LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA:

LLUVIA ÁCIDA Y SMOG

Monografía realizada para la asignatura de TMI de Biología por el alumno de 4º ESO

Benidorm, 12 junio 2014

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ÍNDICE

CONTENIDOS.................................................................3

1. Resumen............................................................................................3

2. Introducción......................................................................................4

3. Lluvia ácida.......................................................................................5

3.1. Formación de la lluvia ácida.................................................5

3.2. Consecuencias de la lluvia ácida..........................................6

4. Smog..................................................................................................8

4.1. Smog industrial o sulfuroso..................................................8

4.2. Smog fotoquímico.................................................................8

4.2.1. Reacciones que producen el smog fotoquímico.......9

5. Medidas correctoras y preventivas..................................................10

5.1. Medidas preventivas...........................................................10

5.2. Medidas correctoras............................................................10

6. Conclusiones...................................................................................11

7. Anexos.............................................................................................12

7.1. Anexo fotográfico...............................................................12

8. Glosario...........................................................................................15

9. Webgrafía........................................................................................16

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CONTENIDOS

1. RESUMEN

La lluvia ácida y el smog son unas de las principales consecuencias de contaminar la atmósfera.

La lluvia ácida es un fenómeno atmosférico que se produce cuando diversos ácidos (ácido sulfúrico, H2SO4, y ácido nítrico, HNO3) se mezclan con el agua de lluvia y ésta se precipita al suelo. La lluvia en si es ácida, con un pH de 5.65, pero mezclando las moléculas de agua con estos ácidos, el pH de la lluvia puede llegar hasta 3.

El smog (que proviene de las palabras en inglés smoke, humo y fog, niebla) es un fenómeno atmosférico producido por la combinación del aire con diversos contaminantes en un periodo de anticiclón (altas presiones), cosa que provoca el estancamiento del aire. Existen dos tipos de smog: smog industrial y smog fotoquímico.

El smog industrial es la contaminación del aire por medio de azufre y hollín producidos generalmente por la combustión de carbón, que puede tener altos contenidos en azufre.

El smog fotoquímico es la contaminación del aire, generalmente de áreas urbanas, por ozono originado por reacciones fotoquímicas y otros compuestos. Debido a una serie de reacciones químicas en que diversos productos reaccionan inducidos por la energía solar, se forman sus contaminantes, el dióxido de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles o COVs.

Podemos dividir las medidas a tomar, en caso que se den estos fenómenos, en dos tipos: medidas preventivas y medidas correctoras. Las medidas correctoras actúan sobre el problema cuando éste ya está presente y consisten, básicamente, en reducir las emisiones de azufre de los automóviles y las industrias; las medidas preventivas intentan que el problema no se presente promocionando el transporte público y construyendo sistemas más efectivos de depuración de gases, por ejemplo.

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2. INTRODUCCIÓN

La contaminación atmosférica es un problema que afecta a todo el planeta. Sus repercusiones preocupan a muchas personas, y son graves a corto y largo plazo: extinciones de especies, deforestaciones, sequías e inundaciones… Todos estos problemas son cada vez más frecuentes a causa de la industrialización de nuestro planeta. Cada vez más personas cogen el coche para ir a sitios donde iban antes caminando, cosa que ocasiona atascos lo que, a su vez, provoca que se expulsen más gases contaminantes. Las industrias tampoco se salvan, pues son unas de las infraestructuras que más gases contaminantes originan al año. Incluso los aerosoles, que para la mayoría de personas son inofensivos, son los principales destructores de la capa de ozono.

