El monóxido de carbono (CO) es un gas no irritante, incoloro, inodoro, insípido y tóxico que se produce por la combustión de materia orgánica como la madera, el carbón o el petróleo, en una atmósfera con insuficiencia de oxígeno, donde ocurre la siguiente reacción:
2 C + O2 -----> 2 CO
Si la combustión del carbono se hace en una atmósfera con oxígeno se produce el dióxido de carbono:
C + O2 -----> CO2
y por oxidación del monóxido de carbono:
2 CO + O2 -----> 2 CO2
El CO tiene como fuente natural (en una baja proporción): gases volcánicos, gases emanados de los pantanos y de las minas de carbón, las tormentas eléctricas, la fotodisociación del CO2 en la atmósfera superior, los incendios, así como el metabolismo de plantas y animales acuáticos y terrestres.
El CO químicamente es un agente reductor y su concentración promedio en la atmósfera es de 0.1 ppm. La mayor fuente de producción de CO es el motor de combustión interna (su concentración puede alcanzar hasta 115 ppm en embotellamientos de automóvil). Para abatir estas emisiones se ha optado por instalar los convertidores catalíticos en los automóviles, con lo que se reduce hasta un 90 % las emisiones de CO.
Una forma natural de consumo de CO es su reacción química con los radicales hidroxilo ambientales:
CO + 2 OH- -----> CO2 + H2O.
El CO debe su toxicidad en los seres humanos a su capacidad para combinarse con la hemoglobina produciendo la carboxihemoglobina (COHb), la cual no puede transportar el oxígeno porque la COHb y el O2 compiten por el mismo grupo funcional de la hemoglobina. Sin embargo, el CO se combina unas 10 veces menos que el oxígeno con la hemoglobina y se disocia unas 2200 veces menos que el oxígeno de la hemoglobina, lo que significa que la afinidad química de la hemoglobina por el CO es 220 veces mayor que por el oxígeno.
La reducción de la capacidad de transporte de oxígeno de la sangre es proporcional a la cantidad presente de COHb, pero la cantidad de oxígeno disponible para los tejidos se reduce más todavía por la influencia inhibidora de la COHb sobre la disociación de cualquier oxihemoglobina (O2Hb) todavía disponible. La COHb es disociable totalmente y una vez terminada la exposición aguda al CO se excreta por los pulmones. Sólo una pequeña cantidad se oxida a CO2 .
Un sujeto envenenado por CO que en reposo respire aire, el contenido de CO en la sangre tiene un tiempo de vida media de 320 minutos. Si se aplica oxígeno puro el tiempo de vida media se reduce a 80 min ya que el equilibrio se desplaza hacia la formación de oxihemoglobina según la ecuación química:
CO + O2Hb <=====> O2 + COHb.
El grado de toxicidad del CO depende de la concentración y del tiempo de exposición del individuo, y los daños pueden ser desde ligeros malestares hasta la muerte.
NIVEL (ppm)
EFECTO FISIOLÓGICO
200 por 3 horas ó 600 por 1 hora
Dolor de cabeza
500 por 1 hora ó 1 000 por 30 minutos
Mareos, zumbido de oídos, náuseas, palpitaciones, embotamiento
1 500 por una hora
Sumamente peligroso para la vida
4 000
Colapso, inconsciencia, muerte
El envenenamiento por CO puede agravarse por la acción de factores como:
¨ El humo de cigarro
¨ La realización de ejercicio físico
¨ La exposición en sitios localizados a más de 1 500 m sobre el nivel del mar
¨ La presencia de enfermedades cardiorespiratorias
Otras fuentes de emisión son las industrias que utilizan combustibles fósiles en sus fraguas, calderas e incineradores, en la detonación de explosivos y los escapes en instalaciones deterioradas de calefacción y estufas.
- Los sitios donde se concentran gran cantidad de vehículos de combustión interna corresponden a los de mayor índice de contaminación producida por monóxido de carbono.
CONTAMINACIÓN POR CO2
El bióxido de carbono CO2constituye el enlace indispensable que une al Sol con la Tierra por el intercambio bioquímico que permite que la energía luminosa se "incorpore" a los sistemas vivientes. A partir de la energía solar y con la intervención de moléculas como la clorofila y el agua, participa en la construcción de alimentos a través de la fotosíntesis en las plantas verdes (autótrofos).
La energía contenida en los alimentos puede ser aprovechada dentro de la célula de la misma planta o de cualquier otro organismo (organismo heterótrofo) mediante procesos de oxidación que permiten "quemar" esos compuestos a través del proceso de respiración y así, el CO2 regresa a la atmósfera.
