QUÍMICA ORGÁNICA - EL PETRÓLEO - ECOLOGÍA TEORÍA

 

 

INTRODUCCIÓN

El petróleo ha sido conocido por el hombre desde la antigüedad, sin embargo, la gran importancia económica del petróleo en el mundo de hoy, como fuente de hidrocarburos combustibles, data sólo del siglo pasado.

La invención de los motores de explosión, alimentados por combustibles líquidos obtenidos principalmente del petróleo, acabó con el uso de las máquinas de vapor y en gran medida desplazó al carbón como combustible industrial y doméstico.

Posteriormente, el notable desarrollo de la química en las últimas décadas, permitió utilizar el petróleo y sus derivados como materia prima para la fabricación de una gran variedad de productos químicos, entre los que destacan los plásticos y los fertilizantes sintéticos.

El crecimiento industrial del mundo moderno ha elevado la demanda de petróleo a un nivel que no alcanzan a abastecer los países productores, lo que ha aumentado enormemente, su valor económico, y lo ha convertido en un importante material estratégico, ya que su falta puede impedir el desarrollo o llegar a paralizar a una nación.

El Perú tiene en el petróleo su principal fuente de energía, éste cubre alrededor del 60% de la demanda energética total del país que consumen actividades de importancia económica - productiva como la minería, la industria manufacturera, la pesquería y los transportes.

EL PETRÓLEO 

La palabra “PETRÓLEO”, etimológicamente proviene de dos voces latinas :

PETRUM   :   PIEDRA     OLEUM   :   ACEITE

o sea “aceite de piedra” por lo que también se le llama “aceite mineral”

¿QUÉ ES EL PETRÓLEO?

El petróleo es una mezcla compleja constituida principalmente de hidrocarburos parafínicos, ciclo parafínicos o nafténicos y aromáticos; predominando los alcanos desde los más livianos a los más pesados, un petróleo se distingue de otro por el tipo de hidrocarburo que posee.

Los alcanos o parafinas gaseosas inferiores (gas natural) acompañan al petróleo que están parcialmente disueltos en él.

TEORÍAS DE SU ORIGEN

Existen dos teorías :

1. Teoría Inorgánica :

También llamada teoría de origen mineral, se fundamenta en que a partir de minerales de carbono, de donde se forma el CO, éste reaccionaría con el hidrógeno proveniente de compuestos inorgánicos con la presencia de calor y de una fuerte presión que al combinarse dan origen a variadas formas de hidrocarburos que asociadas constituyen al petróleo.

func {nCO + (2n+1)H_2 ``➞``C_n H_{2n+2} + nH_2O}

2. Teoría Orgánica :

También llamada teoría animal - vegetal o moderna, sostiene que el carbón e hidrógeno que constituyen el petróleo provienen de restos de la vida animal - vegetal preexistente, el agua y la capa de sedimentos protegieron a las sustancias orgánicas de una rápida destrucción por oxidación, mientras tanto la acción del calor y de las bacterias causan la formación de los hidrocarburos presentes en el petróleo.

ESTADO NATURAL

El petróleo es un líquido que se encuentra en depósitos subterráneos, retenidos en capas impermeables mezclado con gas natural y agua.

PROPIEDADES GENERALES

1. El  petróleo  crudo  es  un  líquido  oleoso,  más  ligero  que  el  agua,  cuya densidad varía de 0,7 a 0,9 g.mL-1.

2. El petróleo es un líquido a veces poco coloreado y fluido, otras veces es verdoso o rojizo con fluorescencia verde-azulada, o también lo es espeso y negro, lo que se explica por su variada y compleja constitución.

COMPOSICIÓN

El petróleo contiene pequeñas cantidades de oxígeno, azufre y nitrógeno, sales inorgánicas e incluso agua, siendo el azufre un elemento inconveniente porque puede dar lugar a la corrosión.

La mayor parte de los hidrocarburos del petróleo son líquidos; sin embargo existen también hidrocarburos sólidos (asfaltos y parafinas) disueltos en hidrocarburos líquidos.

OBTENCIÓN DEL PETRÓLEO  

1. Exploración :

En la cual se trata de ubicar la zona petrolífera, a través de pruebas sísmicas, gravimétricas, geológicas, etc.

2. Perforación :

Una vez ubicada la zona, se perfora el subsuelo, en la industria petrolífera se distinguen dos sistemas de perforación : el de percusión y de rotación. Al perforar y alcanzar la capa petrolífera, generalmente la presión del gas hace surgir espontáneamente al petróleo, lo que ocurre a veces en forma violenta, alcanzando el líquido grandes alturas; por ello es útil la armadura en la boca del pozo, mediante la cual regulando la presión se le hace surgir en forma controlada.

 Si la presión del gas resulta insuficiente para elevar el petróleo, se inyecta aire o gas natural o si no, se extrae el petróleo por medio de bombas.

3. Explotación :

El petróleo obtenido se almacena en grandes depósitos anexos se le hace reposar para eliminar la mayor parte del agua y la arcilla que a veces arrastra; luego se trasvasa mediante bombas a los tanques de almacenamiento, para después ser enviado a las destilerías o puestos de expedición, por cañerías especiales; oleoductos de gran longitud.

REFINACIÓN DEL CRUDO

Consiste en la separación de impurezas del petróleo y obtener las fracciones útiles, tiene las siguientes fases :

1. Tratamientos Previos

El petróleo en su conjunto como mezcla lleva sedimentos como arcilla, agua emulsionada y sales, su eliminación está sujeta a los tratamientos previos como:

a. Separación del agua por el método de gravedad (el agua es más densa que el petróleo)

. Separación de algunas partículas por filtración

c. Endulzamiento que consiste en la eliminación de sales como NaCl, CaCl2, MgCl2

Es necesario la eliminación de sales porque al ponerse en contacto con el agua forma HCl siendo esto totalmente corrosivo.

