1. QUÍMICA MENCIÓN
QM-39
CONTAMINACIÓN
ATMOSFÉRICA
2013

2. EL AIRE
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA
Troposfera
•(del griego tropos= cambiar, girar y sphaira= esfera), alberga a casi
todos los seres vivos y las actividades humanas, es la región donde los
fenómenos meteorológicos corrientes ocurren, su espesor se calcula en
unos 15 km promedio.
Estratosfera
•(del griego stratum = capa), cubre un espesor de 50 km
aproximadamente, en la estratosfera es donde se encuentra la capa de
ozono que protege a los seres vivos de la mortal radiación ultravioleta.
Mesosfera
•(del griego mesos = medio) se constituye en su parte superior de aire
altamente ionizado. Dentro de esta capa la temperatura desciende
notablemente hasta cerca de -80 °C.
Termosfera
•(del griego thermo = calor). Se trata de una zona de alta temperatura
debido a la absorción de los rayos ultravioleta y de energías superiores,
aquí se ubica la Ionósfera (aunque según algunos autores es la
ionósfera la que contiene la termósfera), los iones aquí presentes se
desplazan incluso a la mesosfera, permitiendo las comunicaciones de
radio sin uso de satélites.
Exosfera
•(del griego exo = fuera) es la capa más externa, su espesor va de 700
a 1.200 km por sobre la superficie terrestre
2

3. COMPOSICIÓN DEL AIRE
Moléculas de cada sustancia por 100.000 moléculas de aire
Nitrógeno (N2)
Oxígeno (O2)
Argón (Ar)
Dióxido de carbono (CO2)
78.083
20.944
934
36
Más trazas de: neón (Ne), Helio (He), metano (CH4), kriptón (Kr), hidrógeno (H2), monóxido de
dinitrógeno (N2O), xenón (Xe), ozono (O3), dióxido de azufre (SO2), dióxido de nitrógeno (NO2),
amoniaco (NH3), monóxido de carbono (CO) y yodo (I2).
LA CONTAMINACIÓN
Se define a un contaminante como una sustancia (no necesariamente tóxica ni nociva) presente en
cualquier estado físico dentro de una mezcla y que no corresponde a la composición original de ésta. La
concentración de esta especie extraña puede o no ser perjudicial para el medio en que se encuentre.
En otras palabras, contaminante es cualquier sustancia química en el lugar equivocado. El ozono, por
ejemplo, es un constituyente natural e importante de la estratosfera, donde protege a la Tierra de la
radiación ultravioleta, pero en la troposfera es un contaminante peligroso.
Los siete principales contaminantes del aire
Contaminante
Símbolo
Fuentes
Principales
Efecto Sobre la
Salud
Interviene el transporte de
oxígeno; lo que causa
mareos y la muerte;
contribuye a enfermedades
cardiacas
Narcótico en concentraciones
altas; algunos compuestos
aromáticos son carcinógenos
Irritantes del aparato
respiratorio; agrava
enfermedades cardiacas y
pulmonares
Monóxido de carbono
CO
Vehículos de motor
Hidrocarburos
CnHm
Vehículos de motor,
disolventes industriales
Óxido de azufre
SOx
Plantas termoeléctricas
fundidoras
Óxido de nitrógeno
NOx
Plantas termoeléctricas,
vehículos de motor
Irritante del aparato respiratorio
Partículas
Industrias, plantas termoeléctricas, polvo de
granjas y sitios de
construcción
Irritante del aparato
respiratorio, sinergia con
SO2; contiene cancerígenos y
metales tóxicos absorbidos.
Ozono
Contaminante secundario
producido por la acción
NO2
Irritante del aparato
respiratorio; agrava
enfermedades cardiacas y
pulmonares
O3
3
Efectos
Ambientales
Leve
Precursor de aldehídos,
PAN (peroxiacil nitrato)
Reduce el rendimiento de
los cultivos; precursor de
lluvia ácida, partículas
de SO42Reduce el rendimiento
de los cultivos;
precursor del ozono y
la lluvia ácida produce
bruma parda
Reduce la visibilidad,
actúa como sustrato
catalizador de procesos
fotoquímicos.
Reduce el rendimiento
de los cultivos; mata
árboles (sinergia con
SO2); destruye el
caucho, la pintura, etc.