La fotosíntesis y la respiración son los procesos metabólicos que ha utilizado la Tierra por miles de años para hacer que circule el CO2 ( ciclo del CO2) Se estima que -en condiciones naturales- el CO2 tarda alrededor de 300 años para completar este ciclo.
Buena parte del ciclo del carbono tiene lugar en el agua, donde enormes cantidades de organismos acuáticos fotosintéticos lo fijan en moléculas orgánicas, mientras que otros lo liberan mediante la respiración. El bióxido de carbono liberado pasa a formar compuestos como los carbonatos. Algunos científicos calculan que la mitad del CO2 que circula se encuentra absorbido por el océano. Mucho de estos carbonatos se encuentra sobre el fondo marino "arrastrados" por los organismos que mueren y caen a las profundidades.
Una serie de reacciones carbonato <=> bicarbonato ocurren constantemente en el agua. Los sedimentos calcáreos contienen mucho de esos compuestos y así, el carbono permanece depositado en el fondo marino, pues estos compuestos se disuelven muy lentamente.
El ciclo natural del carbono, como sabemos, se ha alterado considerablemente como producto de la contaminación ambiental y la velocidad e intensidad con la que las plantas pueden utilizarlo en la fotosíntesis no es suficiente como para evitar que este gas se acumule en la atmósfera.
La quema de combustibles fósiles que mantuvieron por miles de años al carbono sedimentado en las profundidades y que ahora son utilizados como gas, petróleo y gasolina, ha puesto en circulación (en la atmósfera) enormes cantidades de carbono.
Como se ve, la emisión de dióxido de carbono se ha incrementado sensiblemente en todo el mundo y sus efectos probablemente tienen que ver con el aumento global de temperatura (calentamiento global) que muchos investigadores afirman que está ocurriendo.
Los efectos de concentración de CO2 en la atmósfera tienen además, un ritmo estacional. En altas latitudes (al norte) se incrementa significativamente en el invierno cuando baja la actividad fotosintética en los bosques de hoja caduca. Este efecto se acentúa por el incremento en el uso de combustibles para manetener los sistemas de aire acondicionado en países de esas latitudes.
El efecto invernadero está asociado directamente con la acumulación de bióxido de carbono en la atmósfera (alrededor del 50%) y su impacto aumenta en la medida que consumimos combustibles fósiles, permitimos la tala de bosques en toda la superficie terrestre y continuamos contaminando el mar con desechos y derrames de productos químicos. Otros contaminantes que contribuyen al efecto invernadero son el metano y los clorofluorocarbonos (CFC's, utilizados como propelentes de aerosoles y en sistemas de refrigeración).
ÓXIDOS DE AZUFRE
El desarrollo industrial, principalmente la metalurgia y el incremento continuo en la fabricación de automóviles de combustión interna generan contaminantes peligrosos para la vida como: óxidos de azufre que mediante otras reacciones químicas se trasforman en ácido sulfúrico, óxidos de nitrógeno que se transforma en ácido nítrico, además de aldehídos, ácido sulfhídrico, ácido fluorhídrico, arsénico y algunos derivados de metales como el plomo, el zinc, el mercurio, el cadmio y el cobre.
La palabra smog se deriva del inglés smog (humo) y fog (niebla) y se refiere a un tipo de contaminación visible, que es una mezcla de humos (y otros productos de la combustión del carbón o del petróleo que contienen azufre) con el vapor de agua del aire. En 1952, en Londres, Inglaterra, el smog con óxidos de azufre y partículas de hollín estuvo muy concentrado y debido a las condiciones estáticas de la atmósfera (inversión térmica) que en 5 días provocó la muerte de alrededor de 4000 personas.
El SO2 es un gas que pertenece a la familia de los gases de óxidos de azufre (SOx), que se producen principalmente de la combustión de compuestos que contienen azufre -carbón y aceite- y durante ciertos procesos industriales y en la producción de acero. Este gas incoloro y con sabor ácido picante, es percibido por el olfato en concentraciones hasta de 3 ppm (0.003%) a 5 ppm (0.005%). Cuando se encuentra en niveles de 1 a 10 ppm induce al aumento de la frecuencia respiratoria y el pulso.
Cuando alcanza las 20 ppm produce una fuerte irritación en ojos, nariz, garganta, incrementa la crisis asmática y recrucede las alergias respiratorias. Si la concentración y el tiempo de exposición aumentan, se producen afecciones respiratorias severas. Una exposición a 400 - 500 ppm, aunque sea corta, puede resultar fatal para el organismo al producir y agravar ciertos padecimientos cardiovasculares.
A diferencia del CO y de los óxidos de nitrógeno, que pueden permanecer alrededor de 3 años en la atmósfera, los óxidos de azufre sólo tienen un período de residencia de 3 ó 4 días en la atmósfera, sin embargo, sus efectos contaminantes son muy importantes.
