Composición del aire

Los componentes fundamentales del aire son el nitrógeno N2 (78,1%) y el oxígeno O2 (20,9%), los que en conjunto alcanzan un 99% en volumen de aire seco.
Como componentes secundarios se encuentran presentes el argón Ar, el dióxido de carbono CO2, el neón Ne, el helio He, el kriptón Kr, el hidrógeno H2, el metano CH4 y el xenón Xe. A nivel de trazas (cantidades muy pequeñas) y dependiendo de la ubicación geográfica, se encuentran presentes compuestos como monóxido de nitrógeno NO, ozono O3, dióxido de azufre SO2, dióxido de nitrógeno NO2, amoníaco NH3 y monóxido de carbono CO.
Las proporciones de estos gases se pueden considerar más o menos constantes hasta una altura aproximada de 25 Km, aunque la concentración de cada uno disminuye con la altura, excepto en los casos de componentes minoritarios como el ozono O3 y los compuestos de nitrógeno, cloro y azufre.
Además, existen dos componentes que siempre se encuentran presentes en el aire en cantidades variables: el agua, en sus tres estados (sólido, líquido y gas) y el polvo atmosférico (humo, sal, arena fina, cenizas, esporas, polen, microorganismos, etc). La concentración de vapor de agua puede variar desde 0% en zonas desérticas hasta un 5 a 6% en zonas tropicales.

Origen de la atmósfera

La atmósfera tal como la conocemos hoy, se originó hace unos 1000 millones de años. En su forma primitiva debió estar compuesta por una parte de las emanaciones volcánicas. Dichas emanaciones son producto de la erupción del magma o material constituyente del interior de la Tierra. Los componentes gaseosos de estas emanaciones vapor de agua H2O, dióxido de carbono CO2, sulfuro de hidrógeno H2S, cloruro de hidrógeno HCl y nitrógeno, son los que formaron la atmósfera en su inicio.
De la atmósfera primitiva a la actual hay un largo camino matizado por muy variados procesos. Uno de ellos fue la condensación. Al enfriarse la atmósfera, la mayor parte del vapor de agua de origen volcánico se condensó, dando lugar a los antiguos océanos. También se produjeron diversas reacciones químicas. Así, parte del CO2 debió reaccionar con las rocas de la corteza terrestre para formar carbonatos, algunos de los cuales se disolverían en los nuevos océanos. Más tarde, cuando la vida primitiva evolucionó en los océanos y desarrolló la capacidad de realizar fotosíntesis, los organismos fotosintéticos comenzaron a consumir CO2 y a producir oxígeno. Se cree que casi todo el O2, que en la actualidad se encuentra libre en el aire, procede de la combinación fotosintética de CO2 y agua.

Capas atmosféricas

Es difícil indicar el límite preciso de la atmósfera ya que no tiene un límite superior que indique su fin. No obstante, si sabemos que la atmósfera se va haciendo menos densa a medida que aumenta la altitud (altura sobre el nivel del mar).
De acuerdo a la variación de la temperatura, según la altitud, podemos distinguir cinco capas:

• Troposfera: Es la capa inferior de la atmósfera, la más próxima a la superficie de la Tierra y contiene el 90% de los gases atmosféricos. En ella la temperatura disminuye con la altitud y en general, la temperatura disminuye en 5,5ºC por cada 100 m de altura sobre el nivel del mar. En esta región se desarrollan corrientes verticales de aire que dan origen a las nubes y a los fenómenos metereológicos (lluvia, viento, etc), también ocurren en ella la mayor parte de los fenómenos biológicos (dispersión de semillas y de polen, vuelos de pájaros e insectos, etc). Su espesor varía con la latitud, siendo su máximo en el Ecuador y su mínimo en los Polos.
• Estratosfera: Se encuentra sobre la troposfera. Aquí se ubica la capa de ozono que absorbe la mayor cantidad de calor liberado por la Tierra. Actúa también como un filtro protector para todos los seres vivos que habitan en la superficie terrestre. Debido a estos fenómenos, la temperatura en la estratosfera es mayor que la troposfera. Se utiliza para el tránsito aéreo.
• Mesosfera: Se ubica sobre la estratosfera. La temperatura disminuye drásticamente con la altura. Es una capa de aire poco denso y frío, en la que predominan gases ligeros.
• Termosfera o ionosfera: Se ubica sobre la estratosfera. A partir de los 80 Km de altura aumenta gradualmente la temperatura hasta alcanzar valores de cientos de grados (1200º C). Las radiaciones solares y la lluvia de electrones procedentes del sol, ionizan los gases atmosféricos, es decir, hacen que sus átomos o moléculas queden cargados eléctricamente.
• Exosfera: Es la región atmosférica más distante de la superficie de la Tierra, su límite superior alcanza alrededor de 900 Km de altitud. Es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario.

