UNIVERSIDAD JUAREZ AUTONOMA DE TABASCODIVISION ACADEMICA MULTIDISCIPLINARIA DE JALPA DE MENDEZINGENIERIA PETROQUIMICA

Qumica Ambiental

MECANISMOS DE REACCIN DE COMPUESTOS ORGNICOS EN LA TROPSFERA.

PROFR. MOISES PETRIS PRIETO

ALUMNO: GABRIEL ALBERTO CASTELLANOS KETCHUM

2 SEMESTRE GRUPO B

CUNDUACN, TABASCO; 23 DE JUNIO DE 2015

LA TROPSFERA

La troposfera o tropsfera es la capa de la atmsfera terrestre que est en contacto con la superficie de la Tierra.Tiene alrededor de 17 km de espesor en el ecuador terrestre y solo 7 km en los polos, y en ella ocurren todos los fenmenos meteorolgicos que influyen en los seres vivos, como los vientos, la lluvia y las nieves. Adems, concentra la mayor parte del oxgeno y del vapor de agua. En particular este ltimo acta como un regulador trmico del planeta; sin l, las diferencias trmicas entre el da y la noche seran tan grandes que no podramos sobrevivir. Es de vital importancia para los seres vivos. La troposfera es la capa ms delgada del conjunto de las capas de la atmsfera.La temperatura en la troposfera desciende a razn de aproximadamente 6,5 C por kilmetro de altura, por encima de los 2000 metros de altura.La troposfera es la capa ms baja de la atmsfera de la Tierra. La troposfera comienza a nivel del suelo y sube a una altura de 7 a 20 kilmetros (4 a 12 millas, 23 000 a 65 000 pies) sobre el nivel del mar. La mayor parte de la masa (cerca de 75-80%) de la atmsfera est en la troposfera. Casi todos los estados del tiempo ocurren en esta capa. El aire es ms caliente en la parte inferior de la troposfera cerca del nivel del suelo. Ms arriba, el aire se enfra. La presin y la densidad del aire tambin son menores en elevadas altitudes. La capa sobre la troposfera se llama la estratosfera.Casi todo el vapor de agua y partculas de polvo de la atmsfera se encuentran en la troposfera. Es esto por lo que la mayora de las nubes tambin se encuentran en esta capa ms baja. La parte inferior de la troposfera, justo sobre la superficie de la tierra, se llama la "capa lmite". En lugares donde la superficie de la Tierra tiene "relieve" (montaas, bosques) los vientos en la capa de lmite estn mezclados. En lugares con superficies lisas (sobre el agua o hielo) los vientos son ms fluidos. Los vientos sobre la capa lmite no son muy afectados por las superficies.La troposfera se calienta desde abajo. La luz del sol calienta la Tierra u ocano, lo que a su vez irradia calor hacia el aire sobre ella. Este aire caliente tiende a elevarse. Esto mantiene "mezclado" el aire de la troposfera. La parte superior de la troposfera es bastante fra. La temperatura all es de aproximadamente -55 C (- 64 F)! A medida que se sube, el aire tambin se hace ms "ligero". Es por esto que los escaladores de montaa a veces necesitan el oxgeno embotellado para poder respirar.El lmite entre la parte superior de la troposfera y la estratosfera (la capa sobre ella) se llama tropopausa. La altura de la tropopausa depende de la latitud, estacin, si es de da o de noche. Cerca del ecuador, la tropopausa tiene cerca de 20 kilmetros (12 millas 65 000 pies) sobre el nivel del mar. En invierno, cerca de los polos, la tropopausa es mucho ms baja. Tiene cerca de 7 kilmetros (4 millas 23 000 pies) de alto. La corriente de aire est debajo de la tropopausa. Este "ro de aire" se desplaza a 400 km/hr (250 mph)!.