El dióxido de azufre, de la misma manera que los óxidos de nitrógeno, son causa directa de la lluvia ácida cuyos efectos son muy importantes tanto en las grandes ciudades acelerando la corrosión de edificios y monumentos, reduciendo significativamente la visibilidad como en el campo, produciendo la acidez de lagos, ríos y suelos.
El trióxido de azufre, SO3 , es un agente deshidratante poderosísimo, se obtiene por oxidación del anhídrido sulfuroso, SO2 . Por calentamiento de ácido sulfúrico se desprende SO3 . El anhídrido sulfúrico cristaliza en agujas prismáticas, tiene un punto normal de fusión de 16.8ºC y un punto normal de ebullición de 44.88ºC
En condiciones adecuadas el azufre reacciona con el oxígeno del aire produciendo dióxido de azufre (SO2 , gas denso, incoloro con olor a azufre quemado, es muy tóxico. Es un agente muy reductor y soluble en agua. ), el cual por otra oxidación produce el anhídrido sulfúrico o trióxido de azufre (SO3) y éste puede reaccionar con el vapor de agua del aire produciendo ácido sulfúrico. Estos procesos se representan mediante las siguientes ecuaciones químicas:
S + O2 --------> SO2
SO2 + H2O --------> H2SO3
2 SO2 + O2 --------> 2 SO3
SO3 + H2O -------> H2SO4
El ácido sulfúrico es muy tóxico para todos los seres vivos. También daña a los edificios y monumentos, por ejemplo, al reaccionar con el carbonato de calcio (mármol) lo destruye produciendo bióxido de carbono, agua y sulfato de calcio, proceso que se representa mediante la ecuación química:
H2SO4 + CaCO3 --------> CaSO4 + CO2 + H2O
Al reaccionar el bióxido de carbono con el agua produce otro ácido que es débil, el ácido carbónico cuya reacción se representa mediante la ecuación química:
CO2 + H2O <===> H2CO3
En Estados Unidos y algunos países de Europa han encontrado que la tasa de mortalidad por bronquitis crónica está asociada con la cantidad y el tiempo de exposición con contaminantes como el bióxido de azufre.
Las emisiones de SO2 producen lesiones en el follaje y fruto de árboles y plantas, en selvas, bosques y áreas de cultivo porque altera la fotosíntesis. Su efecto se conoce como lluvia ácida.
Las erupciones volcánicas son una fuente importante de contaminación, ya que sus emisiones arrojan a la atmósfera toneladas de cenizas y vapores que afectan amplias zonas a la redonda.
Son muy conocidas en la historia del hombre, las consecuencias que una gran erupción volcánica puede tener. Todo mundo sabe como la historia de las ciudades de Pompeya y Herculano en Italia, se vieron afectadas por la erupción del Vesubio en el primer siglo de nuestra era, o la gran erupción del Krakatoa en Java, o la erupción del Pinatubo o el Chimborazo en Centroamérica.
Una erupción volcánica es una fuente importante de contaminación, puede ir desde la emisión de grandes cantidades de partículas y gases hasta la generación de importantes movimientos telúricos y la emisión de grandes cantidades de roca líquida o lava. Las consecuencias de una erupción son impredecibles y sus efectos se mantienen presentes por mucho tiempo.
Las nubes de partículas pueden permanecer en la atmósfera y ser transportadas por los vientos, a lugares lejanos de la erupción. Su densidad puede impedir la penetración de los rayos solares, influyendo de esta forma tanto en la luminosidad a nivel del suelo, como en la disminución drástica de la temperatura de vastas regiones. Efectos que influyen directamente en el clima y en el desarrollo de la flora y la fauna.
ÓXIDOS DE NITRÓGENO
El NO2 puede irritar los pulmones y predispone ya que abate la resistencia del organismo para contraer diferentes infecciones respiratorias, como la gripa y la influenza.
Los óxidos de nitrógeno (NOx) son importantes contribuyentes potenciales de fenómenos nocivos como la lluvia ácida y la eutroficación en las zonas costeras. La eutroficación ocurre cuando un cuerpo de agua sufre un notable incremento de nutrientes como los nitratos reduciendo la cantidad de oxígeno disuelto, transformando el ambiente en un medio no viable para los seres vivientes.
