quimica de la troposfera2

5/13/2018 Quimica de La Troposfera2 - slidepdf.com

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.-troposfera.

F.G. Calvo-Flores. Tema 9 1



las ciudades datan de la antigua Grecia y Roma

En la edad media la combustión del carbón enlos centros urbanos llevó a altas

concentrac ones e part cu a os umo y 2(el carbón es rico en azufre)

La combinación de las palabras humo (smoke) y

torno a los particulados dio lugar al términosmog


Smog Clásico



Fuentes de la contaminación tro osféricaFuentes de la contaminación tro osférica

contaminación

Troposférica

Naturales Antropogénicas

Erosión Incendiosforestales

Actividadvolcánica

Fijas Móviles

Partículasde polvo

CO, CO2, SO2,aerosoles

CO, CO2, SO2,NH3, Ácidos,

aerosoles

Producción eléctrica,Industrias

diversas

Transporte

CO, CO2,NOxHidrocarburos

CO, CO2,NO2Hidrocarburos




Contaminantes primarios Se vierten directamente a la atmósfera

Se producen a partir de los primarios




Óxidos de NitrógenoÓxidos de Nitrógeno Monóxido y dióxido de carbonoMonóxido y dióxido de carbono Hidrocarburos y otros compuestosHidrocarburos y otros compuestos

Otros: NHOtros: NH33, H, H22S, halógenos, metales…S, halógenos, metales… PartículasPartículas




Ozono troposféricoOzono troposférico Oxidantes fotoquímicosOxidantes fotoquímicos

NitratosNitratos AerosolesAerosoles




xidos de nitró eno Nxidos de nitró eno N O NO NOO NO NO NN22OO

gas incoloro, no tóxico que no interviene en procesos fotoquímicosgas incoloro, no tóxico que no interviene en procesos fotoquímicostropos r cos.tropos r cos.

Origen natural y actividades agrícolas (procesos deOrigen natural y actividades agrícolas (procesos de

desnitrificación)desnitrificación)

NO gas incoloro, tóxico, interviene en procesosNO gas incoloro, tóxico, interviene en procesosfoto uímicos tro osféricosfoto uímicos tro osféricos

NONO22 gas pardo rojizo, tóxico que interviene en procesosgas pardo rojizo, tóxico que interviene en procesos

Ambos ori en antro o énico: rocesos de combustiónAmbos ori en antro o énico: rocesos de combustión NN22 + O+ O22 2NO2NO 2NO+ O2NO+ O22 2NO2NO22 (poco significativo a altas temperaturas, la(poco significativo a altas temperaturas, la




Ori en óxidos de nitró enoOri en óxidos de nitró eno

IndustrialComercial

Sector público

Transporte




Com uestos de nitró enoCom uestos de nitró enoFórmula Nombre sistemático Nombre común Estructura

NO monóxido de nitrógeno óxido nítrico

N2O monóxido de dinitrógeno óxido nitroso

NO2 dióxido de nitrógenoperóxido denitrógeno

N2O5 pentaóxido dedinitrógeno

anhídrido nítrico

N2O3 trióxido de dinitrógenoanhídrido nitroso

NO3- - nitratos

NH -amoniaco




Gas incoloro y tóxicoGas incoloro y tóxico

atmosférica del metano (degradaciónatmosférica del metano (degradación

n r in r i

Antro o énicoAntro o énico TransporteTransporte

Plantas de combustión tratamiento dePlantas de combustión tratamiento deresiduosresiduos Industria petroleraIndustria petrolera




Combustión incompleta de compuestosCombustión incompleta de compuestos

con car onocon car ono

2C + O2C + O22 2CO2CO ++ 22 22

V1>>V2V1>>V2

22 y uy uquemarquemar22 ++

Disociación de CODisociación de CO22 a altas temperaturasa altas temperaturas 22




Emisiones de CO en Euro a 2001Emisiones de CO en Euro a 2001

Industria TransporteIndustria Transporte

Tratamiento de resíduos AgriculturaTratamiento de resíduos Agricultura

F.G. Calvo-Flores. Tema 9 16http://webdab.emep.int



Dióxido de carbono (CODióxido de carbono (CO22))

Origen naturalFotosíntesisRespiración seres vivos

Actividad volcánicaFue os

Antropogénico

Quema de biomasa




22,, 33

SOSO22 se emite en mayor cantidad (98se emite en mayor cantidad (98--99%)99%)33 , ,, ,reacciona rápidamente formando ácido sulfúricoreacciona rápidamente formando ácido sulfúrico

50% origen natural50% origen naturalOxidación HOxidación H S de la de radación anaerobiaS de la de radación anaerobia

Emisiones antropogénicasEmisiones antropogénicas Combustion de carburantes conteniendo azufreCombustion de carburantes conteniendo azufre

S + OS + O22 SOSO22 SOSO22 + 1/2O+ 1/2O22 SOSO33




on am nan es org n coson am nan es org n cos

Por su incidencia en el medio ambientelos compuestos orgánicos puedenclasificarse enCompuestos orgánicos volátiles COVs

’,Compuestos orgánicos persistentes COPs

’




Metano: 85% de origen natural,Metano: 85% de origen natural, descomposición anaerobiadescomposición anaerobia

Compuestos orgánicos volátilesCompuestos orgánicos volátiles Evolucionan hacia los llamados oxidantesEvolucionan hacia los llamados oxidantes




ArrozArroz Gas naturalGas natural

CarbónCarbón

EstiercolEstiercol

PetróleoPetróleo

Resíduos sólidosResíduos sólidos

Aguas residualesAguas residuales

FermentaciónFermentación

intestinalintestinal

Quema deQuema deBiomasaBiomasa

CombustiónCombustiónbiocombustiblesbiocombustibles

CombustiblesCombustibles




Compuestos orgánicosCompuestos orgánicos

volátilesvolátiles

En el término Compuestos Orgánicossustancias orgánicas presentes en la

espacios cerrados (indoor pollutants), queten an una resión de va or su erior a0,14 mmHg a 25ºC.