2. Destilación Fraccionada

También se denomina “TOPPING” o destilación primaria, consiste en la separación del “petróleo crudo” en sus componentes, lo cual se basa en las diferentes temperaturas de ebullición que tienen los componentes de la mezcla petrolífera, obteniéndose gas combustible, keroseno, aceites lubricantes y residual, toda refinería hace uso de este proceso.

En el Perú tenemos la refinería de Talara, La Pampilla, y en la Selva. La destilación del petróleo empieza cuando  en la columna de fraccionamiento, ingresa el crudo caliente a la temperatura de 420 °C a 450 °C proveniente del horno. 

En la columna de destilación los componentes se separan según la diferencia de temperaturas de ebullición de cada componente. Por la parte superior se desprende la fracción de menor temperatura de ebullición y por el fondo se obtiene la fracción de mayor temperatura de ebullición.

3. Residuos de Destilación

Alquitrán de crudo (asfalto, fuel oíl, coke de petróleo), parafinas sólidas y otros productos betuminosos.

PRINCIPALES DERIVADOS

Mencionar los derivados del petróleo, es enumerar cerca de 700 000 sustancias diferentes entre gases, líquidos y sólidos, para evitar tan serie tarea, indicaremos las principales fracciones obtenidas en la destilación, de acuerdo a un rango de temperaturas

FRACCIÓN TEMPERATURA CADENAS CARBONADAS USOS

Gas de petróleo Hasta 40 °C C1 a C4 Combustibles, el C3H8 principalmente

Éter de petróleo o ligroina 40° C - 70 °C C5 a C6 Disolvente - Quitamanchas  Lavado en seco

Gasolina aviación 70°C - 100 °C

Gasolina de automóviles 100°C - 120 °C C6 a C10 Combustible de motores

Otras gasolinas 120°C - 180 °C

Keroseno 180°C - 270 °C C11 a C15 Combustible doméstico, motores diesel

Gas oíl

(Aceite Diesel) 270 °C - 360 °C C16 a C20 Obtención de aceites lubricantes; combustible diesel

Aceites lubricantes Por sobre 360 °C C20 en adelante Lubricación

Vaselinas o petrolatos Por sobre 360 °C C12 a C15 Pomadas - lubricación

Parafinas Por sobre 360 °C C20 a C30 Velas (ceras) e impermeables

Alquitrán o brea Por sobre 360 °C ---------- Asfalto - Impermeabilización

Coke de petróleo Por sobre 360 °C ---------- Combustible - Electrodos

DERIVADOS DEL PETRÓLEO

GAS NATURAL

1. Contiene los alcanos más volátiles, siendo su composición:

COMPONENTE PORCENTAJE

CH4    ➪ 80%

C2H6 ➪ 13%

C3H8 ➪ 3%

C4H10 ➪ 1%

Nitrógeno ➪ 3%

2. Se obtiene del petróleo, al momento de la extraccíón o por destilación fraccionada a bajas temperaturas (menos de 30 °C).

3. Se usa como combustible, en calefacción, como materia prima en la síntesis de muchos productos (petroquímica).

4. Combustiona completamente sin producir hollín, los gases propano (C3H8) y butano (C4H10) se comprimen y se venden como gas licuado, comúnmente se le conoce como “gas propano”.

GASOLINA

1. Es una mezcla de hidrocarburos líquidos de 5 carbonos hasta 10 carbonos, siendo los constituyentes más importantes los de 6; 7 y 8 carbonos

2. Es la fracción más importante del petróleo, se obtiene entre 70 °C y 180 °C.

3. Se usa como combustible en los motores de combustión interna

ÍNDICE DE OCTANO O PODER ANTIDETONANTE

La calidad de una gasolina se expresa por su octanaje.

Para determinar el octanaje de una gasolina, se prueba en un motor de ensayo y se miden sus  propiedades detonantes, esta prueba se fundamenta en la comparación con una mezcla patrón formada por n-heptano (detonante) y el 2,2,4 trimetil pentano (antidetonante) al que los técnicos del petróleo han dado el nombre inadecuado de “Isooctano”.

ESCALA DE OCTANAJE

(Según A.P.I)

Componente Fórmula Octanaje

n - heptano CH3 - (CH2)5 - CH3 0

Isooctano 100

Donde el porcentaje  de isooctano determina el octanaje, para lo cual ilustramos con dos ejemplos:

1. GASOLINA DE 84 OCTANOS

Tiene el mismo rendimiento en un motor de prueba, que una mezcla de 84% en volumen de isooctano y 16% en volumen de n-heptano.

2. GASOLINA DE 95 OCTANOS

Tiene el mismo rendimiento en un motor de prueba, que una mezcla formada por 95% de isooctano y 5% en volumen de n-heptano.

VARIACIÓN DE OCTANAJE

En el siguiente cuadro se tiene los octanajes de algunos hidrocarburos :

Hidrocarburo Estructura

Molecular Tipo de

Estructura Octanaje

n - heptano CH3 - (CH2)5 - CH3 Lineal 0

n - hexano CH3 - (CH2)4 - CH3 Lineal 25

2 - metilhexano         CH3

          |          

CH3 - CH - (CH2)3 - CH3

Ramificada  

42

2 - metilbutano         CH3

          |          

CH3 - CHCH2CH3

Ramificada

93

2, 2, 4 - trimetilpentano         CH3          CH3

          |               |

CH3 - C - CH2 - C - CH3

          |               |

         CH3          H

Ramificada

100

Benceno

Aromático

106

Tolueno

Aromático

120

Del cuadro, se concluye que :

1. En cadenas lineales :

func { A ~menor~ overline M~➞~Mayor ~Octanaje}

2. En cadenas ramificadas :

A mayor número de Ramificaciones ➞ Mayor Octanaje

3. A nivel de hidrocarburos :

TÉCNICAS PARA MEJORAR LA CALIDAD DE LA GASOLINA

1. ADICIÓN DE SUSTANCIAS ANTIDETONANTES

La adición de ciertas sustancias mejoran la calidad de la gasolina tales como:

a. Plomo tetraetilo: Pb(C2H5)4

b. Gasohol (90% gasolina + 10% alcohol)

c. Éter terbutilmetílico

d. Benceno

OBSERVACIONES :

I. El plomo tetraetilo produce contaminación ambiental por emitir partículas de Pb (metal pesado)

II. La gasolina “Ecológica” de 90 octanos no tiene plomo y es menos contaminante que la gasolina de 84 octanos que usa plomo tetraetilo

2. CRACKING

Llamado craqueo o pirólisis, consiste en romper la cadena de moléculas pesadas de los hidrocarburos, generándose moléculas pequeñas que sirven en la obtención de la gasolina.