Se han creado muchos planes para evitar, o al menos reducir en una gran parte, la contaminación atmosférica. Uno de estos planes, por ejemplo, es el llamado "Protocolo de Kioto" que fue adoptado el 11 de diciembre de 1997 en Kioto, Japón. Este Protocolo tiene como objetivo reducir las emisiones de los gases de efecto invernadero (es decir, que contribuyen al efecto invernadero) en, como mínimo, un 5% en el período entre los años 2008 y 2012. Pero, ya pasado este límite, muchos países contaminan más que antes. Un ejemplo es España, país que podía aumentar en un 15% sus emisiones de gases contaminantes, ya que era muy poco contaminante;  en el año 1997 ya llegó a su límite del 15%, pero su índice de contaminación siguió aumentando hasta aumentar en el año 2008 en un 42,7% respecto a las emisiones de origen. Y no sólo ha sido España el único país del mundo quien ha aumentado sus emisiones; algunos países, como los Estados Unidos y Canadá, abandonaron recientemente el Protocolo por el hecho de ser unos de los países más contaminantes (Estados Unidos es el primer país que más emisiones de gases contaminantes produce).

La mayoría de las personas saben lo que es el dióxido de carbono o CO 2  y sus repercusiones, pero poca gente se conciencia de lo que hay que hacer para reducir el impacto ambiental.

En este trabajo intentaré analizar a fondo qué es la lluvia ácida y el smog, principales consecuencias de la contaminación atmosférica.

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3. LLUVIA ÁCIDA

La lluvia ácida es una especie de lluvia que se forma cuando la humedad en el aire se combina con los óxidos de nitrógeno, el dióxido de azufre y el trióxido de azufre emitidos por las industrias, las centrales de energía, las calderas de calefacción y los vehículos que queman carbón o derivados del petróleo que contengan azufre. En contacto con el agua de lluvia, estos productos se convierten en ácido nítrico y sulfúrico. Luego, esta mezcla de productos químicos y agua cae al suelo, constituyendo este tipo de lluvia.

Estos contaminantes atmosféricos mencionados anteriormente pueden desplazarse largas distancias de su punto de origen (cientos o incluso miles de kilómetros) antes de precipitarse al suelo en forma de lluvia, rocío, granizo, nieve, neblina… Si esta precipitación de agua mezclada con abundantes productos atmosféricos se lleva a cabo, puede provocar importantes estragos en el relieve del paisaje.

Recordemos que la lluvia, normalmente, presenta un pH de 5.65, lo que es ya de por sí un poco ácido. Esto es debido a la presencia de CO2 atmosférico, formador de ácido carbónico (H2CO3). Se denomina lluvia ácida cuando su pH es menor de 5, pudiendo llegar a la medida de 3 (pH del vinagre). Estas medidas de pH tan extremas se pueden llegar a alcanzar por la presencia de dióxido de azufre (SO2), trióxido de azufre (SO3) y trióxido de nitrógeno que se convierten en ácidos (formados a partir del óxido correspondiente y una molécula de agua) como el ácido sulfuroso (H2SO3), el ácido sulfúrico (H2SO4) y el ácido nítrico (HNO3).

Los hidrocarburos y el carbón usados como fuente de energía también pueden producir óxidos de azufre y de nitrógeno y el dióxido de azufre; estos están emitidos de gran manera por industrias, centrales eléctricas y vehículos que queman carbón y derivados del petróleo.

3.1. FORMACIÓN DE LA LLUVIA ÁCIDA

Como está mencionado anteriormente en el apartado "3. LLUVIA ÁCIDA", el dióxido de azufre es uno de los principales causantes de la misma. Éste es producido, en una gran parte, por los volcanes en erupción, donde se liberan grandes cantidades de azufre. Sin embargo, la actividad humana también contribuye, sobre todo la industria metalúrgica.

El dióxido de azufre también puede provenir de otras fuentes, como el sulfuro de dimetilo ((CH3)2S) o el sulfuro de hidrógeno (H2S). Estos compuestos se oxidan (con el oxígeno de la atmósfera) para formar dióxido de azufre. Finalmente este compuesto se oxida formando trióxido de azufre que, si se mezcla con moléculas de agua, forma ácido sulfúrico que cae a tierra mezclado con la lluvia.

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El carbón, el petróleo y otros combustibles fósiles tienen azufre en unas cantidades variables (más del 1% generalmente) y, debido a la combustión, el azufre se oxida a dióxido de azufre.

S + O2 → SO2 (proceso de formación del dióxido de azufre).

Los procesos industriales en los que se genera dióxido de azufre, por ejemplo, son los de la industria metalúrgica. En su fase gaseosa, el dióxido de azufre se oxida con radicales hidroxilo por medio de una fase intermolecular.

