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Fase 3 – Discusión Química Ambiental

Por: Anyi Mileidy Díaz Código: 1112769040 Davis Saúl Moreno Código: 1057576676 Diana Carolina Corredor Código: 1052388794 Liliana Teresa Viancha Código: 1115910860 María Fernanda Salas Código: 1075237563 Grupo: 401549_8

Para: Tutora: Marcela Andrea Zambrano

Universidad Nacional Abierta y a Distancia - UNAD Escuela De Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente CEAD- Yopal 06/05/2017

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Paso 2: 1. La población descrita tiene un flujo vehicular urbano e intermunicipal alto, debido a que su comercio depende de los insumos provenientes de la capital del país. La población de Navarra tiene seis empresas de transporte terrestre, cinco de transporte urbano y un aeropuerto con dos rutas diarias a la capital del país. El promedio de vehículos por familia (4 habitantes) es de un vehículo y una moto. El ingreso por per-cápita es de 5.63 salarios mínimos legales vigentes, lo cual se relaciona a los altos niveles de producción de residuos sólidos (2.48 Kg/habitante-día). En el municipio se reportan 787mm de precipitación promedio en su zona rural y urbana, y una presión total de aire de 3.0x10-3 Torr Los gases NOx, generados por las emisiones de fuentes móviles de la población, reaccionan en la atmósfera formando el ozono troposférico. Gracias a los gases emitidos por las fuentes móviles y las fuentes fijas (NOx y SOx, respectivamente), se han presentado reportes de lluvia ácida con un valor de 4.0 en la escala de pH. Las concentraciones que se han determinado en los vehículos livianos, medianos y pesados que emplean gasolina es de aproximadamente 11 g/Kg de NOx; y de 1.6 ppm para SOx. Las emisiones de fuentes fijas, inciden en la formación del smog fotoquímico el cual no ha sido controlado en la población debido a la ausencia de normatividad, pero si se tienen reportes de toxicidad en plantas por parte del Nitrato de Peroxiacetilo (PAN). Por: Diana Corredor, problema propuesto. 2. En los procesos de industrialización, existen: 





Dos cementeras ubicadas a 10 Km fuera del casco urbano, que generan contaminación por la emisión de humos y partículas que son arrastradas por las corrientes de aire al área metropolitana. Una industria productora de ácido sulfúrico que contamina con óxidos de azufre. En esa industria, algunas maquinarias emplean Diésel para su funcionamiento, cuyo contenido de azufre corresponde al 0.9% y el volumen empleado por día es de 510Kg. Una planta productora de energía que funciona los siete días a la semana (24 horas al día) en donde las emisiones de SO2 (en promedio al día) son de 348 µg/m3 a una temperatura de 293,15K.

Además de las cementeras, de la planta productora de energía y de la industria dedicada a la producción de ácido sulfúrico, entre las actividades económicas de la población de Navarra, se encuentra el cultivo de truchas, la industria de transportes, industrias dedicadas a la producción de diferentes bienes y laboratorios de análisis fisicoquímico de agua, suelo y aire. . Por: María Fernanda Salas 3. Incineración de residuos sólidos La quema de residuos sólidos genera monóxido de carbono por la combustión incompleta, así como humos, aerosoles y material particulado. El sector agrícola quema al día 152 toneladas de residuos, generando emisiones de 5550 Nm3/hora con contenido de carbono (80%), azufre (5%) y cromo (0.1%). Por: Anyi Mileidy Díaz.