El Cracking puede ser :

a. Cracking Térmico

I. También llamado pirolítico, se realiza a altas temperaturas entre 470 °C y 510 °C y elevada presión entre 20 a 50 atmósferas.

II. Se obtiene etileno y alcanos ligeros

b. Craking Catalítico

I. Se realiza a temperaturas entre los 430 °C y 400 °C y a una presión de 1,4 - 3,4 atmósferas de presión

II. La ruptura de la cadena, es por la presencia de catalizadores como : SiO2, Al2O3, arcilla natural, Cr2O3, MgO

III. El objetivo es bajar la temperatura de operación por tres motivos : obtener una mejor gasolina, no afectar la superficie del reactor que está formada por metales sensibles : Fe, Cr, Ni y por último es por el costo de operación.

      C18H38            C8H18      +      C10H26 

    n-octadecano             Isooctano        2 metil - 2 noneno

OBSERVACIÓN :

Con el Cracking Catalítico se produce gasolina de mayor octanaje.

3. ALQUILACIÓN

En este proceso una cadena lineal o ramificada de baja masa molecular, se une con otra que puede ser aromática o no aromática, obteniéndose gasolina de buena calidad.

                                         CH3                   CH3                      CH3         CH3

                                          |                         |                           |               |

                               CH3 - C - CH3 + CH3 - C = CH2 ➞ CH3 - C - CH2 - CH - CH3

                                          |                                                     |

                                         H                Isobutileno                  CH3

                                  Isobutano                                                Isooctano

4. ISOMERIZACIÓN

Los hidrocarburos normales se transforman en sus isómeros ramificados mediante una acción catalítica, mejorándose el octanaje. C8H18       C8H18

                                                                         n-octano                  Isooctano

5. GASOLINA AROMÁTICA

Permite la transformación de cualquier gasolina pesada en una de mayor octanaje por uso de catalizadores como Pt/Al2O3 o Pt/Si3Al4 y funciones asociadas como hidrogenación e isomerización, el resultado es gasolina aromática.

        + 3H2

                                      Metil Ciclo Hexano                        Tolueno

         

          Metil Ciclo pentano                   Ciclohexano                      Benceno

IMPORTANCIA DEL PETRÓLEO EN LA VIDA MODERNA

1. Sirve como materia prima para la obtención de productos sintéticos que comparándolos con los naturales resultan más económicos y muchas veces de mejor calidad.

Ejemplo : fertilizantes, plásticos, etc

2. Se obtienen combustibles con un poder calorífico superior al carbón (hulla).

3. Da lugar a la aparición de una nueva industria, la “Petroquímica” y por ende nuevos productos en el mercado, que sustituyen a otras con igual fin.

Ejemplo: solventes, fibras sintéticas, etc

4. Para los países desarrollados, esta fuente energética ha sido determinante en su evolución industrial y económica.

PETROQUÍMICA EN EL PERÚ

1. El término “Petroquímica” etimológicamente quiere decir  “Química de las Rocas”; pero se refiere a la industria de productos químicos derivados del petróleo o del gas natural principalmente.

2. La industria petroquímica en el país se reducía a la obtención del hidrógeno a partir del petróleo residual, para la síntesis del amoniaco que se lleva a cabo en Fertisa del Callao, hasta que PetroPerú se dedicó a convertir a Talara en primer polo de desarrollo petroquímico de nuestra patria.

3. Teniendo en consideración la demanda de fertilizantes para el desarrollo de nuestra agricultura, se ha construido una planta que produce amoniaco, una unidad de Craqueo Catalítico que permite obtener además de gasolina de alto octanaje, negro de humo y solventes.

4. La enorme importancia para el desarrollo industrial de un país significa la implantación de la industria petroquímica, por estar basada en la transformación química del petróleo, gracias a estas industrias, obtenemos productos primarios como : etileno, butileno, metano, hidrógeno, compuestos aromáticos y productos finales como : solventes, líquidos anticongelantes, fibras sintéticas, líquido para frenos, plastificantes, detergentes, caucho artificial, negro de humo, películas, aislantes eléctricos, productos farmacéuticos, fertilizantes, etc.

CONTAMINACIÓN QUE CAUSA EL PETRÓLEO

1. Una de las causas de la contaminación ambiental es la presencia de sustancias extrañas en el medio ambiente por el uso masivo del petróleo y sus derivados, que caracteriza nuestra época.

2. La contaminación con petróleo y con aceite de petróleo, de lagos, ríos y mares, ha traído como consecuencia la mortandad de los peces, así como de las aves y mamíferos acuáticos y la desaparición de la vegetación en varios sectores.

3. El petróleo, como agente contaminante de los medios acuáticos, ejerce su acción sobre los seres vivos en tres formas :

a. Impide la oxigenación del agua al flotar en la superficie

b. Consume el oxígeno disuelto en el agua al descomponerse en sus elementos

c. Ejerce una acción tóxica sobre los organismos al ser ingerido con los alimentos

4. Otra manera de contaminación a causa del petróleo se encuentra en su uso industrial como combustible, debido a los productos de la combustión, tales como el hollín negro de humo y los gases de óxido carbonoso y carbónico que contaminan el aire.