4. CONTAMINACIÓN
ATMOSFÉRICA
CONTAMINACIÓN
CONTAMINACIÓN
INDUSTRIAL
FOTOQUÍMICA
CO, SO2, NO2/NO, PARTÍCULAS
SO3/H2SO4 , NO2/NO , O3.
LA CONTAMINACIÓN INDUSTRIAL (SMOG INDUSTRIAL)
“SMOG” (del inglés smoke = humo y fog =niebla). El aire contaminado asociado a las actividades
industriales se conoce como esmog industrial, y se caracteriza por la presencia de humo, niebla,
dióxido de azufre y material en partículas como cenizas y hollín. La mayor parte del esmog
industrial se debe a la combustión de hulla o carbón, sobre todo el que tiene alto contenido de
azufre.
La química del esmog industrial es sencilla. La hulla es principalmente carbono, pero contiene
hasta un 3% de azufre y cantidades variables de minerales. Cuando se quema, el carbono de la
hulla se oxida a dióxido de carbono y el azufre a dióxido de azufre.
C + O2
CO2
Este proceso genera calor. No todo el carbono se oxida por completo, una parte queda como
monóxido de carbono.
2 C + O2
2 CO
Una fracción más del carbono, prácticamente sin quemarse, se convierte en hollín, partículas
sólidas muy pequeñas que forman la característica nube plomiza que cubre Santiago.
MONÓXIDO DE CARBONO
Cuando no hay suficiente oxígeno presente durante la combustión de carbón, petróleo o algún
otro combustible fósil, se genera monóxido de carbono, un gas invisible, inodoro e insípido. Cada
año se vierten en el aire millones de toneladas métricas de este invisible pero letal gas.
El CO ingresa al torrente sanguíneo y forma un compuesto con la hemoglobina (proteína
transportadora) más estable que el que normalmente forma ésta con el oxígeno. En
concentraciones por sobre 3000 ppm el monóxido de carbono es letal (muerte se produce por
asfixia).
4

5. Molécula de hemoglobina y transporte de oxígeno
ÓXIDOS DE AZUFRE
El azufre de la hulla también se quema, y forma dióxido de azufre, un gas asfixiante.
S + O2
SO2
El aparato respiratorio absorbe fácilmente el dióxido de azufre, una sustancia muy irritante que,
se sabe, agrava los síntomas de las personas que padecen asma, bronquitis, enfisema y otras
enfermedades pulmonares.
ÓXIDOS DE NITRÓGENO
Además del dióxido de carbono, el monóxido de carbono y los hidrocarburos no quemados, el
escape de los automóviles contiene óxido de nitrógeno. Las plantas eléctricas que queman
combustibles fósiles son otra fuente importante de óxidos de nitrógeno. En una reacción similar a
la que ocurre en la atmósfera durante las tormentas eléctricas, el nitrógeno y el oxígeno se
combinan en las cámaras de combustión; el principal producto es el monóxido de nitrógeno (NO).
N2 + O2
2 NO
El oxígeno de la atmósfera oxida el monóxido de nitrógeno a dióxido de nitrógeno (NO2).
2 NO + O2
2 NO2
El dióxido de nitrógeno es un gas de color ámbar. Desempeña un papel vital en la formación del
esmog fotoquímico: absorbe un fotón de la luz solar y se descompone en monóxido de nitrógeno y
átomos de oxígeno reactivos.
NO2 + luz solar
NO + O·
Los átomos de oxígeno reaccionan con otros componentes del escape de los automóviles y de la
atmósfera para producir diversas sustancias irritantes y tóxicas.
El esmog fotoquímico es el resultado de la acción de la luz solar sobre los óxidos de
nitrógeno emitidos por automóviles y otras fuentes de combustión a alta temperatura. Se
caracteriza por una bruma amarillenta.
5

6. UTILIDAD DEL CONVERTIDOR CATALÍTICO
El convertidor catalítico que hoy día tienen todos los autos nuevos en Chile, es útil pues se
deshace de muchos de los gases contaminantes industriales transformándolos, mediante
oxidaciones y reducciones, en componentes normales del aire.
LA CONTAMINACIÓN FOTOQUÍMICA (SMOG FOTOQUÍMICO)
LLUVIA ÁCIDA
•Se debe principalmente a los óxidos de azufre que emiten las
plantas termoeléctricas y fundidoras y a los óxidos de nitrógeno
emitidos por las plantas termoeléctricas y los automóviles. Estos
ácidos a menudo recorren grandes distancias antes de precipitarse
en forma de lluvia o de nieve.
Las dos principales fuentes de la lluvia ácida son el dióxido de azufre (SO 2) de las plantas
termoeléctricas y el monóxido de nitrógeno (NO) de las plantas termoeléctricas y los automóviles.
Parte del dióxido de azufre reacciona con el oxígeno del aire para formar trióxido de azufre.
2 SO2 + O2
2 SO3
Luego, el trióxido de azufre reacciona con agua para formar ácido sulfúrico
SO3 + H2O
H2SO4
Diminutas gotitas de este ácido forman un aerosol que irrita las vías respiratorias aún más que el
dióxido de azufre.
6