Qumica Atmosfrica en la Troposfera TerrestreCuando piensas en qumica, es posible que pienses en mezclar lquidos de diferentes colores en tubos de ensayo, o quizs pienses en una explosin... o en una sbita nube de humo. Sabas que mucha qumica ocurre en la atmsfera? Hay gran cantidad de diferentes qumicos en el aire. Esos qumicos frecuentemente se combinan entre s mediante reacciones qumicas, formando qumicos nuevos y diferentes. A esto se le conoce "qumica atmosfrica".La atmsfera de la Tierra tiene diferentescapas. La capa ms baja se llamatroposfera. Nosotros vivimos en la troposfera. Esta pgina explica todo sobre la qumica atmosfrica en la troposfera.La mayora del gas de nuestra atmsfera esnitrgeno. Aproximadamente 4/5 del aire es nitrgeno. Pero, qu hay con el 1/5 restante? Casi todo esoxgeno, lo que hay en el aire que necesitamos respirar. Pero tambin hay pequeas cantidades de otros qumicos.Has escuchado hablar de losgases de invernadero? Estos son los tipos de gases que atrapan el calor del Sol en nuestra atmsfera. La Tierra sera muy fra si no tuviramos gases de invernadero. Eldixido de carbonoy elmetanoson dos gases de invernadero muy importantes.Algunos de los qumicos del aire provienen de la contaminacin. Cuando en una fbrica quemamos carbn, o cuando consumimos gasolina en nuestros carros, estamos creandoaire contaminado. Tanto el carbn como el petrleo tienen sulfuro. Cuando son quemados se convierten en qumicos conocidos comoxidos de sulfuro. Cuando estos se mezclan con gotas de agua en el aire pueden convertirse encido sulfrico. Estas gotas de cido pueden caer al suelo en forma delluvia cida. Los carros y camiones tambin emiten qumicos llamados xidos de nitrgeno. Los xidos de nitrgeno se combinan con otros qumicos y dan origen alsmog. Estos tambin ayudan a formar elcido ntrico, que es otrocidode la lluvia cida.La naturaleza tambin hace cosas que cambian la qumica de la troposfera. Losvolcanes, rayos e incendios forestales agregan qumicos al aire, o cambian los ya existentes. Laenerga de la luz solarpuede hacer que ocurran reacciones qumicas, cambiando un gas por otro. Algunos qumicos se mueven en ciclos a travs de la atmsfera, seres vivos y ocanos. Elciclo del carbny losciclos del nitrgenoson dosciclosimportantes que cambian la qumica de la atmsfera.Esta tabla (que damos a continuacin) describe algunos de los qumicos en la troposfera, y algunas de las reacciones qumicas que ocurren en el aire:

QumicoFrmulaFuncin en la qumica troposfrica

Dixido de CarbnCO2El dixido de carbn es una especie degas de invernadero. Cuando respiramos inhalamos oxgeno y exhalamos dixido de carbono. Lasplantasy algunos tipos de microbiosusan dixido de carbono durante lafotosntesispara hacer alimentos. La quema de combustiblestambin agrega dixido de carbono a la atmsfera.

Monxido de carbnCOCuando las cosas se queman, generalmente se creadixido de carbono. Algunas veces tambin se crea monxido de carbono. El monxido de carbono es un gas venenoso. Losvolcanesy losmotores de los carros y camionescrean monxido de carbono.

HidrocarburosCxOyLos hidrocarburos son qumicos compuestos portomosde hidrgeno y de carbn. La quema de combustiblesagrega cierta cantidad de hidrocarburos al aire. Los hidrocarburos contribuyen con la formacin delsmog, que es un tipo decontaminacin de aire.

MetanoCH4El metano es un tipo degas de invernadero.

ElNitrgenoN2La mayora de la atmsfera de la Tierra es nitrgeno. Aproximadamente, 4/5 del aire est compuesto de nitrgeno. Elciclo del nitrgenoexplica cmo se mueve el nitrgeno alrededor del medio ambiente. Cuando hay una combustin caliente de un combustible, como ocurre en elmotor de un carro, el nitrgeno se combina con oxgenoy formaxidos nitrosos.

xidos de NitrgenoNO & NO2Los xidos de nitrgeno son un tipo decontaminacin. La quema de combustible, como la gasolina, forma xidos de nitrgeno en el aire. La mayora de los xidos de nitrgeno provienen de loscarros y camiones. Estos ayudan a crear alsmog. Tambin se mezclan con gotas de agua en el aire y dan origen alcido ntrico. El cido ntrico es un cido que forma parte de lalluvia cida.

cido NtricoHNO3El cido ntrico es parte de lalluvia cida. El cido ntrico se forma cuando losxidos de nitrgenose mezclan con gotas de agua en el aire. Los xidos de nitrgeno son una especie decontaminacinque proviene de los motores de carros y camiones.

OxgenoyOzonoO2& O3Aproximadamente 1/5 del gas de la atmsfera es oxgeno. Cuando respiras, tu cuerpo usa el oxgeno para mantenerte con vida. Elozonoes un tipo especial de oxgeno que consta de trestomosen vez de dos.

