Reacciones Químicas Fundamentales: Combustión, Ácido-Base y su Impacto Ambiental

Tipos Fundamentales de Reacciones Químicas

Reacciones de Combustión

Las reacciones de combustión son procesos químicos en los que una sustancia, denominada combustible, reacciona con el oxígeno (O₂) para producir principalmente dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O). Estas reacciones son característicamente exotérmicas, lo que significa que liberan energía, usualmente en forma de calor y luz, durante su transcurso.

Reacciones Ácido-Base

Las reacciones ácido-base involucran la interacción entre ácidos y bases, cuyas propiedades distintivas son:

Ácidos

Los ácidos se caracterizan por:

• Tener un sabor agrio (¡nunca probar sustancias desconocidas!).
• Capacidad para disolver algunos metales, liberando hidrógeno gaseoso.
• Cambiar el color de ciertos indicadores (por ejemplo, tornasol azul a rojo).
• Sus propiedades características desaparecen al reaccionar con una base.

Bases

Las bases (o álcalis) se identifican por:

• Tener un sabor amargo y sensación jabonosa al tacto (¡nunca probar o tocar sustancias desconocidas con precaución!).
• Favorecer la disolución de las grasas y aceites.
• Cambiar el color de ciertos indicadores (por ejemplo, tornasol rojo a azul).
• Sus propiedades características desaparecen al reaccionar con un ácido.

Medición de la Acidez: La Escala de pH

La acidez o basicidad de una disolución acuosa se mide utilizando la escala de pH. Esta es una escala logarítmica que generalmente va del 0 al 14. Un pH de 7 se considera neutro (como el agua pura a 25°C), valores inferiores a 7 indican acidez (siendo 0 el más ácido), y valores superiores a 7 indican basicidad (siendo 14 el más básico).

La Reacción de Neutralización

Una característica fundamental de los ácidos y las bases es su capacidad para reaccionar entre sí en un proceso llamado reacción de neutralización. En esta reacción, el ácido y la base se transforman, produciendo una sal y agua. Generalmente, las reacciones de neutralización son exotérmicas, es decir, desprenden energía en forma de calor. Los reactivos (ácido y base) se combinan para dar siempre los mismos tipos de productos: sal y agua.

Ejemplo general: Ácido + Base → Sal + Agua

Impacto Ambiental de las Reacciones Químicas

Incremento del Efecto Invernadero

La Tierra recibe radiación del Sol, que le aporta luz y calor. Una parte de esta radiación es absorbida por la superficie terrestre y la atmósfera, mientras que otra parte es reflejada de nuevo hacia el espacio. Este balance permite mantener una temperatura adecuada para la vida. Sin embargo, la acumulación de ciertos gases en la atmósfera, como el dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄) y óxidos de nitrógeno (NOₓ), conocidos como gases de efecto invernadero (GEI), intensifica este fenómeno natural. Estos gases tienen la capacidad de absorber y reemitir la radiación infrarroja (calor) que la Tierra refleja, atrapando una mayor cantidad de este calor en la baja atmósfera e impidiendo que escape al espacio. Esto provoca un aumento progresivo de la temperatura global del planeta, fenómeno conocido como el incremento del efecto invernadero o calentamiento global.

Lluvia Ácida

El agua de lluvia, en su estado natural, es ligeramente ácida (pH alrededor de 5.6) debido a la disolución de CO₂ atmosférico, formando ácido carbónico débil. No obstante, en áreas con alta actividad industrial o tráfico vehicular intenso, se producen combustiones que emiten a la atmósfera grandes cantidades de gases como el dióxido de azufre (SO₂) y los óxidos de nitrógeno (NOₓ). En la atmósfera, estos óxidos reaccionan con el oxígeno, el vapor de agua y otros componentes químicos, transformándose en ácidos fuertes como el ácido sulfúrico (H₂SO₄) y el ácido nítrico (HNO₃). Cuando estos ácidos se disuelven en las gotas de agua de las nubes y precipitan en forma de lluvia, nieve, niebla o partículas secas, se produce la denominada lluvia ácida (con pH inferior a 5.6). Esta puede tener efectos perjudiciales sobre los ecosistemas acuáticos y terrestres, la corrosión de edificios y monumentos, y la salud humana.