7. Los óxidos de azufre y nitrógeno (SO3 y NO2) con agua forman H2SO4 y HNO3 respectivamente.
Los ácidos caen con la lluvia, con frecuencia a cientos de kilómetros de sus fuentes, estos ácidos
corroen los metales y pueden llegar a carcomer los edificios y estatuas de piedra y mármol.
Ya vimos cómo los óxidos de azufre se convierten en ácido sulfúrico. De forma similar, los óxidos
de nitrógeno se convierten en ácido nítrico. Estos ácidos caen sobre la Tierra como lluvia ácida o
nieve ácida, o se depositan como niebla ácida o se absorben en partículas. La lluvia ácida se
define como lluvia que tiene un pH menor que 5.6.
En algunas ocasiones se ha registrado lluvia con pH cercano a 3 y niebla o nieve ácida con pH
cercano a 2.
OZONO TROPOSFÉRICO
•El oxígeno ordinario que respiramos se compone
de O2. El ozono es una forma alotrópica de
consiste en moléculas de O3, es un componente
estratosfera, donde protege a la Tierra de
ultravioleta, que destruye la vida.
OZONO
TROPOSFÉRICO
de moléculas
oxígeno que
natural de la
la radiación
•El ozono también es un componente importante del esmog
fotoquímico. Inhalado, es una sustancia tóxica y peligrosa. El
ozono es un buen ejemplo de contaminante: una sustancia
química fuera de lugar en el ambiente. En la estratosfera, el
ozono ayuda a hacer posible la vida. En la troposfera dificulta
la vida.
En la mesosfera, la radiación ultravioleta de longitud de onda corta y alta energía rompe algunas
moléculas de oxígeno ordinario y produce átomos de oxígeno.
U .V
O2
2O
Algunos de estos átomos altamente reactivos bajan por difusión hasta la estratosfera, donde
reaccionan con moléculas de oxígeno para formar ozono.
O
+
O2
Átomo de
Oxígeno
Molécula
de oxígeno
O3
ozono
El ozono a su vez, absorbe rayos ultravioleta de longitud de onda mayor, aunque todavía letales y
nos protege de esta radiación dañina. Al absorber los rayos, el ozono se convierte otra vez en
moléculas de oxígeno y átomos de oxígeno, invirtiendo la reacción anterior.
O3
U.V
O2 + O
Si no hay perturbaciones, la concentración de ozono se mantiene más o menos constante gracias
a estos procesos cíclicos. Sin embargo la actividad humana amenaza la existencia del escudo
protector. Antes de examinar este problema, demos una vista a los efectos del ozono en la
troposfera, donde vivimos.
7

8. El ozono en la troposfera es un potente agente oxidante: en niveles bajos causa irritación de los
ojos; en niveles altos puede causar edema pulmonar, hemorragia e incluso la muerte. Los efectos
a largo plazo de la exposición a niveles bajos de ozono son más difíciles de evaluar.
A nivel troposférico el ozono se forma por reacciones de los óxidos de nitrógeno con el oxígeno del
aire y por oxidaciones sucesivas de moléculas de hidrocarburos volátiles.
CLOROFLUOROCARBONOS (C.F.C)
CFC
•Los compuestos llamados clorofluorocarbonos o CFC, se han utilizado
como gases dispersores en latas de aerosoles y como refrigerantes. A
temperatura ambiente, los CFC son gases o líquidos con bajo punto de
ebullición.
•Son prácticamente insolubles en agua e inertes con respecto a la mayor
parte de las demás sustancias. Debido a lo anterior persisten durante
mucho tiempo en el entorno sin reaccionar.
Los CFC se difunden en la estratosfera, donde la radiación ultravioleta los descompone. Los
átomos de cloro que se forman en este proceso rompen las moléculas de ozono que protegen la
tierra de la dañina radiación ultravioleta.
CF2Cl2 + luz ultravioleta
Cl• + O3
•
ClO + O
CF2Cl + Cl•
ClO• + O2
Cl• + O2
Observe que el resultado del último paso es la formación de otro átomo de cloro que puede
romper otra molécula de ozono. El segundo y tercer paso se repiten, cíclicamente, muchas veces;
así la descomposición de una molécula de clorofluorocarbono puede causar la destrucción de
muchas moléculas de ozono, se calcula que aproximadamente una molécula de CFC puede
destruir 30 mil moléculas de ozono.
EL RADÓN
RADÓN
•Un enigmático contaminante del aire en interiores es el Radón. Este gas
noble incoloro, inodoro, insípido y químicamente inerte, es radiactivo.
•Son los productos de la desintegración del radón, llamados isótopos
hijos, los que causan el problema. El Radón mismo se desintegra por
emisión alfa con una vida media de 3.8 días produciendo, entre otros,
Polonio radiactivo.
222Rn
86
218Po + 4 He
84
2
8