ECOLOGÍA

INTRODUCCIÓN

La Ecología es una parte de la Biología, que estudia las relaciones existentes entre los organismos y el medio en que viven. 

La población de cualquier especie animal depende de la disponibilidad de alimentos y del número de depredaciones naturales. Cuando estos dos factores permanecen constantes, la tasa de natalidad y la tasa de mortalidad son iguales.

En el ámbito de la salud pública, la persona humana es el objetivo principal: La protección del individuo  y el medio en que se desenvuelve. De aquí que sea necesario mantener su medio ambiente: el suelo; el aire; el agua; los alimentos y los elementos externos que usa, debidamente protegidos de contaminación.

En el objetivo de lograr lo anterior, la participación de la química es preponderante para la identificación y cuantificación de las sustancias, la adaptación de las mismas a los requerimientos del ser humano a la adición de cantidades definidas de ellas. Además, en cuanto a la identificación y cuantificación de los organismos vivos, la aplicación de la química es necesaria, por cuanto éstos se identifican por los cambios químicos que producen en el medio en el cual viven o por los cambios producidos por el uso de determinadas sustancias químicas. Todo lo descrito anteriormente requiere la realización de análisis químicos de acuerdo a normas especiales.

La presión creciente sobre las extensiones cultivables disponibles, el aumento del uso de productos químicos, la expansión de los desiertos y la desforestación, están disminuyendo la productividad del suelo en muchas partes del mundo . El talado de bosques, el uso poco cuidadoso de productos químicos y fertilizantes y la erosión están destruyendo el suelo y el potencial agrícola de la tierra, por lo cual en los últimos años se ha hecho hincapié en la necesidad de encontrar medios con los cuales se pueda detener e invertir estos procesos de deterioro ecológico.

CONTAMINACIÓN QUÍMICA

Cuando hablamos de contaminación o polución nos referimos a cualquier tipo de impureza presente en el aire, el suelo o el agua y que altera o daña los ecosistemas afectando a los seres humanos, plantas y animales.

Por extensión también aplicamos el término a otros casos, como la contaminación de los alimentos, de nuestros vestidos, materiales diversos, etc. Muchas sustancias dañinas o venenosas se encuentran en forma natural, sin que sean consecuencia de la actividad humana, pero cuando hablamos de contaminación nos referimos específicamente a la presencia de sustancias tóxicas que se encuentran en nuestro ambiente por causa del hombre, las cuales tienen efectos más rápidos y notorios que los que pueden causar sustancias tóxicas naturales, las que muchas veces toleramos porque nos hemos adaptado a ellas.

Nuestro propio cuerpo, en forma natural, contiene sustancias tóxicas como arsénico, mercurio y otros metales pesados sin que afecten nuestra salud. Muchas veces contiene también nuestro organismo productos químicos como el insecticida D.D.T en cantidades que toleramos.

Históricamente, la contaminación de nuestro planeta así entendida, se inicia con la Revolución Industrial que tiene lugar a mediados del siglo pasado, al introducirse en las fábricas, máquinas accionadas por energía obtenida de combustibles sólidos (carbón) cuyos residuos afectan a la biosfera. A esto hay que añadir la emigración de los habitantes del campo a la ciudad, tal como viene ocurriendo en nuestro país en las últimas décadas, formándose grandes centros urbanos e industriales donde los hombres se aglomeran rompiendo la armonía con la naturaleza; luego con el aumento de producción de bienes y el consumo, aumentan también los desechos industriales que contribuyen a aumentar la contaminación. Este último fenómeno se agrava con el desarrollo alcanzado en el último medio siglo por las industrias químicas, cuyos residuos son altamente contaminantes.

Actualmente el problema de la contaminación ha alcanzado niveles alarmantes, no sólo por su extensión sino también por su extensión geográfica, pues cubre todo el planeta incluyendo los océanos. Por ello, los ecologistas más preocupados por la degradación del medio ambiente afirman que el hombre va en camino de envenenar toda la Tierra, autodestruyéndose.

CONTAMINACIÓN DEL AIRE

Entre los contaminantes primarios del aire, es decir que causan la mayor parte de la contaminación, en una proporción mayor del 90% se señalan 5 tipos de sustancias: monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, macropartículas y freones.

A) MONÓXIDO DE CARBONO : Es un gas muy peligroso para el hombre, en primer lugar por su toxicidad, pues en alta concentración en el ambiente puede ocasionar la parálisis de los órganos de respiración y también sofocación por insuficiencia de oxígeno, llegando incluso a causar la muerte, y también es peligroso por sus propiedades engañosas, ya que es inodoro, insípido e incoloro.

El monóxido de carbono (CO) se encuentra en el aire en forma natural, proveniente de la putrefacción de la materia orgánica y la clorofila de las plantas, pero sin llegar a niveles peligrosos, sin embargo, este gas es también producido por los automóviles y otros vehículos con motores a petróleo o gasolina. De allí que las zonas urbanas muy pobladas con elevada circulación de automóviles y otros vehículos de transporte presentan mayor concentración ambiental del monóxido de carbono.

B) ÓXIDOS DE NITRÓGENO : Los óxidos de nitrógeno: monóxido (NO) y dióxido (NO2) son también contaminantes del aire por ser tóxicos. Otros óxidos de nitrógeno existentes también en el aire no son tóxicos

La toxicidad del NO es relativamente baja, pero su peligro radica en que puede oxidarse con el oxígeno del aire, convirtiéndose en NO2 cuya toxicidad es 4 veces mayor. El NO2 produce irritaciones en nariz, garganta y ojos, y causa congestión y enfermedades pulmonares que, en caso de contaminación extrema pueden causar la muerte.