SO2 + OH· → HOSO2·HOSO2· + O2 → HO2· + SO3

En presencia de moléculas de agua (generalmente este proceso se lleva a cabo en la atmósfera) el trióxido de azufre se convierte en ácido sulfúrico:

SO3 + H2O → H2SO4

El ácido nítrico también es un factor contaminante que influye en la creación de la lluvia ácida. Se crea a partir del nitrógeno que, a alta temperatura, reacciona con el oxígeno formando óxido nítrico. El óxido nítrico también se puede formar en los motores térmicos de los automóviles, donde se alcanzan altas temperaturas:

O2 + N2 → 2NO

El óxido nítrico formado en la reacción anterior se oxida, formando dióxido de nitrógeno:

O2 + 2NO → 2NO2

El dióxido de nitrógeno formado reacciona con las moléculas de agua, originando ácido nítrico (HNO3), que se disuelve en el agua.

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

3.2. CONSECUENCIAS DE LA LLUVIA ÁCIDA

La lluvia ácida provoca diversos efectos nocivos para el medio ambiente. Algunos de ellas son:

Reducción de la resistencia de los árboles y plantas a bajas temperaturas. Inhibición de la capacidad de reproducción de los árboles. Empobrecimiento de los suelos debido a que los protones H+, procedentes de la

lluvia ácida, arrastran ciertos iones del suelo, como los cationes de hierro, calcio, aluminio, plomo o zinc. Como consecuencia, se produce un empobrecimiento en ciertos nutrientes esenciales, y el llamado “estrés en las plantas”, cosa que las hace más vulnerables a las plagas y enfermedades.

Solubilidad de compuestos tóxicos (mercurio, cadmio, níquel, manganeso...) que pueden ver aumentado su contenido en las plantas y, posteriormente y a través de las cadenas tróficas, en los animales. Si estos compuestos tóxicos llegan a las corrientes de agua, también pueden verse afectados los organismos acuáticos.

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Las plantas sufren abrasión de sus partes verdes, cosa que produce una debilitación de estos organismos. Esto, a su vez, produce un aumento de la deforestación de los bosques.

“Acidificación” de las aguas de lagos, ríos y mares, que dificulta la vida en esas zonas. Hay, por tanto, un aumento de la mortalidad de los organismos acuáticos. Incluso esta lluvia puede filtrarse por el suelo, llegando a contaminar acuíferos hasta entonces utilizables.

La lluvia ácida tiene un carácter corrosivo debido a los ácidos por los que está compuesta; corroe las construcciones e infraestructuras. Disuelve con facilidad el carbonato de calcio (CaCO3), lo que afecta a los monumentos y edificaciones construidos con mármol o piedra caliza.

Los nitratos y sulfatos contribuyen a la eutrofización (enriquecimiento anormal de nutrientes en un ecosistema; en ecosistemas acuáticos, como son los casos normales, la especie dominante pasa a ser el alga) de diversas aguas, cosa que deteriora sus condiciones ambientales naturales.

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4. SMOG

El smog, “neblumo” o “niebla contaminante” es una forma de contaminación provocada por la combinación del aire con contaminantes durante un largo tiempo de altas presiones, también llamado anticiclón, que provoca el estancamiento del aire.

La palabra smog deriva de las palabras smoke (humo) y fog (niebla), ya que su aspecto parece ser el de una niebla más opaca que la normal.

Algunos síntomas producidos por el smog son: Sequedad en los ojos. Inflamaciones en el sistema respiratorio que pueden persistir hasta 18 horas. Estrechez en el pecho. Tos. Aumento de las enfermedades en el corazón y en los pulmones. Incremento de los síntomas del asma. Mortalidad prematura.

Existen dos tipos de smog: el smog industrial y el smog fotoquímico.

4.1. SMOG INDUSTRIAL O SULFUROSO

Se denomina smog industrial, smog sulfuroso o smog gris a la contaminación del aire producida por hollín y azufre. La principal fuente de contaminación que produce el smog industrial es la combustión de carbón, que puede contener altos contenidos en azufre. También se puede producir por los contaminantes primarios de las chimeneas de las instalaciones de combustión para generar calor, procesos industriales o energía eléctrica.