Sabemos que la atmósfera es una mezcla de gases, los cuales poseen densidad, masa, volumen y punto de condensación. Por lo tanto, deberá seguir el patrón de comportamiento de los demás gases.

• Los gases atmosféricos ocupan espacio: Al mirar el cielo o a nuestro alrededor y aunque no veamos las moléculas gaseosas, están allí, ocupando un espacio. No lo notamos pues tienen la capacidad de desplazarse de un lugar a otro ocupando todos los rincones y sectores que parecen vacíos.
• La atmósfera se expande y se contrae: Los gases ocupan todo el espacio disponible de una manera uniforme; no tienen volumen por el aumento del movimiento molecular, provocando que el gas se expanda. En cambio, si el gas pierde calor, se contrae. Este comportamiento de los gases del aire hace posible el viento.
• El aire es una mezcla de gases: Los componentes gaseosos del aire están mezclados, y por lo tanto no se encuentran químicamente combinados. La composición del aire atmosférico, por ser una mezcla, varía de acuerdo a la latitud y la altitud.
• Densidad del aire: El valor de la densidad calculada para el aire seco y frío es de 0,001283 g/cm3 es decir, hay 0,001283 gramos de aire en 1 cm3 de volumen, a temperatura ambiente. Se trata de un valor extremadamente pequeño si lo comparamos con la densidad del agua (1 g/cm3).
• La atmósfera ejerce presión: El peso de los gases que componen la atmósfera ejerce una presión sobre los cuerpos inmersos en ella. Esta se denomina presión atmosférica.
  Las primeras precisiones sobre la presión del aire las expuso el alemán, Otto Von Guericke, quien demostró la existencia de la presión atmosférica. En 1643, el italiano evangelista Torricelli realizó un experimento que permitió conocer, por primera vez, el valor de la presión atmosférica. Torricelli demostró, que la presión del aire soporta una columna de mercurio cuya longitud es 760 milímetros. Entonces en promedio y a nivel del mar, la presión atmosférica es de 760 milímetros de mercurio (760 mmHg). Este valor se denomina presión atmosférica normal, que también se llama, 1 atmósfera (1 atm).
  La presión atmosférica puede variar según la altitud y las condiciones del tiempo. Este es el fundamento del barómetro, instrumento utilizado para medir la presión del aire. Como cualquier gas que se disuelve en agua, el aire disuelto en los mares o lagos, también ejerce presión. La presión del aire se incrementa en la medida que aumenta la profundidad.
• La atmósfera tiene humedad: Por la evaporación del agua de los océanos, lagos y ríos, el aire tiene cantidades variables de agua en forma de vapor. Esta humedad puede presentar grandes variaciones durante el día y entre un lugar y otro; las masas de aire caliente tienen mayor capacidad de retener una cantidad de vapor de agua que las masas de aire frío. En la troposfera, el aire puede aumentar su humedad sin precipitarse, pero solamente hasta un límite máximo llamado punto de saturación.

Las propiedades químicas de los gases atmosféricos de los gases atmosféricos nos informan sobre el tipo de reacciones que estos pueden experimentar.