Destrucción de la Capa de Ozono

En la estratosfera, una capa de la atmósfera situada aproximadamente entre los 15 y 50 kilómetros de altitud sobre la superficie terrestre, se encuentra la capa de ozono. El ozono (O₃) es un gas compuesto por tres átomos de oxígeno, crucial para la vida en la Tierra, ya que absorbe la mayor parte de la radiación ultravioleta (UV-B y UV-C) perjudicial proveniente del Sol. En la década de 1980, los científicos observaron una significativa disminución del grosor de esta capa, especialmente sobre la Antártida, fenómeno conocido como el "agujero de la capa de ozono". Esta destrucción es causada principalmente por la emisión a la atmósfera de sustancias químicas fabricadas por el ser humano, como los clorofluorocarbonos (CFCs) —utilizados históricamente en aerosoles (sprays), sistemas de refrigeración y espumas aislantes— y otros compuestos halogenados (halones, tetracloruro de carbono, etc.). Estas sustancias, muy estables en la baja atmósfera, ascienden a la estratosfera donde, por acción de la intensa radiación UV, liberan átomos (como el cloro y el bromo) que actúan como catalizadores en reacciones que destruyen las moléculas de ozono de forma muy eficiente.

Contaminación Ambiental y Soluciones

Contaminación y Purificación del Aire

La composición natural del aire puede verse alterada por diversas fuentes de contaminación. Algunas son de origen natural, como las emisiones volcánicas (que liberan cenizas y gases como SO₂) o los incendios forestales. Sin embargo, una parte significativa proviene de actividades humanas (antropogénicas), destacando:

• Las combustiones en motores de vehículos (coches, aviones, barcos) que queman combustibles fósiles.
• Las emisiones de procesos industriales (fábricas, centrales termoeléctricas).
• La quema de biomasa y residuos.

Estos procesos liberan contaminantes primarios como monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO₂), óxidos de nitrógeno (NOₓ), material particulado (PM₂.₅, PM₁₀) y compuestos orgánicos volátiles (COVs). Estos pueden reaccionar en la atmósfera para formar contaminantes secundarios como el ozono troposférico (O₃). Para reducir el impacto de estas emisiones, se implementan diversas tecnologías de purificación y control, como la instalación de filtros (electrostáticos, de mangas) en chimeneas industriales, catalizadores en los tubos de escape de los vehículos, y el uso de combustibles más limpios o tecnologías de captura de carbono.

Contaminación y Purificación del Agua

El agua es un recurso vital susceptible a la contaminación por diversas vías. Puede arrastrar contaminantes físicos (sólidos en suspensión, basuras, plásticos), químicos (metales pesados, pesticidas, fertilizantes, hidrocarburos, productos farmacéuticos, vertidos industriales) y biológicos (bacterias, virus, parásitos, protozoos). Estos contaminantes pueden provenir de:

• Vertidos industriales y aguas residuales urbanas (domésticas) sin tratar o con tratamiento insuficiente.
• Escorrentía agrícola cargada de agroquímicos (fertilizantes y plaguicidas).
• Filtraciones de vertederos, fosas sépticas o tanques de almacenamiento subterráneo.
• Deposición atmosférica de contaminantes transportados por el aire.
• Actividades mineras y derrames accidentales.

Para garantizar la seguridad del agua para el consumo humano y proteger los ecosistemas acuáticos, las aguas contaminadas se someten a rigurosos procesos en plantas de tratamiento:

• Depuración de aguas residuales: Proceso para eliminar los contaminantes de las aguas residuales antes de devolverlas al medio ambiente o reutilizarlas. Incluye etapas como el pretratamiento (desbaste, desarenado, desengrasado), tratamiento primario (sedimentación), tratamiento secundario (procesos biológicos para eliminar materia orgánica) y, a veces, tratamiento terciario (desinfección, eliminación de nutrientes como nitrógeno y fósforo, filtración avanzada).
• Potabilización del agua: Proceso para convertir el agua cruda (de ríos, lagos, acuíferos) en agua potable segura para el consumo humano. Incluye típicamente etapas como coagulación-floculación, sedimentación, filtración (a través de arena, carbón activado) y desinfección (generalmente con cloro, ozono o luz UV).