Como sabemos, el aire contiene N2 y O2 en grandes cantidades, pero la reacción entre ambos gases para producir óxidos no se produce a las temperaturas ambientales, sino que requiere de altas temperaturas. Luego, los procesos de combustión, ya sea en los motores de los automóviles o en las plantas térmicas de energía eléctrica en que se quema grandes cantidades de petróleo, proveen la energía (calor) necesaria para que el N2 del aire produzca NO que luego se convierte en el aire en NO2. De allí la importancia de la producción de energía eléctrica en centrales hidroeléctricas que no contaminan el aire.

C) ÓXIDOS DE AZUFRE : El óxido de azufre que se encuentra en mayor proporción en la atmósfera es el dióxido (SO2), el cual se oxida en el aire convirtiéndose en trióxido (SO3) y éste rápidamente reacciona con la humedad ambiental para convertirse en H2SO4. Este último cambio se favorece en lugares de alta humedad atmosférica, como es el caso de la costa central del Perú.

Además de los efectos tóxicos sobre los seres humanos y las plantas, la presencia de SO2 y SO3 en la atmósfera causa un problema de contaminación ambiental que se conoce como el fenómeno de la “Lluvia ácida”, un indicador es la determinación del pH del agua de lluvia, que con la sola presencia del CO2 en estado de equilibrio es un valor de 5,5.

El principal daño que causa el SO2 en el hombre es la irritación de las vías respiratorias y es mayor aún cuando las personas respiran por la boca, por lo que afecta más a las personas que tienen males respiratorios (asmáticos), así como a los ancianos que tienen tendencia a respirar más por la boca.

El H2SO4, de otro lado, afecta también las vías respiratorias y es corrosivo. Como ya se ha dicho, un elemento esencial para la vida es el azufre y como los combustibles más comunes: carbón, petróleo y gas natural provienen de los organismos vivos contienen algo de azufre y al arder se formarán el SO2 y el SO3. Es por eso que los principales contaminantes del aire con óxidos de azufre son los combustibles fósiles ya mencionados que se queman en grandes cantidades en las plantas térmicas de energía eléctrica.

Esta es además la razón por la cual el petróleo que tiene alto contenido de azufre se cotiza a más bajos precios, porque requiere de una refinación previa (para eliminar parte del azufre) si se quiere evitar la contaminación del aire.

Muchas industrias, así como los automóviles y otros vehículos emiten gases tóxicos y densas humaredas que pasan a la atmósfera. 

Cuando estos humos tóxicos se mezclan con la niebla frecuente en muchos lugares de alta humedad atmosférica, se produce una espesa niebla llamada “Smog” ( en inglés: Smoke=humo; fog = niebla), que no sólo dificulta la visibilidad sino que causa transtornos respiratorios sobre todo en los ancianos y personas con afecciones pulmonares. Basta señalar que el smog formado sobre Londres en Diciembre de 1952 causó más  de 4 000 muertos.

D) FREONES : Con el nombre de “freones” se conoce a un tipo de sustancias químicas que contienen cloro, flúor y carbono y que son utilizadas por la industria en muchos productos de uso doméstico, siendo el más importante (por la contaminación que produce) su empleo como impelente en las latas de aerosoles o “Sprays” lo que hace que continuamente se pulvericen en la atmósfera, los freones son compuestos estables a temperaturas bajas, por lo que no causan ningún daño inmediato, pero una vez en la atmósfera se dispersan y llegan a la estratosfera donde se encuentran una capa de ozono que nos preserva de los efectos de las radiaciones ultravioletas que irradia el Sol, las que por su alta energía son perjudiciales para los seres vivos.

EL OZONO

El ozono O3, es un gas inestable de color azul claro a temperatura ambiente. Se forma al hacer pasar una descarga eléctrica por O2(g). El ozono tiene mayor densidad que el O2(g), y es un agente oxidante muy fuerte. El ozono se descompone con facilidad en el ambiente:

2O3 ➞ 2(O2 + O*) ➞ 3O2

Las radicales de oxígeno (O*) que son átomos intermedios en esta reacción y con gran capacidad para captar electrones, actúan así como fuertes oxidantes, siendo empleados en la destrucción de bacterias en el proceso de purificación del agua.

DESTRUCCIÓN DE LA CAPA DE OZONO DE LA ATMÓSFERA

Ubicación de la capa de ozono que rodea la Tierra. Recordemos las siguientes generalidades : La Tierra y su entorno pueden entonces ser divididos en las siguientes regiones :

1. Litosfera : Los suelos (continentes)

2. Hidrosfera : El agua (mares, lagos, ......)

3. Atmósfera : Envoltura gaseosa que rodea la Tierra. Ésta contiene a su vez las siguientes subcapas:

3.a Troposfera : subcapa inferior (unos 15 km de espesor). Vivimos inmersos en ella. Hay aquí una concentración de CO2 y de vapor de agua mayor que en las otras subcapas.

3.b Estratosfera : Subcapa intermedia (de 15 km a 40 km de altura). Contiene en su parte inferior, a unos 20 km sobre el suelo terrestre, una concentración o capa formada por ozono, y que actúan como filtro de la mayor parte de radiaciones ultravioleta del Sol.

3.c Ionosfera  :   Subcapa   superior   (de 40 km  a  4 000 km de altura). Contiene gases ionizados.

El ozono se forma en la atmósfera superior (estratosfera) cuando las moléculas de O2 absorben radiación electromagnética ultravioleta (UV) proveniente de Sol, formando una capa constante de pequeño espesor que envuelve la Tierra. Esta capa de ozono absorbe parte de la radiación UV, en lo que constituye una operación de filtración esencial para la vida en el planeta. 

De llegar esta radiación con mayor intensidad a la superficie provocaría daños en los seres vivos. Se estima que la incidencia de cáncer a la piel se eleva en forma directamente proporcional a la disminución de la concentración de ozono en dicha capa.

