Se discute la importancia de los temas de la química en el medio ambiente, mediante ejemplos y listados de los asuntos que se pueden tratar, incluyendo las leyes de la naturaleza y los principios constitutivos

1. +
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QUÍMICA AMBIENTAL
Enrique Posada Restrepo
DÍA DEL QUÍMICO
Escuela de Química - Facultad de Ciencias
Universidad Nacional de Colombia
–Sede Medellín
30 de Noviembre de 2017

2. IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA EN LOS ESTUDIOS AMBIENTALES
La naturaleza, en sí misma, obedece a una compleja interacción de
procesos de naturaleza química y físico química
Los seres vivos dependen de procesos donde se relacionan la vida, la
biología, la energía, los flujos de masas, con la química
Las reacciones químicas son aspectos esenciales del equilibrio y del
balance natural
La clasificación de los elementos y de sus compuestos es fundamental
para entender el comportamiento natural

3. IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA EN LOS ESTUDIOS AMBIENTALES

4. IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA EN LOS ESTUDIOS AMBIENTALES
Muchas de las alteraciones producidas en el ambiente tienen naturaleza
química, es decir, implican cambios en la naturaleza fundamental de las
sustancias involucradas
Muchas de las soluciones a los problemas ambientales tienen que ver,
igualmente con transformaciones fundamentales, de naturaleza química
El conocimiento y la tecnología química ha contribuido notablemente a la
generación de nuevas sustancias, cuyos impactos sobre el medio ambiente
son desconocidos o perjudiciales
A su vez este mismo conocimiento y esa misma tecnología se constituye en
un recurso de la humanidad para resolver los problemas ambientales

5. EXPERIENCIA PERSONAL EN QUÍMICA AMBIENTAL
Creación y puesta en marcha del grupo de estudios ambientales de la
Universidad Pontificia Bolivariana - Estudios de la atmósfera y de las
aguas
Dirección de investigación y desarrollo en Nubiola Colombia Pigmentos
S.A. (ahora Ferro Colombia), con responsabilidad en los temas del medio
ambiente y del control de emisiones
Dirección de proyectos en INDISA S.A. (ahora Hatch Indisa S.A.S), con
responsabilidad en diseños y fabricación de equipos de control ambiental
Trabajo en proyectos de investigación medio ambiental colaborando con
diversas universidades, la mayor parte relacionados con la química del
medio ambiente

6. I
La observación es la herramienta fundamental: ¿Podemos señalar seis aspectos
de esta fotografía que podamos relacionar con la química ambiental?

7. La forma de la pila indica que se trata de desechos de la
combustión de un combustible sólido
Los tonos blancos indican calcinación a alta temperatura
Las manchas oscuras en el muro indican humos de combustión
Los tonos negros de la pila indican material carbonoso sin
quemar
Los trozos aglomerados indican procesos de sinterización
La variedad de tonos indica que el proceso no es estable, con
fuertes variaciones de temperatura y composición
La observación

8. Los troncos de aspecto fluido, como de lava, indican presencia
de sales fundentes, probablemente sales de sodio
El ataque a las paredes y los depósitos indican presencia de
sales solubles
Las variadas texturas indican tamaños de partícula muy
variables y presencia de óxidos mezclados con materiales
carbonosos
Los tonos tan blancos del material bien calcinado, indica que los
contenidos de hierro en las cenizas son bajos.
El tono rojizo de una de las pilas, indica, por el contrario, alta
presencia de hierro. Parece tener un origen distinto
La observación

9. ¿Y qué podríamos señalar en
estas fotos?
¿Qué indican los tonos
amarillentos?
¿Qué indican las espumas
blancas?
La observación
¿Y qué podríamos decir de los
depósitos sobre los pisos?
¿Y del aspecto exterior de las
tuberías?
¿Es contaminación orgánica o
inorgánica o mezclada?

10. Conservación de la masa
Conservación de la energía
Los límites impuestos por la segunda ley y la entropía
Los principios que gobiernan las mezclas
Los principios que gobiernan los estados y los cambios
de estado
Los principios que gobiernan el equilibrio y los
diagramas de equilibrio
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

11. Conservación de la masa y conservación de la energía
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

12. La tabla periódica
Las barreras energéticas y de activación
Las constantes de equilibrio
Las entalpías de reacción
Los procesos de combustión
Las familias de reacciones
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

13. LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS
La tabla periódica

14. La acidez y la alcalinidad
Los potenciales electroquímicos
La cinética de las reacciones
Los principios de la catálisis
La lixiviación
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