• Oxígeno: La mayor parte del oxígeno contenido en la atmósfera es producido por los bosques y el plancton, a través de la fotosíntesis. Este gas está constituido por moléculas diatómicas, conformadas por dos átomos de oxígeno (O2). El oxígeno es bastante inactivo a temperatura ambiente, pero a temperaturas elevadas, sus moléculas se combinan fácilmente con otras sustancias. Por ejemplo, la combustión es una reacción atribuible a la presencia de oxígeno. En consecuencia, el oxígeno es considerado como un gas comburente.
• Hidrógeno: El hidrógeno, por su parte, es un gas de la atmósfera terrestre que, en las capas inferiores, constituye un porcentaje muy pequeño (0,001%), en cambio, en el sol corresponde a la mitad de la masa solar. El hidrógeno es un elemento gaseoso, inodoro, incoloro e insípido, cuyas moléculas están formadas por dos átomos de hidrógeno (H2).
  El hidrógeno es relativamente inerte a temperatura ambiente, pero con una pequeña ignición, en presencia de oxígeno, reacciona violentamente. Por esta cualidad, podemos afirmar que el hidrógeno es combustible. La reacción entre el hidrógeno y oxígeno libera grandes cantidades de energía en forma de luz y calor, dando como producto vapor de agua.
• Dióxido de carbono: Es un compuesto generado de dos formas: por la respiración de los seres vivos y como resultado de la combustión. Este gas es incoloro, inodoro y poco reactivo. Está formado por carbono y oxígeno (CO2). El CO2 puro extingue una llama impidiendo la combustión.
  El CO2 se disuelve en agua, reacciona con ella y produce pequeñas cantidades de ácido carbónico (H2CO3), el cual hace variar el pH de las disoluciones. Por esta razón se le considera un óxido ácido. El CO2 se utiliza en la elaboración de bebidas efervescentes y en fabricación de bicarbonato de sodio (NaHCO3).
• Ozono: Es un gas incoloro de olor penetrante. Su constitución atómica es similar a la del oxígeno (O2) ya que tiene tres átomos de oxígeno (O3). Se produce en forma natural en la estratosfera, a unos 30 Km de la corteza terrestre, por la acción de la radiación ultravioleta (UV) del sol sobre las moléculas de oxígeno.
  La transformación del oxígeno en ozono requiere de la absorción de energía y ocurre según la siguiente ecuación: 3O2 + energía → 2O3
  Debido a su gran poder oxidante, el ozono se utiliza para decolorar aceites y ceras y para esterilizar el agua potable. En estos procesos se oxidan las sustancias extrañas contenidas en esos materiales.
• Nitrógeno: Es el gas más abundante en la atmósfera. Está constituido por moléculas biatómicas (N2). A la temperatura y a la presión atmosférica que se encuentra a nivel del mar, este gas no reacciona con otro elemento.
  La gran estabilidad del nitrógeno dificulta que se formen nuevos compuestos. A temperaturas muy elevadas, reacciona con algunos metales muy reactivos como el litio (Li) y el magnesio (Mg).
  El nitrógeno es muy importante en la formación de proteínas, tanto vegetales como animales. La etapa esencial, es su conversión en amoníaco (NH3) o ácido nítrico (HNO3). Un proceso natural importante es la fijación del nitrógeno implica la acción de ciertas bacterias que se encuentran en las raíces de las leguminosos, como lo porotos, lentejas, el trébol y la alfalfa. Estas bacterias contienen enzimas que aceleran la transformación del nitrógeno en amoníaco (NH3), desde donde pueden comenzar a ser utilizado por las plantas y animales en la síntesis de las distintas proteínas elementales.

Bajo condiciones naturales, el aire puede contaminarse debido a fenómenos naturales, como erupciones volcanicas, corrientes de vientos e incendios forestales.

• Las erupciones volcánicas:

Las erupciones volcánicas constituyen una de las principales causas naturales de contaminación del aire. Los materiales que son expelidos a la atmósfera durante la erupción, pueden ser gaseosos, líquidos y/o sólidos.

Entre los productos gaseosos arrojados, los más importantes son el hidrógeno, el CO2, el metano (CH4) y diversos gases que contienen azufre, cloro y flúor.

También son lanzados grandes cantidades de vapor de agua que, al condensarse, originan precipitaciones que se mezclan con los demás gases y se distribuyen sobre el suelo. Esta agua de lluvia, altamente contaminada, arrasa con toda la vegetación existente y deja estériles los suelo.

Los materiales líquidos, que alcanzan temperaturas hasta de 1500º C, corresponden a productos sólidos en estado de fusión y reciben el nombre de lava. La lava desciende por laderas y valles formando verdaderos ríos que se solidifican en su recorrido. Entre los materiales sólidos expulsados durante la erupción, detacan las grandes cantidades de ceniza que se esparcen por el aire y que cubren importantes extensiones de suelo, con lo cual dañan seriamente los cultivos y la vegetación en general.

• Incendios forestales:

Los incendios que se producen en forma natural son otra causa de contaminación del aire, especialmente por las altas concentraciones de monóxido y dióxido de carbono (CO y CO2), humo, polvo y ceniza.

• Las corrientes de viento:

Diseminan en el aire diversos tipos de materiales. Las tormentas, por ejem`plo, movilizan grandes cantidades de polvo que se mantiene suspendido en el aire. Con la llegada de la primavera, la atmósfera se convierte en un medio de transporte de polen, semillas y esporas que, en algunas ocasiones, producen afecciones alérgicas.

Cuando en un lugar y tiempo determinado la composición química del aire cambia debido a la presencia de sustancias extrañas, decimos que el aire está contaminado. Las emisiones de gases contaminantes se relacionan con la actividad industrial, los vehículos motorizados y la vida de los hogares. Como el hombre participa activamente de estos procesos, tales actividades se llaman fuentes de contaminación antrópicas (antro = hombre).
La gran mayoría de los contaminantes antropogénicos son subproductos de los procesos de combustión. La quema de la madera, el carbón, el gas metano y otros combustibles son procesos que liberan gases y partículas sólidas que contaminan la atmósfera.
Los principales contaminantes gaseosos del aire son: óxidos de carbono (COx), óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx) e hidrocarburos parcialmente quemados (RH) y el ozono (O3).