CARACTERÍSTICAS DEL GAS:
INCOLORO (en grandes concentraciones es café pardo)
PRODUCE: irritación en los ojos, nariz y garganta. La exposición prolongada o crónica produce lesiones pulmonares
PUEDE PERMANECER RESIDENTE EN EL MEDIO HASTA 3 AÑOS
El nitrógeno no reacciona fácilmente con el oxígeno (por eso el aire se mantiene como una mezcla de nitrógeno y oxígeno, principalmente) pero en condiciones favorables reaccionan produciendo los óxidos de nitrógeno que se representan como NOx y son el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2 , gas café rojizo) que se mantiene como mezcla en equilibrio con su dímero, el tetróxido de nitrógeno (N2O4 , gas incoloro, se licua a 21.3ºC. ) a una temperatura de 25ºC y una presión de una atmósfera. Se representa con la ecuación química:
NO2 (G) <===> N2O4 (G) .
Por regla general todos los óxidos de nitrógeno se transforman en bióxido de nitrógeno en el aire, por eso la observación se centra en él .
El óxido nítrico, NO gas incoloro, reacciona con el oxígeno produciendo dióxido de nitrógeno y se representa mediante la ecuación química:
2 NO(G) + O2 (G) --------> 2 NO2(G) .
El dióxido de nitrógeno se descompone por la acción de la luz solar en óxido nítrico y oxígeno atómico (es muy reactivo) y reacciona con una molécula de oxígeno produciendo ozono, procesos que se representan como:
NO2 (G) + hv (radiación solar) -------> NO(G) + O(G) .
O (G) + O2 (G) --------> O3 (G)
El ozono al igual que los demás peróxidos es muy reactivo y reacciona con el óxido nítrico produciendo dióxido de nitrógeno y oxígeno.
O3 (G) + NO(G) --------> NO2 (G) + O2(G) .
Las reacciones químicas directas del nitrógeno generalmente requieren altas temperaturas, debido a su poca reactividad química. Su reacción con el oxígeno puede efectuarse usando una descarga eléctrica de alto voltaje:
OZONO
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El ozono se crea de las reacciones de la luz solar con los óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre que contaminan la atmósfera. Se podría decir que hay cientos de fuentes distintas que producen estos dos tipos de contaminantes, algunas son los vapores de gasolinas, los solventes químicos y la combustión de diversos compuestos.
Se forman casi en cualquier sitio, desde las grandes industrias, las estaciones de gasolina, las pequeñas fábricas o las tintorerías. Estos lugares se encuentran generalmente en zonas donde la temperatura ambiente, la radiación solar y el tránsito vehicular facilitan las reacciones para la formación de ozono.
El ozono es una molécula formada por 3 átomos de oxígeno y es una forma alotrópica del oxígeno, es un gas de color azul pálido y al licuarse forma un líquido azul oscuro. Químicamente es muy activo, es un oxidante muy fuerte por lo que se usa como germicida (mata organismos infecciosos) diluido se usa para esterilizar el agua, purificar el aire y llevar a cabo reacciones de oxidación en química orgánica. Se descompone rápidamente en oxígeno a temperaturas mayores a 100º C y a temperatura ambiente en presencia de catalizadores como el dióxido de manganeso, MnO2 .
Tanto el oxígeno atómico (O) como el ozono (O3) son muy reactivos y al reaccionar con los hidrocarburos olefínicos producen aldehídos, cetonas y alcoholes. El ozono absorbe las radiaciones ultravioleta de 300 nanómetros de longitud de onda la cual es mortífera para los seres vivos. Los rayos ultravioleta tipo B de 280 a 320 nanómetros producen mutaciones genéticas en el ADN (ácido desoxirribonucleico) lo que propicia el cáncer de piel, melanoma y cataratas. Además debilita al sistema inmunológico de los organismos lo que los hace propensos a las enfermedades como la gripa, la influenza y el asma, y disminuye el proceso de fotosíntesis de las plantas y por lo tanto la producción de alimentos. Se calcula que hay 12 ppm de ozono en la atmósfera lo que indica que debemos evitar destruirlo con los productos químicos que lo destruyen.
El ozono ayuda a conservar la vida de 2 maneras:
1) al absorber las radiaciones ultravioleta
2) al contribuir a mantener el equilibrio térmico de la atmósfera.
Debido a su gran reactividad química el ozono se usa en ocasiones para combatir el mal olor de gases de desecho como los producidos en el tratamiento de aguas negras, porque los oxida formando productos menos mal olientes. Las concentraciones de ozono para estos tratamientos varía entre 10 y 20 ppm, concentraciones que serían fatales para el hombre. Para los trabajadores industriales sanos la concentración máxima permisible de ozono es de 0.1 ppm en una jornada de 8h.
La inhalación del ozono presente en el smog fotoquímico ocasiona tos, dificultad para respirar, irritación en la nariz y la garganta, aumenta las molestias y agrava las enfermedades crónicas como el asma, bronquitis, enfisema (es incurable y reduce la capacidad de los pulmones para transferir oxígeno a la sangre) y trastornos cardiacos.