PAN(Nitrato de Peroxiacitilo)C2H3O5NPAN es un tipo de contaminacin del aire. Elsmogcontiene PAN. El PAN se forma cuando eldixido de nitrgeno, eloxgenoy losComponentes Orgnicos Voltiles, (Volatile Organic Compounds, VOC por sus siglas en Ingls) se unen.

Smog-El smog es una mezcla de humo y niebla. El smog fotoqumico es un tipo de contaminacin del aire. Este contienexidos de nitrgeno,ozono,VOC, yPAN.

Fotodisociacin-Cuando unfotnde luz solar descompone unamolcula.

xidos de sulfuroSO2& SO3El dixido de sulfuro y el trixido de sulfuro son tipos de contaminacin. La humanidad losproducecuando quema carbn y petrleo. Los volcanes tambin pueden emitir xidos de sulfuro. El dixido de sulfuro se combina con gotas de agua existentes en el aire para crear alcido sulfrico. El cido sulfrico est presente en lalluvia cida.

cido sulfricoH2SO4El cido sulfrico se encuentra en lalluvia cida. El cido sulfrico se encuentra en el aire y se forma cuando elgas de dixido de sulfurose mezcla con gotas de agua. El gas de dixido de sulfuro proviene de los volcanes y de la quema de carbn y petrleo que las personas usan comocombustible.

Qu son los compuestos orgnicos?

Compuesto orgnico o molcula orgnica es un compuesto qumico ms conocido como micro molcula o estipula que contiene carbono, formando enlaces carbono-carbono y carbono-hidrgeno. En muchos casos contienen oxgeno, nitrgeno, azufre, fsforo, boro, halgenos y otros elementos menos frecuentes en su estado natural. Estos compuestos se denominan molculas orgnicas. Algunos compuestos del carbono, carburos, los carbonatos y los xidos de carbono, no son molculas orgnicas. La principal caracterstica de estas sustancias es que arden y pueden ser quemadas (son compuestos combustibles). La mayora de los compuestos orgnicos se producen de forma artificial mediante sntesis qumica aunque algunos todava se extraen de fuentes naturales.

Las molculas orgnicas pueden ser de dos tipos:Molculas orgnicas naturales: son las sintetizadas por los seres vivos, y se llaman biomolculas, las cuales son estudiadas por la bioqumica y las derivadas del petrleo como los hidrocarburos.Molculas orgnicas artificiales: son sustancias que no existen en la naturaleza y han sido fabricadas o sintetizadas por el hombre, por ejemplo los plsticos.

Los mecanismos de reaccin de compuestos orgnicos en la tropsfera son los siguientes:

1. Reacciones de alcanos y radicales alquilo.Los alcanos son hidrocarburos, es decir, que tienen solo tomos de carbono e hidrgeno. La frmula general para alcanos alifticos (de cadena lineal) es CnH2n+2,1 y para cicloalcanos es CnH2n.2 Tambin reciben el nombre de hidrocarburos saturados. Carecen de grupos funcionales como el carbonilo (-CO), carboxilo (-COOH), amida (-CON=), etc.Son compuestos de C e H (de ah el nombre de hidrocarburos) de cadena abierta que estn unidos entre s por enlaces sencillos (C-C y C-H). Su frmula emprica es CnH2n+2, siendo n el n de carbonos.Los cuatro primeros tienen un nombre sistemtico que consiste en los prefijos met-, et-, prop-, y but- seguidos del sufijo "-ano". Los dems se nombran mediante los prefijos griegos que indican el nmero de tomos de carbono y la terminacin "-ano".

Radicales alquiloLos radicales alquilo son alcanos que han cedido un hidrgeno en uno de sus carbonos primarios y tienen un electrn para compartir formando enlaces covalentes. Los ms comunes son: Los radicales alquilo sustituyen a un hidrgeno de un hidrocarburo y forman ramificaciones.

2. Reacciones de alquenos.Los alquenos son hidrocarburos insaturados que tienen uno o varios dobles enlaces carbono-carbono en su molcula. Se puede decir que un alqueno es un alcano que ha perdido dos tomos de hidrgeno produciendo como resultado un enlace doble entre dos carbonos. Los alquenos cclicos reciben el nombre de cicloalquenos.Antiguamente se les conoca como olefinas dadas las propiedades que presentaban sus representantes ms simples, principalmente el eteno, para reaccionar con halgenos y producir leos.