9. Cuando se inhala Radón, el Polonio-218 y otros hijos, que incluyen plomo 214 y bismuto 214,
quedan atrapados en los pulmones donde su desintegración radiactiva daña seriamente los
pulmones.
El radón se desprende de manera natural de los suelos y las rocas, sobretodo del granito, los
esquistos y de minerales como menas de fosfatos y pechblenda. La fuente final son los átomos de
Uranio contenidos en estos materiales. El Radón es solo uno de varios materiales radiactivos que
se forman durante la desintegración en múltiples pasos del Uranio. Sin embargo, el Radón es
único en cuanto a que es un gas y puede escapar. Los demás son sólidos y permanecen en el
suelo y las rocas.
9

10. FENÓMENOS CLIMÁTICOS
LA INVERSIÓN TÉRMICA
Normalmente la temperatura de la atmósfera disminuye con la altura, el aire está más caliente
cerca del suelo. En las noches despejadas el suelo se enfría más rápido, sin embargo, el viento
mezcla el aire frío cerca del suelo con el aire más caliente que está arriba.
De vez en cuando, el aire se queda quieto y la capa inferior de aire frío queda atrapada por la
capa de aire caliente que está arriba. Esta condición se conoce como inversión atmosférica o
inversión térmica. Los contaminantes que hay en el aire frío también quedan atrapados cerca
del suelo, y el aire puede acumular una concentración peligrosa de contaminantes si el viento
tarda varios días en volver a soplar.
También puede ocurrir una inversión de temperatura cuando un frente cálido choca con un frente
frío. La masa de aire caliente a ser menos densa, se desliza por encima de la masa de aire frío y
produce una condición de estabilidad atmosférica, puesto que no hay movimiento vertical, el aire
frío se estanca y los contaminantes se acumulan en él.
10

11. DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) Y CALENTAMIENTO GLOBAL
Por más limpio que sea el funcionamiento de un motor de combustión o de una fábrica, en tanto
queme carbón o derivados del petróleo, producirá dióxido de carbono. La concentración de dióxido
de carbono en la atmósfera ha aumentado en cerca de un 20% en este siglo, y sigue aumentado
de forma espontánea porque cada vez se quema más combustible fósil. Aun cuando NO se
considera al dióxido de carbono como un contaminante del aire (es un componente natural del
entorno), su elevada concentración es la principal causa del calentamiento general de la superficie
terrestre.
EL EFECTO INVERNADERO
El dióxido de carbono y otros gases producen el efecto de invernadero, esto es, permiten que los rayos
solares (luz visible) entren y calienten la superficie de la tierra, pero cuando ésta trata de devolver el
calor (radiación infrarroja) al espacio, la energía queda atrapada por las moléculas de esos gases.
En términos más sencillos, en el efecto invernadero, la luz solar que atraviesa la atmósfera se
absorbe y calienta la superficie de la tierra. La superficie caliente emite radiación infrarroja, pero
parte de esta radiación es absorbida por gases como CO2, H2O, CH4 y O3 (entre otros) y se retiene
en la atmósfera como energía calórica.
Calentamiento De la corteza Terrestre
11

12. Las actividades humanas añaden 25.000 millones de toneladas de dióxido de carbono a la
atmósfera cada año, y 22.000 millones de toneladas provienen de la quema de combustibles
fósiles. Cerca de 15.000 millones de toneladas son fijadas por las plantas, los suelos y los
océanos, lo que deja una adición neta de 10.000 millones de toneladas al año. Por tanto la
concentración de dióxido de carbono está aumentando a razón de 1 ppm al año.
El Metano, los Clorofluorocarbonos y otros gases traza también contribuyen al efecto de invernadero.
La concentración de metano en la atmósfera ha ido en aumento desde hace unos 40 años. Aunque
estos gases están presentes en cantidades mucho más bajas que el dióxido de carbono son
mucho más eficientes en cuanto a su capacidad de atrapar calor. El vapor de agua también actúa
como gas de invernadero. Sin embargo, cuando el vapor de agua se libera a la atmósfera pronto
regresa a la Tierra como lluvia, así que es poco probable que contribuya al calentamiento global.
DMTR-QM39
Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra Web
http://www.pedrodevaldivia.cl/
12