15. La acidez y la alcalinidad
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

16. Las leyes que gobiernan los colores y las
superficies
El estudio de los cristales
El estudio de la solubilidad
El comportamiento con relación a la temperatura
y la presión
Las propiedades físico químicas
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

17. Las leyes que gobiernan los colores y las superficies
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

18. La clasificación de las sustancias
Las familias de los compuestos y su ordenamiento
Los principios que permiten el análisis fisicoquímico
Las reacciones de corrosión
Las leyes que gobiernan la explosividad y la
inflamación
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

19. La clasificación de las sustancias y las familias de los compuestos y su
ordenamiento
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

20. La toxicidad y los impactos negativos
La persistencia con respecto al tiempo y los efectos
ambientales
Los ciclos de vida
El análisis de riesgos y los límites permisibles
Efectos de la radiación y el electromagnetismo
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

21. La persistencia con respecto al tiempo y los efectos ambientales
LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

22. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Ozono en el Valle de Aburrá

23. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Ozono en el Valle de Aburrá

24. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Ozono en el
Valle de Aburrá
¿Cómo
interpretar la
información?

25. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Ozono en el Valle de Aburrá
Es evidente que el brillo solar impacta en la formación
de ozono, estando asociados los intervalos luminosos
del día con las mayores concentraciones.
La disminución de las concentraciones se debe
presentar en principio cuando se generan entradas
grandes de VOC´s, provenientes de los altos picos
matutinos de flujo vehicular, que a esas horas suceden
con baja intensidad solar. El ozono actúa como
oxidante de los VOC´s, dando así lugar a gastos del
mismo y disminuyendo sus concentraciones en el
intervalo de las 5 a las 7 (en la mañana).
En general se puede considerar que el sector industrial también genera
emisiones de ozono y de volátiles y de NOx que pueden favorecer la
formación de ozono; sin embargo, dado que estas fuentes tienden a
trabajar de forma continua (hornos y calderas), podría concluirse que
son pequeños sus impactos en las concentraciones de ozono de la
región.

26. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Naturaleza del PM2.5 en el Valle de Aburrá
0
10
20
30
40
50
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 1.100
Concentración,Microgramos/m3
Día desde Enero 1 de 2009
Datos PM 2.5 estacionarias Media estacionarias, µgr/m3= 25,65 Desviación, % media = 41,70
Datos PM 2.5 automáticas Media automáticas, µgr/m3= 27,37 Desviación, % media = 28,60
Media estacionarias, µgr/m3= 25,65
Media automáticas, µgr/m3= 27,37

27. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Naturaleza del PM2.5 en el Valle de Aburrá

28. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Naturaleza del PM2.5 en el Valle de Aburrá
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4 5 6 7 8 9 10 11
Concentraciones,microgramos/m3
Días desde enero 1 de 2009 (intervalo de una semana)
Aguinaga datos de una semana Media, µgr/m3= 27,6 Desv. S, µgr/m3= 16,4 Media de la
variación, µgr/m3= 16,9 , un valor igual a 1,03 S
Aguinaga valor base, µgr/m3= 11,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
4 5 6 7 8 9 10 11
Concentraciones,microgramos/m3
Días desde enero 1 de 2009 (intervalo de una semana)
CES datos de una semana Media, µgr/m3= 23,1 Desv. S, µgr/m3= 12,1 Media de la
variación, µgr/m3= 12,3 , un valor igual a 1,02 S
CES valor base, µgr/m3= 11,0

29. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Análisis de composición para PM2.5 2009-2011. Porcentajes en peso
Componente Media Poli
Media Poli
Alto S
Media Poli
Bajo S
Media
UNAL
Media
UNAL
Alto S
Media
UNAL
Bajo S
Media
UPB
OC (carbono orgánico) 7,48 8,04 7,63 7,07 5,65 7,59 6,34
EC (carbono elemental) 7,18 7,81 7,18 13,85 11,18 14,61 6,27
Nitratos 0,16 0,20 0,15 0,17 0,10 0,21 0,08
Sulfatos 3,61 5,31 3,03 2,51 3,51 2,31 2,23
Sodio 0,53 0,64 0,48 0,31 0,34 0,27 0,34
Amonio 0,79 1,54 0,77 0,75 1,12 0,70 0,52
Potasio 0,32 0,42 0,26 0,19 0,27 0,16 0,19
Calcio 0,082 0,006 0,167 0,055 0,000 0,124 0,068
SO3 0,93 1,15 1,14 0,73 0,76 0,68 0,27
Al2O3 0,17 0,28 0,16 0,06 0,18 0,04 0,00
SiO2 0,60 0,57 0,61 0,42 0,37 0,40 0,21
Fe2O3 0,40 0,31 0,46 0,30 0,18 0,34 0,16
CuO 0,03 0,03 0,02 0,01 0,00 0,01 0,01
ZnO 0,32 0,22 0,37 0,13 0,02 0,14 0,10
PbO 0,19 0,20 0,22 0,072 0,008 0,097 0,077
Total 28,07 32,71 27,94 31,48 27,61 32,80 20,74
Relación OC a EC 1,04 1,03 1,06 0,51 0,51 0,52 1,01
Carbono total y sus
compuestos de O y H
relacionados, %
66,36 61,48 67,47 78,325 71,798 79,910 76,989

30. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Contaminante Media total Desviación
Media total
alto azufre
Desviación
Media total
bajo azufre
Desviación
OC (carbono orgánico) 7,40 3,25 8,07 4,65 7,09 1,99
EC (carbono elemental) 9,59 4,82 9,70 4,82 9,02 4,61
Nitratos 0,23 0,28 0,39 0,39 0,14 0,15
Sulfatos 3,62 2,96 5,54 3,55 2,49 0,74
Sodio 0,47 0,36 0,63 0,46 0,36 0,20
Amonio 0,98 0,87 1,69 1,10 0,65 0,28
Potasio 0,28 0,23 0,38 0,26 0,20 0,09
Calcio 0,09 0,09 0,13 0,11 0,11 0,07
SO3 0,74 0,84 0,88 1,21 0,65 0,66
Al2O3 0,13 0,25 0,25 0,26 0,06 0,21
SiO2 0,45 0,42 0,46 0,40 0,38 0,33
Fe2O3 0,30 0,19 0,26 0,18 0,30 0,19
CuO 0,02 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01
ZnO 0,17 0,17 0,10 0,11 0,19 0,18
PbO 0,13 0,23 0,16 0,36 0,12 0,15
Total 29,61 13,60 34,19 17,99 26,46 8,78
Relación OC a EC 0,77 0,83 0,79
Carbono total y sus
compuestos de O y H
relacionados, %
70,66 64,47 75,08
Análisis de composición para PM2.5 2009-2011. Concentraciones en µg/m3

31. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Fuentes
Vehículos
gasolina
Vehículos
diésel
Mezcla de
vehículos
Vías Fondo
Calderas
ACPM
Calderas de
fueloil
Natural Llantas
Calderas
carbón
Constru-
cción
Altas en
EC
OC 39,555 45,134 26,045 6,762 37,299 3,828 5,900 49,681 22,293 1,387 7,499 20,01
EC 1,396 18,116 49,970 1,443 17,431 7,101 3,896 8,673 62,421 3,705 1,294 65,99
Nitratos 1,162 0,816 0,070 0,000 0,226 0,000 0,387 0,000 0,072
Sulfatos 18,826 1,077 0,596 0,695 1,485 25,769 23,832 5,708 59,900
Sodio iónico 1,638 1,648 0,010 0,081 0,497 8,032 2,234 0,000 25,332
Amonio 4,173 0,076 0,206 0,087 1,900 2,506 0,316 2,353 0,226
Potasio iónico 1,522 0,266 0,024 0,022 0,761 1,723 0,309 0,000 2,865
Calcio iónico 1,588 0,162 0,213 1,842 0,141 3,432 8,151 0,000 0,373 4,630
SO3 0,000 0,000 0,000 15,512 4,367 0,000 0,000 0,000 0,083
Al2O3 0,000 0,000 0,211 16,091 0,021 2,597 1,632 0,000 0,176 8,144
SiO2 0,000 0,000 0,835 25,335 0,321 0,245 0,003 0,000 0,004 52,650
Fe2O3 0,206 0,082 1,167 13,277 0,371 6,077 22,360 0,000 1,405 5,972
CuO 0,060 0,000 0,026 0,020 0,029 0,091 0,001 0,000 0,038
ZnO 0,576 0,000 0,079 0,060 0,193 0,225 0,430 0,177 1,025 0,095
PbO 0,054 0,028 0,001 0,009 0,415 0,000 0,124 0,000 0,649
Humedad y
otros 6,000 6,000 6,000 6,000 6,000 6,000 6,000 6,000 2,379 2,000 2,000 2
Composición química en % en peso, para las muestras de las fuentes

32. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Factores de influencia para las fuentes consideradas
Vehículos y
llantas
Vías,
construcción
Calderas
Fondo y
naturales
Reacciones
atmosféricas y
secundarias
Muestra total 60,34 19,77 4,82 5,14 9,93
Muestra total alto S 61,24 15,99 8,14 1,36 13,28
Muestra total bajo S 69,38 13,37 6,53 6,22 4,50
Itagüí 62,06 8,31 11,71 7,05 10,87
Bello 58,22 20,91 2,50 5,34 13,02
San Antonio 68,22 5,08 13,08 0,00 13,62
Poli 64,89 13,46 8,28 6,42 6,95
Poli alto S 51,12 29,69 7,63 5,63 5,94
Poli bajo S 53,08 26,65 3,43 11,97 4,88
UNAL 70,56 11,70 10,88 1,91 4,96
UNAL alto S 71,51 11,00 9,91 0,38 7,20
UNAL bajo S 71,34 10,40 11,49 1,51 5,26
UPB 62,30 14,96 4,38 12,04 6,32

33. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Comportamiento fracción OC PM 2.5
0
5
10
15
20
25
30
35
300 400 500 600 700 800 900 1000
Concentraciónmicrogramos/m3
Días desde Enero 1 de 2009
Datos OC en PM2.5 Media total OC, µgr/m3= 7,4 Desviación, % media = 43,8
Media total OC, µgr/m3= 7,4
Media, OC bajo S en diesel, µgr/m3= 7,1
Media, OC alto S en diesel, µgr/m3= 8,0

34. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Comportamiento fracción EC PM 2.5
0
5
10
15
20
25
300 400 500 600 700 800 900 1000
Concentraciónmicrogramos/m3
Días desde Enero 1 de 2009
Datos EC en PM2.5 Media EC, µgr/m3= 9,6 Desviación, % media = 50,3
Media EC, µgr/m3= 9,6
Media, EC bajo S en diesel, µgr/m3= 9,0
Media, EC alto S en diesel, µgr/m3= 9,6

35. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Comportamiento fracción OC PM 2.5
0
5
10
15
20
25
30
35
300 400 500 600 700 800 900 1000
Concentraciónmicrogramos/m3
Días desde Enero 1 de 2009
Datos OC en PM2.5 Media total OC, µgr/m3= 7,4 Desviación, % media = 43,8
Media total OC, µgr/m3= 7,4
Media, OC bajo S en diesel, µgr/m3= 7,1
Media, OC alto S en diesel, µgr/m3= 8,0

36. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
300 400 500 600 700 800 900 1000
Concentraciónmicrogramos/m3
Díasdesde Enero 1 de 2009
DatosSulfatos Media Sulfatos, µgr/m3= 3,63 Desv., % media = 81,0
Media Sulfatos, µgr/m3= 3,63
Media, Sulfatos, bajo S en diesel, µgr/m3= 2,49
Media, Sulfatos, alto S en diesel, µgr/m3= 5,50
Comportamiento fracción sulfatos PM 2.5

37. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Comportamiento fracción sulfatos PM 2.5
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
300 400 500 600 700 800 900 1000
Concentraciónmicrogramos/m3
Díasdesde Enero 1 de 2009
Amonio Datos, Media total, µgr/m3= 0,983 Desv., % media = 87,9
Datos, Media total, µgr/m3= 0,983
Amonio Media, bajo S en diesel, µgr/m3= 0,648
Amonio Media, alto S en diesel, µgr/m3= 1,667

38. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Comportamiento fracción nitratos PM 2.5
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
300 400 500 600 700 800 900 1000
Concentraciónmicrogramos/m3
Díasdesde Enero 1 de 2009
DatosNitratos Media Nitratos, µgr/m3= 0,225 Desv., % media = 122,4
Media Nitratos, µgr/m3= 0,225
Media, Nitratosbajo S en diesel, µgr/m3= 0,140
Media, Nitratosalto S en diesel, µgr/m3= 0,378

39. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Oxígeno disuelto en el Río Medellín

40. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Oxígeno disuelto en el Río Medellín

41. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Control catalítico de emisiones de VOCs
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0
20
40
60
80
100
%Conversión
Temp (°C)
LaCoO3
LaCo0,75Mn0,25O3
LaMnO3
Powder catalysts

42. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Estudio de emisiones vehiculares bajo pruebas estáticas

43. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Estudio de emisiones vehiculares bajo pruebas estáticas

44. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL
Estudio de emisiones vehiculares bajo pruebas estáticas (comparación
entre combustible base (LB) y combustible activado con catalizador
Green Plus (GP))

45. MUCHAS GRACIAS
eposadar@yahoo.com
www.slideshare.net/eposadar