• Óxidos de carbono: Corresponden al dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO) compuestos originados en la combustión de los combustibles que contienen carbono.
  · El CO2 se libera de combustiones completas
  · El CO se forma cuando el combustible se quema en escasa cantidad de oxígeno. Este gas es incoloro, inodoro e insípido, por lo que suele pasar inadvertido; aun así, resulta mortal si se encuentra en concentraciones elevadas.
• Óxidos de azufre: Se producen al quemar azufre o combustibles que lo contienen, como el carbón y el petróleo. El más importante de éstos es el dióxido de azufre (SO2), que luego se oxida en la atmósfera, formando trióxido de azufre (SO3).
  Los SOx son irritantes que afectan es sistema respiratorio del hombre. También provocan daños en la calidad y rendimiento de las cosechas y participan directamente en la formación de la lluvia ácida.
• Óxidos de nitrógeno: Se forman a partir de los procesos de combustión que ocurren en presencia de aire, especialmente en los motores de los medios de transporte. Debido al calor producido por la fuente de combustión (bencina), el nitrógeno atmosférico reacciona con el oxígeno, formando varios compuestos diferentes. Entre ellos están el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2), un gas de olor agradable y que irrita fuertemente el sistema respiratorio.
• Hidrocarburos: Son compuestos formados por carbono e hidrógeno que por lo general se liberan de la volatilización de combustibles como la gasolina. Su peligrosidad radica en que son capaces de reaccionar en la atmósfera, generando otras sustancias aun más nocivas. Investigaciones confirman que algunos RH son cancerígenos, es decir, pueden provocar cáncer.

El nivel de contaminación atmosférica está en directa relación con la cantidad de contaminantes emitidos al aire y también depende de las condiciones atmosféricas.
El viento dispersa los contaminantes; incluso la radiación solar y la humedad atmosférica promueven que estos reaccionen, agudizando sus efectos nocivos.

En la atmósfera urbana existe también material particulado formado por diferentes contaminantes sólidos en suspensión. El material particulado se forma a partir de la ruptura de fragmentos mayores de materia o por aglomeración de pequeñas porciones. Su composición comprende partículas sólidas (polvo y cenizas) y gotitas (vapores y nieblas) con tamaños variables, entre 0,01 y 100 micrómetros (1μm = 10-6 m). Muchas de las partículas pequeñas (sobre 0,1 μm y hasta unos 3 μm) alcanzan los alvéolos pulmonares, ocasionando trastornos respiratorios. Por lo que el material particulado presente en la atmósfera, podemos clasificarlo de la siguiente manera:

• Polvo sedimentable
• Polvo suspendido
• Polvo respirable

Una de las principales fuentes de emisiones de material particulado producidas por el ser humano proviene de los vehículos motorizados; otras son la quema de carbón y de diversas actividades industriales y agrícolas que liberan a la atmósfera metales finamente divididos, polvo, ceniza, residuos de pesticidas y fertilizantes, y otros. Estas éstas fuentes de contaminación se llaman fuentes antrópicas.

Para medir los efectos de los contaminantes, sobre la salud de la población, se han dictado normas de concentración máxima permitida (CMP) en el aire de todos los contaminantes. Estas medidas se han tomado para proteger la salud de las personas. El compromiso asumido consiste en mantener bajos los niveles de gases contaminantes, minimizando los efectos adversos. Esto posibilita que cuando los índices de contaminación sobrepasan la norma, entran a regir ciertas disposiciones de emergencia, cuyas prescripciones deben ser informadas a la ciudadanía. En consecuencia, se han determinado valores de concentración máxima permisible para proteger la salud humana. Esto se ha traducido en establecer restricciones de fuentes contaminantes móviles y fijas, cuando las estaciones de monitoreo de calidad de aire entregan resultados según la siguiente tabla:

mg/m3: es una unidad de concentración que indica microgramos por cada metro cúbico. 1g : 1.000.000 mg

• Los tiempos de medición corresponden a períodos de 8 horas para CO, 24 horas para SO2 y partículas respirables, y 1 hora para NO2.
• Los índices de calidad de aire y es sistema de predicción biomédica son las señales que las autoridades informan para que la ciudadanía colabore con las medidas de protección que cada rango establece. Todos participamos para tener un aire respirable.