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4. La población de Navarra se encuentra ubicada a 1.950 m.s.n.m, tiene una población de 940.000 habitantes (ver Tabla 1) y se generan 1.9 Kg/día de residuos. Estudios realizados han reportado que el 70% de la población adulta son fumadores activos, al consumir de 6 a 8 cigarrillos al día; el estudio informa sobre una concentración de monóxido de carbono (CO) generado por el humo de cigarrillo de 400 partes por millón (en volumen). Por: Davis Moreno. 5. Las emisiones de fuentes fijas, inciden en la formación del smog fotoquímico el cual no ha sido controlado en la población debido a la ausencia de normatividad, pero si se tienen reportes de toxicidad en plantas por parte del Nitrato de Peroxiacetilo (PAN). En un evento de ciencias realizado en Navarra, un científico afirma que en las zonas más externas de la atmósfera como la exósfera, termósfera y mesósfera, también se presentan cambios químicos en las moléculas y átomos, debido a la energía presente en las radiaciones y longitudes de onda. Esos cambios químicos se generan gracias a la absorción de fotones [1] en las moléculas, en donde se presenta una ruptura de enlaces, por ejemplo en la del nitrógeno (N2) (cuya reacción se representa a continuación) se tiene una energía de 941 kJ/mol, capaz de disociar la molécula de N2: N2 2N Para el caso del dióxido de nitrógeno (NO2) se presenta una energía de 315kJ/mol que disocia el enlace NO-O, como se muestra en la siguiente reacción: NO2 NO + O Las emisiones de fuentes fijas, inciden en la formación del smog fotoquímico el cual no ha sido controlado en la población debido a la ausencia de normatividad, pero si se tienen reportes de toxicidad en plantas por parte del Nitrato de Peroxiacetilo (PAN). En un evento de ciencias realizado en Navarra, un científico afirma que en las zonas más externas de la atmósfera como la exósfera, termósfera y mesósfera, también se presentan cambios químicos en las moléculas y átomos, debido a la energía presente en las radiaciones y longitudes de onda. Esos cambios químicos se generan gracias a la absorción de fotones [1] en las moléculas, en donde se presenta una ruptura de enlaces, por ejemplo en la del nitrógeno (N2) (cuya reacción se representa a continuación) se tiene una energía de 941 kJ/mol, capaz de disociar la molécula de N2: N2 2N Para el caso del dióxido de nitrógeno (NO2) se presenta una energía de 315kJ/mol que disocia el enlace NO-O, como se muestra en la siguiente reacción: NO2 NO + O Por: Liliana Viancha

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Monóxido de carbono

Hidrocarburos no Hidrocarburos quemados

Combustión sistemas de calefacción

Aerosol polvo y olores

Emisiones por tubos de escape

Emisiones

Partículas

Terremotos

Ruido

Las partículas

Incendios forestales

Combustión de automóviles

Uso de productos químicos Chimeneas industriales

ACTIVIDADES HOMBRE

Fertilizantes y pesticidas

ACTIVIDADES INDUSTRIALES

CONTAMINACIÓN ATMOSFERA

Adición de sustancias nitrógeno y fosforo Termoeléctricas Relleno sanitario

Armas nucleares

Transporte

Quema de combustibles fósiles

Quemas controladas

Gases de la actividad volcánica

PROCESOS NATURALES

Aplicación Agroquímicos

Quemas controladas

Partículas de caucho

Consumo tabaco Combustión química

Lluvia acida

AGRICULTURA

ACTIVIDADES ANTROPICAS

TRANSPORTE

ACTIVIDADES DOMESTICAS

ACTIVIDADES ECÓNOMICAS

5 CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Juicio de valor

JUICIO CATEGORICO

JUICIO CONTEXTUAL

Estado actual de la atmosfera

Contaminación generada por causa de quema de combustibles fósiles por el parque automotor y sector doméstico además de la contaminación generada por actividades industriales y domesticas

JUICIO INSTRUMENTAL

Impactos negativos generados

Por distintas formas de Energía

Métodos para llegar al estado deseado

Sistema a implementar para realizar monitoreo y control.

Por sustancias contaminantes

Contaminación por material particulado. Precipitadores electrostáticos.

Contaminación Acústica

Contaminación Luminosa

Efectos Globales

Daños a la capa de ozono Efecto invernadero Lluvia Ácida

Efectos locales

Smog y nieblas tóxicas, MP Generación NO, CO, hidrocarburos Contaminación por SO2, SO3 H2SO4

Contaminación por emisiones gaseosas. Incinerador térmico. Contaminación por fuentes móviles. Convertidor catalítico-gasolina. Sistema de reducción con catálisis selectiva –SCR – diésel.

Estado deseado

Descontaminación capa terrestre y litosfera

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Desarrollo ejercicios anexo 3 Problema 1. Calcule la longitud de onda máxima que necesita un fotón para disociar el enlace N2. La respuesta exprésela en nanómetros. Tenga en cuenta que:  

1 mol equivale a 6.022X1023 moléculas La energía de cada fotón se calcula empleando la siguiente ecuación: E= hv

Información del Anexo 1. Los cambios químicos se generan gracias a la absorción de fotones1 en las moléculas, en donde se presenta una ruptura de enlaces, por ejemplo en la del nitrógeno (N2) (cuya reacción se representa a continuación) se tiene una energía de 941 kJ/mol, capaz de disociar la molécula de N2: N2 → 2N Se pide calcular la longitud de onda máxima que necesita un fotón para disociar el enlace N2 se utiliza la siguiente ecuación: 𝜆 = ℎ × 𝑐 𝐸 Dónde: 𝜆 Longitud de onda ℎ: Constante de Planck igual a ℎ = 6,63 × 10−34𝐽. S 𝑐: Velocidad de la luz igual a 𝑐 = 3 × 108 𝑚/ 𝑠 las unidades deben expresarse en nanómetros nm, 1 m=109 nm 𝑐 = 3 × 108