Aunque actualmente en las ciudades de países occidentales este tipo de smog no es muy importante, sí lo es el smog fotoquímico. En otros países donde se sigue empleando carbón como fuente principal de energía el problema es bastante importante.

4.2. SMOG FOTOQUÍMICO

Se denomina smog fotoquímico a la contaminación del aire, generalmente en áreas urbanas, por ozono originado por reacciones fotoquímicas y otros compuestos. Las reacciones fotoquímicas son producidas cuando la mezcla de óxidos de nitrógeno e hidrocarburos volátiles reaccionan inducidos por la luz solar, en un sistema de reacciones que origina ozono y otros contaminantes secundarios.  El resultado es una atmósfera de un color plomo o negro.

Los principales contaminantes son los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles.

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El monóxido de nitrógeno se forma cuando el oxígeno y el nitrógeno atmosféricos reaccionan a altas temperaturas (por ejemplo, en los motores de combustión) de la siguiente forma:

N2 + O2 →2NO

Sin embargo, el monóxido de nitrógeno es una partícula altamente inestable en el aire, ya que se oxida rápidamente en presencia de oxígeno, transformándose en dióxido de nitrógeno en la reacción:

2NO + O2 →2NO2

Los contaminantes secundarios que se forman a partir de los anteriores a través de una serie de reacciones favorecidas por la radiación solar son el ozono, el ácido nítrico, el nitrato de peroxiacilo y otros compuestos.

4.2.1. REACCIONES PROPIAS DEL SMOG FOTOQUÍMICO

Durante el día, el dióxido de nitrógeno se divide en monóxido de nitrógeno y radicales oxígeno:

NO2 + hν (energía solar) → NO + O· (radical oxígeno)

El oxígeno se combina con oxígeno molecular generando ozono:O· + O2 → O3

En ausencia de compuestos orgánicos volátiles, el ozono creado oxida al monóxido de nitrógeno de la etapa anterior:

O3 + NO → O2 + NO2

Pero en presencia de compuestos orgánicos volátiles, éstos se transforman en radicales peroxi (peróxido) que oxidan el monóxido de nitrógeno:

ROO· + NO → RO· + NO2

Así, el monóxido de nitrógeno no está disponible para reaccionar con el ozono, haciendo que éste se acumule en la atmósfera.

Muchos de los radicales RO· generados forman aldehídos que, cuando la concentración de monóxido de nitrógeno es baja (conforme avanza el día), pueden reaccionar con el dióxido de nitrógeno dando lugar a compuestos del tipo RCOOONO 2; si R es un metilo se denomina peróxido de acetilnitrato (PAN), un compuesto tóxico.

La formación del ácido nítrico se produce al final del día por reacción del dióxido de nitrógeno con radicales oxhidrilo:

NO2 + OH· → HNO3

Durante la noche, los radicales OH· pueden reaccionar con el NO dando ácido nitroso, que se divide en presencia de luz, pero es estable durante la noche:

OH· + NO → HONOHONO + hν → OH· + NO

Durante la noche las reacciones de smog fotoquímico se ven muy reducidas al necesitar la luz para funcionar, aunque pueden continuar produciéndose a través de otros compuestos.

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5. MEDIDAS PREVENTIVAS Y CORRECTORAS

5.1. MEDIDAS PREVENTIVAS

Si se quieren evitar estos problemas, la mejor manera es prevenirlos (como dice el refrán, mejor prevenir que curar) realizando una serie de medidas preventivas:

Reducir las emisiones de las principales fuentes de contaminación, como las industrias.

Reducir al máximo el nivel de azufre en diversos combustibles. Ampliar el sistema de transporte eléctrico. Impulsar el uso de gas natural en las industrias. Establecer disminuciones en las emisiones de óxidos de azufre y óxidos de

nitrógeno usando tecnologías modernas para el control de emisión de estos óxidos.