Los compuestos orgánicos clorofluorocarbonados existen en la sociedad de consumo en la forma común de rociadores (spray) para diversos usos. Los compuestos gaseosos freones (CFCl3, C2F4Cl2, etc), al ser liberados de sus recipientes, se difunden lentamente hacia la estratosfera.

Ahora bien, la radiación UV que llega a la Tierra provoca diversas reacciones fotoquímicas en la estratosfera, como la formación natural de ozono, según las reacciones :

O2 + luz ➞ 2O*

O2 + O* ➞ O3

Al incidir la radiación UV sobre los freones, se libera el cloro atómico altamente reactivo el cual ataca al ozono generando el siguiente ciclo de reacciones :

CFCl3 + luz ➞ CFCl2 + Cl*

Cl* + O3 ➞ ClO* + O2

ClO* + O* ➞ Cl* + O2

El gas de clorofluorcarbono destruye la capa de ozono, permitiendo que la radiación UV llegue con toda su intensidad (no filtrada) a la superficie de la Tierra.

Así aunque el ozono puede renovarse en forma natural en la atmósfera (merced a la misma energía de la radiación UV), su velocidad de descomposición actual en la capa de ozono a causa de los compuestos orgánicos clorofluorocarbonados generados por el hombre es demasiado elevada, por lo que hay partes en la capa de ozono que presentan “agujeros”, y cuya reparación será muy lenta.

Exceso de Ozono 

Si bien el O3 es necesario en la estratosfera, el ozono formado por las reacciones entre diversos compuestos orgánicos e inorgánicos producidos (y también producto de reacciones en campos eléctricos), representa en el aire que respiramos un tipo de contaminación, pues, contribuye a la formación de smog urbano (una mezcla contaminante de niebla y humo). Cuando la concentración de ozono en el aire aumenta, se produce irritación en todo el tracto respiratorio.

EL EFECTO INVERNADERO

En nuestros estudios de química no hemos considerado venenosos al dióxido de carbono (CO2) y al agua que, al contrario, nos da la vida. No obstante, la concentración del CO2 en el aire ha aumentado un 12 - 14% en los cien años pasados. El CO2 en la atmósfera puede funcionar como el “vidrio de un invernadero de plantas” que deja pasar la luz solar pero no sus radiaciones infrarrojas. Luego, los rayos infrarrojos producidos en el invernadero elevan la temperatura en el interior de éste con referencia al medio ambiente. En igual forma , el CO2 transmite la luz visible pero no los rayos infrarrojos. Por esto se dice que mayores concentraciones de CO2 en el aire podrían producir un “efecto invernadero”. Los científicos especulan que una elevación en la temperatura en la atmósfera y por consiguiente en la superficie terrestre, podría originar que la nieve de los glaciares y el hielo de los polos de la Tierra, se derritieran, aumentando el nivel de los océanos que inundarían sectores continentales.

CONTAMINACIÓN DEL AGUA

Las aguas naturales no son puras sino que contienen una serie de sustancias disueltas, principalmente sales, y además suelen tener sólidos en suspensión, muchos de ellos de origen orgánico (residuos vegetales o animales).

Tal como se ha dicho antes para el caso del aire, cuando hablamos de la contaminación del agua, nos referimos a la presencia en ella de sustancias que por su naturaleza o por su cantidad la hacen perjudicial para sus diversos usos, ya sea como agua potable, de uso agrícola o industrial. En el caso de ríos, lagos, mares u océanos, la contaminación afecta o impide también el desarrollo de plantas o animales acuáticos.

Debemos anotar que algunos contaminantes se descomponen gracias a procesos químicos o biológicos que ocurren en el agua, pasando a formas mas simples que pueden perder su efecto perjudicial. A estos contaminantes se les denomina “degradables” o “biodegradables”. La biodegradación de la materia orgánica en el agua se produce en especial por acción de bacterias y otros organismos presentes en ella.

Cuando se trata de bacterias aeróbicas, que actúan en presencia del oxígeno disuelto en el agua, los productos resultantes de la biodegradación son inocuos, en cambio en ausencia de oxígeno actúan bacterias anaeróbicas que liberan gases perjudiciales, agravando la contaminación y emitiendo malos olores

Entre los principales contaminantes del agua tenemos: residuos que requieren oxígeno, microorganismos patógenos, sustancias químicas y minerales, sedimentos, detergentes, etc.

A) RESIDUOS QUE REQUIEREN OXÍGENO : El oxígeno disuelto en el agua es indispensable para la vida de vegetales y animales acuáticos, siendo los peces los que requieren oxígeno en mayor cantidad, por tanto, se considera que el agua está contaminada cuando su nivel de oxígeno disuelto es muy bajo y afecta la vida de los seres acuáticos.

La principal causa de la falta de oxígeno en el agua es la presencia de sustancias biodegradables que se descomponen fácilmente por acción de bacterias aeróbicas, las cuales consumen el oxígeno y pueden agotarlo con rapidez. En caso de agotarse el oxígeno entran en acción bacterias anaeróbicas que originan la putrefacción del agua.

Entre los principales contaminantes de este tipo tenemos los desagües de las cloacas urbanas, residuos de camales e industria de alimentos, curtiembres, papel, etc, con alto contenido de materias orgánicas

B) MICROORGANISMOS PATÓGENOS : El agua puede contener muchos tipos de bacterias saprofitas (que se alimentan de residuos orgánicos en descomposición) que arrastran del suelo y otras provenientes de las aguas negras de los desagües que llevan desperdicios humanos y animales y como es muy frecuente en nuestro país, se descargan en los ríos más cercanos o en el mar.

Muchas de las bacterias a que nos referimos son benignas, es decir que no producen enfermedades al hombre, pero en cambio otras, lo mismo que algunos virus que también contaminan el agua, pueden causar serias enfermedades como gastroenteritis, tifoidea, fiebre paralítica, disentería, cólera, poliomielitis, hepatitis, salmonelosis, etc.