Los gases contaminantes que llegan al aire debido a la actividad industrial, los vehículos motorizados, los sistemas de calefacción y muchas otras fuentes de contaminación, producen una mezcla gaseosa y de material particulado que, en sucesivas transformaciones, originan graves problemas ambientales como el smog industrial y fotoquímico, la lluvia ácida, la destrucción de la capa de ozono y el efecto invernadero.

1. Smog industrial: Las industrias que se sirven de la combustión del carbón como azufre (SO2), ceniza, hollín y compuestos orgánicos volátiles, que cubre el cielo de una densa nube gris que disminuye la visibilidad y afecta la salud.
   Debido a las capas de inversión térmica que se producen en la atmósfera, en los días fríos y húmedos el smog industrial se torna más dañino para la salud.

Inversión térmica: La formación del smog, tanto industrial como fotoquímico, se ve favorecida por ciertas condiciones geográficas y meteorológicas. Por ejemplo, la ubicación topográfica y geográfica del valle donde se ubica Santiago. Los meteorólogos explican que normalmente en la troposfera la temperatura debiera disminuir a medida que aumenta la altura; así, el aire caliente, cercano a la superficie terrestre, se eleva y se mezcla con las capas superiores de aire frío. De esta forma el aire se renueva y los contaminantes se dispersan hacia arriba ayudados por las corrientes de aire verticales (figura: situación normal). Sin embargo, durante el invierno a veces ocurre una inversión de este patrón normal de temperatura: después de una disminución inicial, la temperatura del aire comienza a aumentar y una inusual capa de aire caliente se establece sobre la capa de aire frío, sin que esta pueda elevarse (figura: inversión térmica). En consecuencia, los contaminantes quedan atrapados bajo la capa de aire caliente hasta que las condiciones atmosféricas cambien. El efecto de la inversión térmica es aun más grave en ciudades rodeadas por montañas, ya que los contaminantes acumulados comienzan a sufrir reacciones fotoquímicas, formando el dañino smog fotoquímico.

2. Smog fotoquímico: El alto nivel de congestión vehicular es una de las principales causas de la formación del smog fotoquímico (del griego photo, que significa luz). Se percibe como una niebla que empapa el aire de un color amarillento y se forma cuando los óxidos de nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos (RH) liberados por los automóviles experimentan una serie de reacciones activadas por la luz ultravioleta (UV) que provienen del sol.
El dióxido de nitrógeno (NO2) absorbe la radiación UV, sufriendo una compleja secuencia de transformaciones que forma productos tóxicos; uno de ellos es el ozono (O3) que, a nivel troposférico, constituye un serio contaminante del naire; este gas es un poderoso irritante de las vías respiratorias, razón por la cual los que padecen asma o enfermedades cardiovasculares son muy susceptibles a él.

3. Lluvia ácida: Debido a que el agua de lluvia disuelve el CO2 atmosférico, las precipitaciones son normalmente ácidas, ya que tiene un pH aproximado de 5,6. Sin embargo, el grado de acidez de la lluvia de la lluvia se elevado considerablemente en los últimos años.
La lluvia ácida se debe principalmente al incremento de olas emisiones de óxidos de azufre que, en el aire, se convierten en pequeñas gotitas de ácido sulfúrico (H2SO4), según las siguientes ecuaciones:

2SO2 + O2 → 2SO3

SO3 + H2O → H2SO4

El trióxido de azufre una vez formado (SO3), una vez formado reacciona con el vapor de agua para formar H2SO4. Este ácido se concentra en la base de las nubes, aumentando el grado de acidez de las precipitaciones.
La lluvia ácida constituye un fenómeno sin límites geográficos más que ningún otro problema ambiental; los compuestos gaseosos emitidos son transportados por los cursos de los vientos y pueden generar lluvia ácida a miles de kilómetros de sus fuentes de origen, aun en otro país.
La precipitaciones ácidas 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.

4. Destrucción de la capa de ozono: Hoy se ha demostrado que una clase de compuestos sintéticos, denominados clorofluorocarbonos (CFCs), son los responsables de este problema. Los CFCs, como el CF2Cl2 y CFCl3, llamados comercialmente freones, son ampliamente utilizados en los aerosoles y en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado.
Cuando los CFCs alcanzan la estratosfera, forman radicales cloro (Cl*) por la acción de la radiación UV, de acuerdo a la ecuación:

UV
CF2Cl2 → CF2Cl + Cl*

El radical cloro reacciona con el ozono (O3), produciendo el radical monóxido de cloro (ClO*) y oxígeno (O2); a su vez, el radical ClO* se combina con átomos de O2, formando nuevamente radicales cloro, los cuales pueden reiniciar la serie de reacciones, según las siguientes ecuaciones:

UV
Cl* + O3 → ClO* + O2

ClO* + O → Cl* + O2

O3 + O → 2O2 Reacción neta

Hoy este ciclo químico se ha identificado como el causante de cerca del 80% de la pérdida de ozono en la estratosfera.