𝑚 𝑛𝑚 𝑛𝑚 × 109 = 3 × 1017 𝑠 1𝑚 𝑠

𝐸: Energía necesaria para el proceso de disociación De la información del Anexo 1 y por consultas teóricas se tienen los siguientes datos 𝐸 = 941

𝐾𝐽 𝑚𝑜𝑙

1 𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒 𝑎 6.022𝑋10 23 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 Y la reacción química Cálculos necesarios  Inicialmente se debe calcular la energía para la disociación de la molécula de N2 a la que llamaremos 𝐸1 para evitar confusiones 𝐸1 = 941

𝐾𝐽 1𝑚𝑜𝑙 × = 1,51 × 10−21 𝐾𝐽 𝑚𝑜𝑙 6,022 𝑥 1023

Se convierte a Julios para efecto de igualdad de unidades 𝐸1 = 1,51 × 10−21 𝐾𝐽 ×  Cálculo de la longitud de onda

1000𝐽 = 1,51 × 10−18 𝐽 1𝐾𝐽

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𝜆 = 6,63 × 10−34 𝐽. 𝑠 ∗ 3 × 1017 𝑛𝑚⁄ 𝑠 𝐽 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎 = 131,72𝑛𝑚 1,51𝑥 10−18 𝐽⁄𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎 La longitud de onda máxima que se presenta para la disociación del N2 es 𝟏𝟑𝟏, 𝟕𝟐𝒏𝒎

Problema 5. Calcule el porcentaje de monóxido de carbono (CO) de cada cigarrillo consumido en la población de Navarra; tenga en cuenta que la concentración del CO se da en volumen (cm3) por m3 de aire. Haga una relación con el número de habitantes considerados como fumadores activos.

Tabla 1 Clasificación de la población de Navarra Habitantes Población Edad 426.953

Joven

0 a 16 años

389.011

Adulta

16 a 65 años

124.036

Anciana

Mayores de 65 años

TIPS: 2. Tenga en cuenta que la población adulta son 389.011 habitantes y que el 70% son fumadores activos, y consumen 6 a 8 cigarrillos al día. 100%habitantes adultos 70% adultos fumadores

389.011 272.307,7 aproximado a 272.308 adultos fumadores 6+8

Promedio de cigarrillo consumidos por persona en el día: = 2 7𝑐𝑖𝑔𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑔𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑎𝑙 𝑑í𝑎: 272.308 ∗ 7 = 1.906.156 3. La cantidad de CO producido por el humo del cigarrillo es de 400 ppm. 400𝑝𝑝𝑚 =

400𝑚3 400000000𝑐𝑚3 400𝑐𝑚3 = = 1000000𝑚3 1000000𝑚3 𝑚3

1 𝑑𝑖𝑎 400𝑐𝑚3 1 𝑐𝑖𝑔𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜 × × = 0,0002𝑐𝑚3 /𝑚3 𝑜 𝑝𝑝𝑚 1.906.156 𝑐𝑖𝑔𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠 1𝑚3 𝑑𝑖𝑎

La concentración de monóxido de carbono (CO) de cada cigarrillo consumido es de 0,0002𝑝𝑝𝑚