Los microorganismos causantes de estas enfermedades se encuentran en las heces fecales y en la orina de las personas infectadas, y a través de los desagües producen la contaminación señalada.

C) PARTÍCULAS METÁLICAS Y NO METÁLICAS Y SUS EFECTOS :  Algunos metales y no metales descargados a los ríos y lagos por la industria y la minería actúan como contaminantes :

C.1 MERCURIO

Los residuos en relaves mineros llegan a los ríos y lagos. Los compuestos de mercurio son fácilmente aspirados por toda la superficie del cuerpo. Es tóxico.

C.2 PLOMO

Como ya se conoce, es emitido aún en regular cantidad por los gases de escape de vehículos. Se acumula así en el organismo, intoxicándolo gradualmente

C.3 CADMIO 

Afecta al sentido del olfato

C.4 ARSÉNICO

Metaloide que forma compuestos ácidos sumamente venenosos.

C.5 CROMO

En exceso afecta los suelos (contaminación de suelos)

Los metales residuales : trazas, y el hollín (residuos de carbón), provenientes de las chimeneas de la industria, contaminan al agua y al suelo.

Las ciudades situadas en cuencas cerradas pueden retener su propia atmósfera y así producir contaminación del aire, debido a la inversión de temperatura. Esto se conoce como contaminación por inversión térmica (donde una capa de aire queda a menor temperatura que su capa superior).

Desde 1940 su lucha por reducir la emisión de SO2 de las plantas industriales, lo que se ha logrado en parte; más de otro lado, aumenta la contaminación producida por los escapes de los automóviles.

Otro problema de contaminación ambiental lo provocan las explosiones nucleares. Se constató que el isótopo Sr-90 dispersado en la atmósfera estaba siendo absorbido por la vegetación, de allí pasaba al ganado y finalmente llegaba al hombre, principalmente a través de la leche. Las emisiones de radiación beta (β) provocan la descalcificación de los huesos y la disminución de los glóbulos rojos (leucemia).

D) CONTAMINACIÓN DEL MAR

El hombre a través de los años ha vertido al agua todo tipo de residuos: sólidos, líquidos y gaseosos.

Al mar llegan a través de los ríos los residuos de las plantas industriales.  Algunas industrias para evitar contaminar los ríos llevan barcos mar adentro para arrojar allí sus desperdicios. Inclusive se está arrojando residuos nucleares (por lo que si los contenedores respectivos llegaran a partirse o perforarse, las consecuencias serían funestas para la humanidad).

Uno de los mayores contaminantes los representan los derrames de petróleo, ya sea por accidente o por descuido. El petróleo flota sobre el agua (debido a su menor densidad), impidiendo la disolución del oxígeno; además, disminuye el paso de la luz solar, destruyendo el fitoplancton, primer eslabón de la cadena alimenticia marina.  En las playas forma un lodo que mata miles de aves marinas.

Un caso : Algunas sustancias tóxicas como el mercurio se arrojaban al mar en una planta industrial en Minamata (Japón).  Este mercurio se convirtió en metilmercurio, el cual fue absorbido por los peces y mariscos, y de allí llegó a la mesa de los pescadores y al resto de la población.  La alimentación con pescado contaminado produjo nacimientos de niños con deformaciones; en algunas personas produjo trastornos cerebrales y en otras la muerte.  Finalmente la planta en cuestión fue cerrada, pero se calcula que existe aproximadamente unas 600 toneladas de mercurio en el fondo del mar.

AGENTES EUTROFICANTES

El fósforo contenido en los detergentes es perjudicial para el medio ambiente, pues, produce la eutrofización de las aguas.  La eutrofización es un estado en el que se produce crecimiento excesivo de vegetación debido a la elevada concentración de fósforo, el cual, como sabemos, al igual que el nitrógeno, es un factor nutriente en las plantas.  Este crecimiento excesivo impide que se disuelvan suficiente O2 en el agua (debido a su captación por los vegetales), y elimina gradualmente la vida acuática adicional.

E) CONTAMINACIÓN POR PLAGUICIDAS : Los productos utilizados para combatir las plagas se denominan, en forma genérica, plaguicidas. Su uso es hoy muy común tanto en el hogar como en las fábricas, oficinas, etc, pero su mayor consumo lo realizan los agricultores para combatir las plagas que atacan los cultivos. Según el caso se denominan: “Insecticidas” si se emplean contra los insectos, “Fungicidas” si se usan para controlar las enfermedades causadas por hongos, “Herbicidas”, si combaten las malas hierbas, etc.

El empleo de los plaguicidas se ha extendido en las últimas décadas, que se calcula que existan mas de 300, de los cuales se emplean en más de 10 000 fórmulas distintas.

Si bien los plaguicidas cumplen un rol benéfico y en muchos casos han salvado cosechas en peligro o poblaciones infectadas ya sea por insectos o por ratas. Su uso presenta un aspecto peligroso debido a su toxicidad, el cual se puede concretar en los siguientes efectos:

E.1 Afecta no sólo a los insectos perjudiciales, si no también a las especies útiles que en forma natural, controlan otras plagas de los que son enemigas. De este modo, al reducirse su población se contribuye a la aparición de nuevas plagas.

E.2 Como ocurre en el uso de los narcóticos en el hombre, los insecticidas deben aplicarse cada vez en mayores dosis, y con mayor frecuencia, a medida que los insectos desarrollan tolerancia y se hacen resistentes, de modo que el uso masivo de dichos productos químicos afecta seriamente los ecosistemas.

E.3 Contaminan no sólo el aire sino también las aguas, por lo que son peligrosos no sólo para el hombre y los insectos benéficos, como ya se ha señalado, sino también para las aves, los peces y otros organismos acuáticos.