5.2. MEDIDAS CORRECTORAS

La mayoría de las medidas correctoras optan por disminuir la contaminación formada por los medios de transporte privados. Algunas medidas correctoras de este tipo son:

Promocionar el transporte público, los viajes compartidos... Disminuir la necesidad de movilidad entre los habitantes de la población. Sistemas de depuración de gases que empleen mecanismos de absorción que

retengan selectivamente los contaminantes. Expulsar los contaminantes por medio de chimeneas adecuadas, de manera que

éstos se diluyan lo suficiente evitando contaminación local, aunque esto no arregla del todo el problema, ya que esta contaminación puede trasladarse a lugares alejados de las fuentes de emisión.

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6. CONCLUSIONESComo elegí yo este trabajo, supuse que me iba a gustar, y no estaba equivocado.

Me ha resultado interesante hacerlo ya que, por ejemplo, tenía una pequeña idea de lo que era el smog o cuáles eran las reacciones químicas que daban lugar a éste, aunque sí tenía más conocimiento sobre la lluvia ácida.

Poder saber las consecuencias del smog permite saber lo que podrá pasar en una zona industrial en la que haya muchas fábricas que expulsen gases nocivos que contengan azufre, o lo que podrá pasar en una ciudad en la que se consuma mucho carbón como fuente principal de energía.

Lo que me ha resultado más difícil de este trabajo han sido las fórmulas de las reacciones químicas (aunque me ha ayudado el haber dado formulación de compuestos inorgánicos en química) y ciertas palabras descritas en el glosario.

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7. ANEXOS

7.1. ANEXO FOTOGRÁFICO

Una de las principales consecuencias de la lluvia ácidaes la deforestación.

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Gárgola corroída por la lluvia ácida.

Aire de la ciudad de Pekín: un día soleado (izquierda); un día con smog (derecha).

Condiciones para la formación del smog.

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Producción de la lluvia ácida.

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Esquema más detallado de la formación de la lluvia ácida.

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Zonas del mundo según la acidez de la lluvia: rojo - pH más ácido; amarillo - pH más básico.

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8. GLOSARIO

Afección: enfermedad. Radical: grupo de átomos que permanecen intactos en una serie de reacciones. Compuestos orgánicos volátiles: sustancias químicas que contienen carbono y se

encuentran en todos los elementos vivos. Se convierten fácilmente en vapores y gases.

Aldehídos: compuestos orgánicos caracterizados por poseer el grupo funcional -CHO. Se denominan como los alcoholes correspondientes, cambiando la terminación -ol por -al, como por ejemplo metanal (HCHO), etanal (CH 3CHO) o pentanal (C4H9CHO).

o Grupo funcional: átomo o conjunto de átomos unidos a una cadena carbonatada representada en la fórmula general por R para los compuestos alifáticos y como Ar para los compuestos aromáticos.

Hidrocarburo alifático: compuesto orgánico constituido por hidrógeno y carbono no olfativo.

Hidrocarburo aromático: compuesto orgánico con olor. Eutrofización: enriquecimiento en nutrientes de un ecosistema, generalmente

acuático; la especie dominante en este tipo de ecosistema eutrofizado pasa a ser el alga.

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9. WEBGRAFÍA

http://es.wikipedia.org/wiki/Lluvia_acidahttp://es.wikipedia.org/wiki/Esmoghttp://es.wikipedia.org/wiki/Smog_fotoqu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Esmog_grishttp://www.desarrollosostenible.es/smog-causas-y-efectos.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aldeh%C3%ADdohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_funcionalhttp://bach1ciencias.wikispaces.com/Lluvia+acidahttp://pendientedemigracion.ucm.es/info/diciex/proyectos/agua/contaminacion_aerea_central.htmlhttp://www.nationalgeographic.es/medio-ambiente/calentamiento-global/acid-rain-overviewhttp://www.2bachillerato.es/CTM/tema13/p6.htmlhttp://cuidemos-el-planeta.blogspot.com.es/2010/11/que-es-el-smog-fotoquimico.htmlhttp://ceambientalblog.blogspot.com.es/2013/12/smog-fotoquimico.html

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