5. Efecto invernadero: En los últimos años hay una creciente preocupación por el llamado calentamiento global del planeta.
La luz solar viaja a través de la atmósfera y va interactuando con moléculas gaseosas y material particulado, lo que previene que gran parte de esta radiación alcance la corteza terrestre. Así, del total de radiación solar, solo cerca del 50% es efectivamente absorbido por la superficie de la Tierra, y luego es reirradiado hacia el espacio, principalmente en forma de radiación infrarroja (IR). Por su parte, una amplia proporción de la radiación IR proveniente de la superficie es reabsorbida por los gases atmosféricos y luego reirradiada hacia la Tierra, antes de que pueda escapar hacia el espacio. Estos gases, que actúan tal como un panel de vidrio de un invernadero, se denominan gases invernaderos e incluyen el CO2, el vapor de agua, el metano (CH4), el óxido nitroso (N2O), el ozono y los CFCs.

El efecto del proceso de absorción y reirradiación de la energía IR hace aumentar la temperatura de la superficie terrestre, lo cual conduce a la desertificación, al deshielo de los casquetes polares, al aumento del nivel del agua de ríos y océanos y al desequilibrio climático.

¿Sabías Qué?

Los vehículos motorizados han llegado a ser parte indispensable de la vida de hoy; sin embargo, son los causantes de casi el 50% de la contaminación atmosférica, siendo la principal fuente de emisiones de monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos (RH). Para disminuir los índices de contaminación atmosférica, se han ido incorporando nuevos adelantos técnicos como el convertidor catalítico, que es un dispositivo que utiliza un catalizador de platino, paladio o radio para convertir las emisiones procedentes de la quema de la gasolina (CO, NOx, RH), en productos menos reactivos (CO2, N2, H2O).

El potencial agotamiento de las fuentes convencionales de energía, como el petróleo, lleva al hombre a buscar fuentes de energías alternativas, como la energía solar, la energía geotérmica (de la tierra) y la energía eólica (del viento). Los recursos de las fuentes de energías alternativas son renovables, es decir, inagotables; además no producen contaminación ambiental, por lo que se denominan energías limpias.
El aprovechamiento de las energías alternativas, auque todavía presenta inconvenientes técnicos y costos elevados para un uso masivo, ha dado buenos resultados en algunos países, permitiendo un significativo ahorro del consumo de petróleo.

¿Cómo se produce el viento?

El viento se produce cuando hay una diferencia de temperatura entre el aire de una región y el de otra. Debido a su menor densidad, la masa de aire más caliente se eleva, dejando un espacio que es ocupado por la masa de aire frío. El viento es el resultado del desplazamiento del aire frío. El nivel de movimiento de las masas de aire es diferente; así, hay vientos suaves y otros violentos como los huracanes, cuya velocidad puede superar los 200 Km/h. La velocidad de los vientos está determinada por la cantidad de energía cinética de la masa de aire; cuanto mayor es la velocidad, mayor es la energía cinética que tiene el viento. A esta energía se le llama energía eólica.
Actualmente, las aplicaciones de la energía eólica se centran en la obtención de electricidad, la cual se genera en las centrales eólicas a partir del movimiento del viento. Estas instalaciones suelen ser amplias y cuentan con un tipo especial de molinos: las turbinas eólicas, aspas finas de rotación muy rápida. En paralelo el eje de las aspas, un mecanismo acciona un generador eléctrico que transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Con una turbina eólica de 4,5 m de diámetro se puede conseguir almacenar unos 5000 kW/h de energía eléctrica; cantidad equivalente a lo que consume un televisor en color encendido las 24 horas del día durante 3 años.
Los investigadores en el tema aseguran que en Chile las centrales eólicas pueden ser viables en aquellas zonas que tengan regímenes de viento apropiados, donde se puedan aprovechar las cumbres elevadas, las áreas cordilleranas abiertas y los efectos de relieve. Es el caso, por ejemplo, del sector costero de la IV Región, las estaciones antárticas y las pampas patagónicas.

Cuando buscamos soluciones o medidas necesarias para conservar el aire en un grado de calidad aceptable, solemos pensar en normas y leyes que regulen la emisión de gases contaminantes, dictadas por los gobiernos y acatadas por las industrias y por el transporte.

Sin embargo, auque en el proceso de descontaminación las normarivas son imprescindibles, se reuiere la cooperación del ciudadano común.

