de gas Dióxido de Carbono en la atmósfera. Este hecho se ha
producido, básicamente, por el uso excesivo de combustibles fósiles como el
petróleo o el carbón y por la tala indiscriminada de bosques. Así, el
Dióxido de Carbono en la atmósfera actúa del mismo modo de las superficies
transparentes de un invernadero: deja pasar el calor del sol hacia la
tierra, pero impide el paso al exterior. Como consecuencia del fenómeno, la
temperatura de la tierra están en lento pero continuo aumento.
VAPOR DE AGUA
Proporciona al aire la humedad necesaria para la formación
de nubes lluvia y nieve, que una vez en la tierra, es aprovechada por
plantas y animales. El vapor de agua en la atmósfera varía según la cercanía
del mar y la distancia desde el suelo, puesto que la presencia de este gas
en el aire se debe a la evaporación de las aguas que componen la hidrosfera.
OZONO
La molécula del Oxígeno es biatómica CO2 pero posee una
forma acotrópica cuya molécula está formada por tres átomos de Oxígeno. El
Ozono (O3). La alotropía es un fenómeno por el cual un elemento puede
presentarse en diferentes estados, ya sea porque difieren en su estructura
atómica o por diferencias moleculares. En los estados alotrópicos es posible
la transformación de una variedad a otra. Generalmente tienen propiedades
diferentes. El Ozono se encuentra en la atmósfera, dependiendo su cantidad
de las distintas capas atmosféricas en que se encuentre. Es importante
señalar que se halla en grandes cantidades en el campo ya que es producido
por la fotosíntesis de las plantas. También se puede encontrar en el aire
después de las tormentas y en lugares donde están situados equipos
eléctricos porque se forma por descargas eléctricas en contacto con el
Oxígeno del aire.
LLUVIA ÁCIDA
Se debe al incremento de las emisiones de Oxido de Azufre
que en el aire se convierten en pequeñas gotas de Ácido Sulfúrico. Tienen
impacto ambiental severo, cambian el PH del suelo, afectando los cultivos;
acidifican lagos y ríos. También desintegran las edificaciones.
La lluvia ácida es un tipo de precipitación altamente
corrosiva, a causa de las sustancias que se encuentran disueltas en ella.
Los Óxidos de Azufre y de Nitrógeno del smog se combinan con el agua de la
atmósfera, formando ácido sulfúrico y ácido nítrico, los que son
precipitados por la lluvia. La lluvia ácida se puede manifestar a miles de
Km de las fuentes de contaminación, a causa de los vientos y sus principales
efectos son:
-
Acidificación de lagos y ríos, lo que en
ocasiones provoca la muerte de especies acuáticas
-
Destrucción de bosques a causa de la
alteración del suelo y la acción de los ácidos en la superficie de las
hojas
-
Destrucción del mármol y la erosión de la
piedra caliza
CONCLUSIÓN
EN EL COMIENZO DE NUESTRA INVESTIGACIÓN, EL GRUPO EN
GENERAL OPTÓ POR TOMAR EL TEMA - SE PODRÍA DECIR QUE UN POCO A LA LIGERA-
PERO A MEDIDA QUE ÍBAMOS AVANZANDO NOS FUIMOS DANDO CUENTA LO IMPORTANTE QUE
ES NUESTRO AMBIENTE Y QUE DEPENDEMOS DEL AIRE, TANTO COMO DEL AGUA PARA QUE
SOBREVIVAMOS SERES HUMANOS, ANIMALES Y PLANTAS, TAMBIÉN NOS DIMOS CUENTA DE
LO POCO QUE VALORA EL SER HUMANO LO QUE TIENE Y DE LA POCA CONCIENCIA QUE
EXISTE PARA CON LA NATURALEZA. OJALÁ ESTÁ CONCIENCIA AFLORE Y AÚN TENGAMOS
TIEMPO PARA REMEDIAR TODO EL DAÑO CAUSADO.
BIBLIOGRAFÍA
-
Geografía General de Educación Media.
-
Ciencias Naturales HOY 7º año. Editorial
Santillana.
-
Enciclopedia Encarta 98. Microsoft.
-
Colección Cole-Cole (matemática, Física y
Química).
-
Internet.