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Desarrollo ejercicios anexo 4 Ejercicio 1. ¿Por qué razón los CFCs son considerados destructores peligrosos del Ozono (O3)? Realice una descripción completa Los CFCs son compuestos formados únicamente por cloro, flúor y carbono, se conocen como clorofluorocarbonados y absorben radiación UV y también infrarroja (IR) debido a las vibraciones de tensión de los enlaces C - F y C – Cl y, también, de flexión de los enlaces C – Cl. Para absorber la luz UV, la mayoría de las moléculas de CFC deben alcanzar las partes medias y altas de la estratosfera donde encuentran suficiente cantidad de radiación de esa clase. El CFC-11absorbe a altitudes inferiores que ocasionan la destrucción del ozono, también, en la baja estratosfera. En los compuestos CFCs con sus enlaces C – F y C – Cl, la absorción de la radiación rompe el enlace más débil que corresponde al C – Cl, así: CF2Cl2 + hɣ CF2Cl + Cl• (8.1) CF2Cl + hɣ CF2 + Cl• (8.2) Los Cl• formados mediante las anteriores reacciones fotoquímicas generan la destrucción del ozono, a través de diferentes reacciones. Los CFCs se han utilizado como refrigerantes, disolventes y para la fabricación de plásticos esponjosos, porque poseen volatilidad adecuada, son inertes químicamente y se han considerado inocuos. Los más comunes son el CFC-11, CFC-12, CFC-113, CFC-114 y CFC115. (NOVOA, 2010) Resaltando que son considerados destructores peligrosos del ozono Por que los CFC no serían afectados en la troposfera, pero que se descompondrían en la estratosfera bajo el violento ataque de la radiación UV-C, liberándose átomos de cloro libres que son muy reactivos. (Departamento de Geociencias-Universidad Nacional de Colombia, 2000) Otro efecto potencial de la reducción de la capa de ozono sería una perturbación en el clima global, debido a que el ozono calienta la estratosfera al absorber radiación solar, creando una inversión de temperatura en la troposfera, impidiendo la circulación vertical del aire. Alterando los patrones de circulación y el clima del planeta. Ejercicio 5. ¿Qué es el nitrato de peroxiacetilo (PAN), cuál es su origen y qué efectos genera en el agua, suelo y aire? El PAN (peroxiacetilnitrato) es un producto químico tóxico que corresponde a un importante componente del smog. El PAN se encuentra en estado gaseoso a temperatura y presión normal. Su fórmula química es C2H3O5N. Las moléculas de PAN se componen de átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. El PAN se forma por la combinación de otros compuestos en presencia de luz solar. Uno de los componentes del PAN es el dióxido de nitrógeno (NO2), el cual se forma a partir de los escapes de automóviles que funcionan con combustibles fósiles, centrales eléctricas a carbón y otros procesos industriales. Los compuestos orgánicos volátiles (COV), liberados al aire en forma de vapores provenientes de la gasolina, pintura, solventes y pesticidas, corresponden al segundo grupo de ingredientes que pueden formar PAN. Una serie de reacciones transforma a los VOC en otros compuestos. Luego, estos compuestos se combinan con el oxígeno y el dióxido de

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nitrógeno para formar PAN. La energía de la luz solar facilita estas reacciones químicas a través de un proceso llamado foto-disociación. Durante la creación de PAN, ozonó y partículas aéreas se liberan como subproductos. El PAN es altamente reactivo y un potente agente oxidante. Es un poderoso irritante de los ojos y es también nocivo para el sistema respiratorio. A altas concentraciones, es bastante dañino para los materiales vegetales, los cuales “quema” en una reacción química semejante a la combustión lenta. Efectos sobre aire una de las consecuencias del PAN sobre un área determinada es que afecta al clima de esa área. El PAN reduce la cantidad de energía solar que llega hasta la superficie de la Tierra. En algunas ciudades, la reducción ha llegado a alcanzar 35% en días particularmente contaminados. La reducción es todavía mayor cuando el Sol se está poniendo en el horizonte pues a medida que el ángulo disminuye, la luz solar tiene que viajar por una mayor cantidad de aire contaminado. La reducción en la radiación solar no es lo único que la contaminación altera. También puede alterar patrones de lluvia. Efectos sobre la tierra los PAN afectan a muchas especies de plantas que viven entorno a estas áreas, debido a que las corrientes de aire ligero lo difunden o dispersan. las altas concentraciones de estos compuestos químicos, o la exposición prolongada a ellos produce síntomas evidentes y en ocasiones característicos (como la necrosis) desde el punto de vista económico, cuando las plantas se exponen a dosis menores a las que ocasionan daños, puede manifestarse su crecimiento y productividad, por la interferencia que ejercen los contaminantes sobre su metabolismo. Efectos en el agua, la precipitaciones tiene un impacto ambiental severo; cambian el pH del suelo, afectando los cultivos; acidifican lagos, ríos amenazando la conservación de la vida acuática; al mismo tiempo desintegran las edificaciones, especialmente las construcciones de mármol y de piedra.

Bibliografía Departamento de Geociencias-Universidad Nacional de Colombia. (s,f de 03 de 2000). LA CAPA DE OZONO: CAUSA Y EFECTOS DE SU DESTRUCCION. Recuperado el 03 de 05 de 2017, de http://ciencias.bogota.unal.edu.co/fileadmin/content/geociencias/revista_meteorologia_colom biana/numero01/01_06.pdf NOVOA, M. D. (s.f de 08 de 2010). 401549 – QUÍMICA AMBIENTAL. Bogota, Cundinamarca, Colombia.