Por lo tanto es necesario considerar algunas acciones de orden cotidiano que contribueyn a la conservación del aire:

• Evitar el uso de aerosoles que contengan gases propulsores clorofluorocarbonados (CFC).
• No usar calefactores a leña durante los días de invierno, en que prevalece una alta humedad ambiental o un alto índice de contaminación.
• No quemar basura ni hojas.
• Promover la pavimentación de calles y caminos de tierra.
• Mantener el automóvil en buenas condiciones, controlando regularmente la emisión de gases por los escapes.
• Utilizar combustibles de buena calidad.
• Barrer sin levantar polvo; para ello, rociar con agua las superficies antes de limpiarlas.
• Al salir de paseo, ubicar las fogatas y braseros en lugares de máxima seguridad. Antes de retirarse, asegurarse que se hayan extinguido totalmente y así evitar posibles incendios.
• Apoyar las acciones fiscalizadoras que regulan el funcionamiento de las industrias y los vehículos de locomoción colectiva para que la emisión de gases no exceda los límites permisibles. Para ello, es necesario la instalación de filtros en chimeneas y uso de convertidores catalíticos en los vehículos motorizados.
• Denunciar a los contaminadores. La mayoría de las municipalidades cuenta con un Departamento de Higiene Ambiental donde se reciben las denuncias de la ciudadanía.
• Apoyar, en tu localidad, las mmedidas para la instalción de ciclovías, que incentivan y hacen segura la virculación de la bicicleta.
• Apoyar campañas de arborización en los sectores desprovistos de cubierta de vegetales. Recuerda que una de las finalidades de la fotosíntesis, el proceso vital de las plantas, es mantener la cantidad de oxígeno en el aire; es, por lo tanto, un medio excelente para combatir la contaminación.

Sin duda, éstas y otras medidas, contribuyen a que tomes conciencia sobre la relación que existe entre tu vida cotidiana y la necesidad de practicar acciones responsables para cooperar con el proceso de descontaminación del aire.

Nitrógeno (N2): Es un gas que se presenta como molécula diatómica y es el componente más abundante del aire. Es poco reactivo (reacciona con dificultad con otras sustancias, forma óxidos solo a altas temperaturas), no es tóxico, es incoloro e insípido y diluye a los demás componentes del aire. A Lavoisier le parecía tan inerte que lo llamo "azoe" (azote en francés) que significa sin vida. Sin embargo, los compuestos del nitrógeno son componentes vitales de los alimentos, fertilizantes y explosivos. El nitrógeno también forma parte de muchas moléculas biológicas como las proteínas.
Como es un gas bastante inerte se usa en ambientes en que es peligrosa o indeseable la presencia de oxígeno. El nitrógeno tiene la propiedad de licuarse a una temperatura muy baja. En medicina se utiliza el nitrógeno líquido, a una temperatura cercna a -195ºC para congelar muestras biológicas. Sirve para concervar órganos durante períodos prolongados de tiempo con el fin de realizar transplantes. También se utiliza en las técnicas de reproducción asistida, para congelar óvolus, espermatozoides y embriones.

Ciclo de nitrógeno

Powered by Castpost

Oxígeno (O2): Es un componente fundamental del aire y forma el 20,9% de la atmósfera. Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Aunque es relativamente no tóxico, el oxígeno puro puede ser tóxico si se inhala en grandes cantidades. El oxígeno atmosférico proviene de la fotosíntesis de las plantas verdes y del plancton marino y es necesario para la respiración de las plantas y animales. El oxígeno es el elemento más abundante en la corteza terrestre, mientras que en el Sol es el tercer elemento más abundante. La atmósfera de Marte contiene un 0,15% de oxígeno.

El oxígeno juega un papel fundamental en las reacciones de combustión. Una reacción de combustión es aquella en que elementos o compuestos (combustibles) reaccionan con oxígeno (comburente) formando los correspondientes óxidos (ExOy) con liberación de calor y luz. la respiración no es más que una combustión lenta, mientras que otra reacción de combustión importante en los animales es la que se produce con el azúcar pa la obtención de energía.

C6H12O6(ac) + 6O2(g) ====== 6CO2(g) + 6H2O(l) + Energía

El oxígeno es un gas muy reactivo y se conocen óxidos de la mayoría de los elementos. Forma parte de una gran variedad de compuestos fundamentales como el H2O y los silicatos (compuestos que contienen silicio, oxígeno y otros elementos) que constituyen las rocas de la Tierra.

Gases nobles: Se caracteriza por su propiedad de no reaccionar con otras sustancias. El argón, el neón, el helio, el kriptón, el xenón y el radón forman el grupo de elementos llamados gases nobles. Su abundancia en la Tierra es baja y son poco reactivos debido a su estructura electrónica. Por esta razón se utiliza el argón para llenar las ampolletas y evitar que el filamento de wolframio se oxide al calentarse.

