Contaminación Atmosférica: Gases, Efectos Ambientales y Soluciones Químicas

Origen y contaminantes atmosféricos

ORIGEN:

• CO: volcanes, incendios y combustión incompleta de combustibles fósiles (tiene baja presión de oxígeno), con reacción C + O₂ → 2CO.
• CO₂: fotosíntesis, respiración, combustión de combustibles fósiles, industria y coxs: C + O₂ → CO₂.
• HCO₃^-: ácido carbónico (lluvia).
• N₂: fijación, desnitrificación.
• NO: quema de combustibles fósiles, industria y nitrificación (no calor). El NO₂ se forma por reacciones fotoquímicas.
• N₂O: GEI, desnitrificación, fertilizantes nitrogenados (síntesis de amoniaco), procesos biológicos e industriales.
• HNO₃: lluvia ácida.
• SO₂: quema de combustibles fósiles, cokes e industria.
• SO₃: SO₂ + atmósfera (3-5%).
• H₂SO₄: lluvia ácida.
• HC: descomposición de materia orgánica.
• COVs: volcanes, incendios, quema de combustibles fósiles e industria.

GEI (Gases de Efecto Invernadero):

CO₂, CH₄ (ganadería, procesos biológicos, desnitrificación), gases fluorados (industrias), H₂O y O₃.

PREGUNTAS

Química sostenible

La química sostenible busca satisfacer las necesidades básicas (económicas, sociales y medioambientales: salud, higiene y alimentación) sin comprometer el futuro. Se enfoca en el diseño de productos y procesos que reduzcan o eliminen el uso y la generación de sustancias peligrosas.

Los 12 principios para reducir fuentes y emisiones:

• Economía atómica: métodos de síntesis que maximicen la incorporación de materiales en el producto final.
• Reducir el uso de sustancias auxiliares: recursos y reactivos como disolventes, o inmovilizar disolventes con material auxiliar para eliminar volátiles.
• Reacciones optimizadas: fundido o mezcla apropiada.
• Materiales renovables: biomasa.
• Análisis en tiempo real: detectar en la reacción la producción de sustancias tóxicas y ajustar parámetros del proceso para reducir o eliminar dichas sustancias.

Catalizadores de tres vías (CAT3VIAS)

Los vehículos emiten contaminantes atmosféricos graves provenientes de fuentes móviles y combustibles fósiles como el petróleo: CO₂, NO_x, partículas y otros compuestos. El catalizador de tres vías, en la gasolina, realiza tres reacciones:

• CO + ½ O₂ → CO₂
• 2 HC + 3 O₂ → 2 H₂O + 2 CO₂
• 2 NO_x → N₂ + xO₂

Así transforma los compuestos en inocuos, reduce la combustión incompleta de C y HC, y trabaja mejor a altas temperaturas.

Requisitos: durabilidad, estabilidad mecánica, fluidez dinámica, alta actividad y selectividad, rápida curva de ignición con alta actividad a baja temperatura, y almacenamiento de O₂.

Composición: metales nobles como catalizadores (reacción redox con Pd), reserva de O₂ (-O₂ o +HC), soporte de alta resistencia a la tracción y a los cambios de temperatura.

Reacción de FENTON

Tratamiento químico del agua contaminada con materia orgánica o inorgánica procedente de la industria, a temperatura ambiente, para eliminar pesticidas, fenoles, hidrocarburos, etc. Utiliza H₂O₂ con sales de Fe²⁺ en disolución con pH bajo (3-5).

Reacciones:

• Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH^- + OH• (producción de radicales hidroxilo)
• Fe³⁺ + H₂O₂ → Fe²⁺ + H⁺ + HO₂• (regeneración del hierro ferroso)
• Ataque a la materia orgánica: RH + OH• → R• + H₂O; RH + HO₂• → R• + H₂O₂
• Reducción del carbono orgánico total (COT): OH• + R• → CO₂ + H₂O (sustancias finales inocuas).

Además, se reduce en un 25% los lodos de hierro mediante reacción heterogénea con Fe como catalizador sólido, lo que mejora la eficiencia y reduce los lodos de hierro precipitado y el coste de H₂O₂.

Pesticidas y plaguicidas

Conjunto de productos químicos para combatir parásitos de cultivos, ganado y animales. Son eficaces incluso con baja concentración.

• Toxicidad: DL50 (mg/kg) es la dosis que mata al 50% de los individuos. Existe toxicidad residual en alimentos, con una concentración máxima de plaguicida en ppm.
• Persistencia: tiempo que tarda en perderse el 95% de la sustancia en agua, suelo o aire (6, 2-6, 1-2 años), dependiendo del contaminante y de las condiciones (pH, temperatura, etc.).
• Bioacumulación: si son persistentes e ingeridos en agua, se disuelven en grasas y se acumulan en la cadena alimentaria; el coeficiente de bioacumulación indica la concentración en órganos y en el medio acuático.