E.4 Algunos plaguicidas se degradan (es decir se descomponen) y pierden su toxicidad en pocos días; pero otros son persistentes (no degradables) y mantienen su peligrosidad por mucho tiempo (incluso varios años). Entre estos últimos tenemos principalmente los insecticidas a base de cloro, como el  D.D.T.

F) DETERGENTES : Los detergentes de uso comercial contienen un tipo de sustancias que se conocen como fosfatos que son muy nutritivos para las plantas, de modo que al pasar por los desagües hacia las aguas de lagos, lagunas o el mar, propician el rápido desarrollo de algas y plantas acuáticas.

El problema no es solo que el excesivo crecimiento de las algas y plantas acuáticas, denominado eutrofización, puede llegar a cubrir las aguas de lagos o lagunas, sino que además se consume excesivo oxígeno disuelto del agua y se produce la muerte de los peces.

CONTAMINACIÓN DEL SUELO

El hombre depende del suelo para obtener los recursos naturales requeridos para la satisfacción de sus necesidades.  El suelo sin embargo no es un depósito inagotable, constituye un medio complejo en constante cambio y puede perder su productividad cuando se altera su equilibrio. El uso indiscriminado de venenos contra plantas e insectos ha producido serios transtornos en los suelos fértiles.

CONSECUENCIA

El exceso de abono y plaguicidas acaba con los organismos benéficos del suelo, los cuales se encargan de descomponer la materia orgánica que cae y pone a disposición de otras plantas los minerales que necesitan para su desarrollo.

OTROS TIPOS DE CONTAMINACIÓN

1. Contaminación Radiactiva : Es el aumento de la radiación por la utilización por el hombre de sustancias radiactivas naturales o producidas artificialmente.

Dos son las principales fuentes de contaminación radiactiva :

a. Las pruebas nucleares : como es el caso de las bombas atómicas y de hidrógeno

b. La manipulación de sustancias radiactivas, como en los reactores nucleares

Consecuencia : Esta contaminación involucra al aire, agua y suelos, siendo sus efectos

a. Acortamiento de la vida

b. Aumento de enfermedades cancerígenas

c. Transmutaciones genéticas

d. Contaminación de alimentos

2. Contaminación de alimentos : Los alimentos pueden servir de vehículo transmisor de organismos para el hombre. Tanto por medio de animales infectados como debido a los microorganismos que pululan en el medio ambiente, causando por ejemplo la salmonelocis, etc.

3. Contaminación de química : Esto es debido tanto a la frecuente contaminación química del medio ambiente como al empleo de sustancias aditivas a los alimentos.

4. Contaminación por ruido : Con el desarrollo de la civilización industrial y urbano el ruido ha adquirido cada vez mayor importancia. Las consecuencias del ruido, son de orden fisiológico como psicofisiológico, afectan cada vez más a mayor número de personas en particular a los obreros industriales. Los efectos del ruido son : sorderas, fatiga auditiva, alteraciones ritmo cardiacas, etc.

5. Contaminación electromagnética : Es debido al congestionamiento de las ondas electromagnéticas que provienen de señales de radio, televisión, satélite celulares, etc. Es decir todo lo concerniente al campo de las telecomunicaciones.

SOLUCIONES A LA CONTAMINACIÓN

1. COMPUESTO BIODEGRADABLE

Es aquel que puede ser descompuesto en sustancias más simples, e integrables en el ecosistema por acción de bacterias en la naturaleza.

Para no contarninar tanto al ecosistema, se impone actualmente el uso de detergentes con cadenas carbonadas lineales, los que son biodegradables (“ecológicos”).

Los detergentes sulfonados con radicales de anillos de benceno, aún en uso, no son biodegradables (el anillo de benceno es difícil de degradar), y forman espumas nocivas en las aguas.

Tiempo que toma la biodegradación (en el medio natural) de algunos productos:

Papel ➞ 3 meses Cigarro ➞ 2 años

Plástico ➞ 100 años Fruta ➞ 1 año

Lata    ➞ 10 años Vidrio no se degrada

2. TECNOLOGÍAS NO CONTAMINANTES

Son las que tratan de ser establecidas actualmente en la industria. Algunas de ellas, ya familiares en su uso en países industrializados, son:

2.1 Absorción de contaminantes con carbón activado

2.2 Oxidación del ozono

2.3 Tratamiento biológico

2.4 Lixiviación de minerales por bacterías (proceso de biotecnología). 

2.5 Combustión en quemadores de alta eficiencia (menor generación de NOx).  

2.6 Un proceso general relativamente simple y no contaminante: reciclaje.

3. RECICLAJE

El objetivo del reciclaje es reutilizar material, trantándolo con un simple ciclo de cambios físicos, de modo que se ahorre energía y se proteja al medio ambiente.

Un proceso inicial para la eficiencia en el reciclaje es colocar los residuos en compartimientos separados: pilas (baterías), papel, latas, plásticos, vidrios, etc.

Algunos compuestos reciclados

3.1 Aluminio : Un 40% es reciclado actualmente. El reciclaje para una lata es más barato que la fabricación de una nueva. Requiere menos energía :

3.2 Acero : Un 15% es reciclado. El acero es 100% reciclable. Puede ser reprocesado indefinidamente.

3.3 Papel : Un 30%  del papel producido es reciclado en el mundo (no confundir con una hoja hecha 100% de papel reciclado). El papel no clorado es 100% reciclable, y hay una mayor biodegradabilidad si la tinta de impresión es natural (proveniente de extracto de soya)

3.4 Plástico : Un 3% es reciclado. Presenta algunos problemas para su procesamiento en reciclaje: Hay una amplia gama de plásticos, lo que hace difícil su clasificación.  Además, los productos químicos originales en los plásticos contenedores pueden contaminar el material reciclado.

3.5 Vidrio : Un 20% es reciclado.  Se le rehusa inclusive en mezcla con asfalto para pavimentación.