El dióxido de carbono (CO2): Que junto con los gases nobles constituyen aproximadamente el 1% del aire, es un gas incoloro, inodoro y no tóxico. Cuando una atmósfera contiene uan alta concentración de CO2 puede tener efectos nocivos y provocar asfixia, pero esto ocurre solamente por la falta de oxígeno.

El dióxido de carbono se produce por la combustión en presencia de oxígeno, de cualquier tipo de carbón o de compuestos que contengan carbono.

C(s) + O2(g) ======= CO2(g)

Cuando hay baja concentración de oxígeno O2, se produce una mezcla de monóxido de carbono CO y CO2 (el monóxido de carbono CO es un gas muy tóxico y peligroso, pues sustituye al oxígeno y puede provocar la muerte por asfixia).

Muchos carbonatos desprenden CO2 cuando se descomponen al calentarlos a elevadas temperaturas y todos desprenden CO2 al hecerlos reaccionar con ácidos. El CO2 también se obtiene comomproducto de la fermentación dela zúcar y otros compuestos vegetales en la que se produce, además, etanol o alcohol etílico.

C6H12O6(ac) + fermento ====== 2C2H5OH(ac) + 2CO2(g)

y constituye un producto final en el metabolismo animal:

C6H12O6(ac) + 6O2(g) ======= 6CO2(g) + 6H2O + Energía

Ciclo del carbono

Powered by Castpost


Agua (H2O): Se encuentra formando parte del aire en sus tres estados físicos. Su papel es fundamental en la generación de los diversos fenómenos metereológicos y juega un papel importante en las características del clima. La concentración de agua en el aire presenta notables variaciones, entre el día y la noche, entre las estaciones del año y con la altura y posicición sobre la Tierra.

Las variaciones que puede experimentar el volumen (V) de una muestra de aire, por efecto de los cambios de presión (P) y temperatura (T), siguen el mismo patrón de comportamiento que todos los demás gases. Estos cambios se describen claramente a través de las Leyes de los Gases.

• Ley de Boyle:
  En el siglo XVII, Robert Boyle demostró que el volumen ocupado por una misma masa de gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión que soporta. Es decir, si la presión de un gas aumenta, el volumen del gas disminuye en la misma proporción. Según la siguiente expresión:

P x V = constante
Por lo tanto, para las condiciones iniciales (1) y finales (2) de P y T se cumple que:

P1 x V1 = P2 x V2



Laboratorio de la Ley de Boyle

• Ley de Charles:
  El químico francés Jacques Alexandre Charles estableció que el volumen de una cierta masa de gas a presión constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta expresada en Kelvin. El valor de la constante, en la siguiente expresión, está determinado por la masa y la presión del gas dado.
  La proporcionalidad directa del volumen V con la temperatura T implica que:
  
  V1 / T1 = V2 / T2
  
  

  
  
  

  
  
  El aumento del volumen de los gases con un aumento de la temperatura nos explica la diferencia de la densidad del aire caliente y del frío. Al disminuir la temperatura disminuye el volumen del aire y, por lo tanto, aumenta su densidad. Esta es la razón de que el aire frío se sitúe en las partes inferiores de la atmósfera y el aire caliente en las superiores.

Laboratorio de la Ley de Charles

• Ley de Gay-Lussac:
  El químico francés J. Gay-Lussac logró establecer la relación entre la presión y el volumen de un gas, concluyendo lo siguiente:
  Si el volumen de un gas no cambia mientras calentamos, la presión del gas aumenta en la misma proporción en que se incrementa la temperatura. Esto significa que la presión que ejerce un gas es directamente proporcional a la temperartura, siempre que el volumen sed mantenga constante, de acuerdo a lo siguiente: P / T = constante (cuando el volumen no cambia).
  Por lo tanto, se cumple que:
  
  P1 / T1 = P2 / T2
  
  

  
  
  

  
  
  
  Hasta ahora hemos estudiado el comportamiento de los gases, manteniendo una de las variables constante: Sin embargo, los gases se expanden o contraen en la naturaleza poniendo en juego todas las variables descritas anteriormente. Por lo tanto, la realidad determina la necesidad de encontrar una ley que pueda relacionar la temperatura, la presión y el volumen: esta es la Ley General de los gases.

• Ley General de los gases:
  Establece que para una masa determinada de cualquier gas, se cumple que el producto de la presión por el volumen dividido por el valor de la temperatura es una constante:
  
  P x V / T = constante
  
  Por lo tanto, se cumple que:
  
  P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2