3. Reacciones de compuestos intermedios de Criegee.Estos compuestos qumicos intermedios invisibles, son potentes oxidantes de contaminantes tales como el dixido de nitrgeno y el dixido de azufre, generados por combustin, y pueden limpiar la atmsfera de forma natural.Los investigadores hallaron que los birradicales de Criegee reaccionan ms rpidamente de lo que se pensaba, y acelerarn la formacin de sulfatos y nitrados en la atmsfera. Estos compuestos llevarn a la formacin de aerosoles y, finalmente, a la formacin de nubes con el potencial de enfriar el planeta.

4. Reacciones de hidrocarburos aromticos y de compuestos orgnicos oxigenados.Son hidrocarburos derivados del benceno. El benceno se caracteriza por una inusual estabilidad, que le viene dada por la particular disposicin de los dobles enlaces conjugados. Un hidrocarburo aromtico o areno es un compuesto orgnico cclico conjugado que posee una mayor estabilidad debido a la deslocalizacin electrnica en enlaces . Para determinar esta caracterstica se aplica la regla de Hckel (debe tener un total de 4n+2electrones en el anillo) en consideracin de la topologa de superposicin de orbitales de los estados de transicin.2 Para que se d la aromaticidad, deben cumplirse ciertas premisas, por ejemplo que los dobles enlaces resonantes de la molcula estn conjugados y que se den al menos dos formas resonantes equivalentes. La estabilidad excepcional de estos compuestos y la explicacin de la regla de Hckel han sido explicadas cunticamente, mediante el modelo de "partcula en un anillo".Originalmente el trmino estaba restringido a un producto del alquitrn mineral, el benceno, y a sus derivados, pero en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos orgnicos; el resto son los llamados compuestos alifticos. El exponente emblemtico de la familia de los hidrocarburos aromticos es el benceno (C6H6), pero existen otros ejemplos, como la familia de anulenos, hidrocarburos monocclicos totalmente conjugados de frmula general (CH)n.

Compuestos orgnicos oxigenados.Los compuestos oxigenados orgnicos son numerosos puesto que el tomo de oxgeno, dada su estructura, permite una gran variedad de enlaces y posibilidades de combinacin.Segn sean los grupos funcionales en los cuales est presente el oxgeno, los compuestos oxigenados se clasifican en alcoholes (R OH), fenoles (Ar OH), aldehdos (R CHO), cetonas (R CO R'), cidos carboxlicos (R COOH), steres (R COOR') y teres (R O R').Las propiedades de cada uno de estos grupos son totalmente diferentes y en este tema pretendemos dar nicamente una introduccin a algunos de ellos, destacando su nomenclatura, caractersticas y reacciones ms importantes.

5. Reacciones de compuestos orgnicos nitrogenados y halogenados.AMINAS, AMIDAS, NITRILOS ,HIDRACINAS AMINAS Se pueden considerar derivados del amoniaco: NH 3 . Sustitucin de alguno o todos los hidrgenos por: Radical alquilo Radical arilo. Pueden ser: Primarias: una sustitucin Secundarias: dos sustituciones Terciarias: tres sustituciones

A M I D A S Reaccin de una cido y una amina Por reaccin entre: cido que pierde un OH Amina que pierde un hidrgeno. N I T R I L O S Derivados del cido cianhdrico NITRILOS Se consideran derivados del cido cianhdrico o cianuro de hidrgeno. Se sustituye el hidrgeno por: Radical alquilo. Radical arilo. H C N Ar C N; R C N HIDRACINAS Son hidracinas los compuestos orgnicos que derivan de la hidracina: NH 2 -NH 2 En ella se sustituyen uno o ms tomos de hidrgeno por radicales: Arilo Alquilo.

IMPORTANCIA. El Nitrgeno (N) junto a otros elementos, como Carbono, Oxgeno e Hidrgeno participan en la constitucin de las molculas orgnicas fundamentales de la materia viva. Entre los compuestos constituyentes del organismo, el N forma parte de un grupo de compuestos orgnicos de gran jerarqua biolgica a los cuales estn asignadas funciones muy importantes, como lo son las protenas y los nucledos. Este elemento constituye por s solo el 3% del peso corporal por eso es de vital importancia.

Compuestos orgnicos halogenados.Son sustancias qumicas orgnicas que contienen uno varios tomos de un elemento halgeno (generalmente cloro, aunque existen compuestos formados con bromo e Yodo). Pueden ser sustancias simples y voltiles como es el caso del triclorometano (cloroformo), molculas orgnicas complejas como las dioxinas y los furanos, que pueden presentar gran variedad de propiedades fsicas.

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