Generalmente tienen un número deátomos de carbono entre 2 y 12.




Com uestos or ánicos volátilesCom uestos or ánicos volátiles La necesidad de vigilar las concentraciones de

fundamentalmente de tres factores:

Su propia toxicidad El papel clave que los más reactivos juegan en

la formación de reacciones fotoquímicas

Su importancia como precursores de,

los hidrocarburos aromáticos y sus productosde oxidación

(indoor) y en espacios abiertos (outdoor).




Com uestos or ánicos volátiles de ori en naturalCom uestos or ánicos volátiles de ori en natural




ersistentes

Tema 11




Los aerosoles se producen natural y artificialmente

,las partículas volcánicas, mientras que los artificialesresultan de la quema de biomasa y combustibles fósiles,entre otras fuentes.

Algunos aerosoles, como el polvo, se emitendirectamente hacia la atmósfera.

La ma oría no se emiten directamente sino ue sefabrican a partir de la transformación química de losprecursores.

Todos los aerosoles troposféricos tienen un tiempo dev a cor o en a a m s era, pues a uv a os e m narápidamente, barriéndolos hacia la superficie.

Debido a que el régimen de precipitaciones varía mucho,de emisión también es muy diferente en distintasregiones, la cantidad de aerosoles en la atmósfera varíamucho entre las diferentes zonas lanetarias.




TransporteTransporte

IndustriaIndustria

Quema deQuema de

CombustiblesCombustibles

NieblasNieblas




Mecanismo de formación de aerosolesMecanismo de formación de aerosoles




o a a essecundarios




Componentes de la niebla fotoquímicaComponentes de la niebla fotoquímica




Contaminantes secundariosContaminantes secundarios

Óxidos de nitrógeno Productos de oxidación de CO

hidrocarburos

Aerosoles




Oxidación de NO fotolisis de NOOxidación de NO fotolisis de NO

Oxidación por oxígeno

NO· + O 2NO · Oxidación por ozono

· · 3 2 2

Fotolisis NO2· 2· + ν · +

Formación de ozonoO + O + M O + M*




Oxidación de CO con OH·Oxidación de CO con OH· O

3+ hν O

2+ O·

· + 2 ·

CO + OH·

CO2 + H· H· + O2 + M HOO· + M CO + OH· + O2 CO2 + HOO·




El radical HOO· genera OEl radical HOO· genera O33

HOO· + NO· NO2· + OH· NO2· + hν NO· + O

*

CO + 2O2 + hν CO2 + O3




e . metanoe . metano

CH4 + OH·

CH3· + H2O CH3· + O2 + M CH3OO· + M · + · · + · CH3O· + O2 HCHO + HOO·

Se regenera el radical OH· HOO· + NO· NO2· + OH·




e . metano

HCHO + HO·

HCO· + H2O HCO· + O2 HOO· + CO

2 2 3




a eroxiacetilnitratos PANsa eroxiacetilnitratos PANs

CH3CHO + OH·

CH3CO· + H2O CH3CO + O2 CH3C(O)OO· CH C O OO· + NO · CH C O OONO

Los radicales peroxiacetilos son

Como la última reacción es reversible,

·NO2




Distribución horaria

Hidrocarburos0.4

p

p

NO2

O3

0.NO2

Pan

Hora del día6.0 16




NONOxx SOSO22,, CO, COCO, CO22, CH, CH44, COVs, COVs,, COP,COP,

partículas…partículas…

AldehídosAldehídos

PansPans

Contaminantes secundariosContaminantes secundarios


M t l í i bl f t í i



Meterorología y niebla fotoquímica

• Los peores incidentes relacionados con lapolución urbana están relacionados con el,

especialmente niebla e inversiones térmicas

asociadas con anticiclones.•enfriamiento de la superficie durante la noche. Estacapa fría queda atrapada bajo el aire templadodurante el d a




tro osféricatro osférica

Efectos de la niebla fotoquímicaEfecto del ozono

Lluvia ácida Efectos de otros contaminantes




El ozono es un contaminante

que afecta a la salud defumadores asmáticos eindividuos sanos cuando laexposición sobrepasa loslímites recomendados

as p antas son

particularmente sensibles alozono: disminuyen la función

concentraciones relativamentebajas, apareciendo marcas

necróticas características




La lluvia ácida ocurre cuando ciertos contaminantesreaccionan en la atmósfera

con agua, oxígeno, y otrasvarios compuestos ácidos.

"Lluvia ácida" es un término

para describir las diversasmaneras en que los ácidoscaen de la atmósfera.

Un término más preciso esdeposición ácida, la cualconsta de dos partes:


http://www.epa.gov/air/espanol/lluvia_acida/

Ll i á idLl i á id



Lluvia ácidaLluvia ácida Óxidos de azufre y nitrógeno

S + O2 SO

22 · 2 2 · 2 4

2 2

O2 + 2NO

2NO2 2NO2(g) + H2O(l) HNO3(aq)+HNO2(aq)

Ácidos orgánicos




Oxidació

n

Disolución

Deposición

seca Deposiciónhúmeda

Deposición seca De osición húmedas

Deposición secade gases

partículas

y aerosoles

de ácidos disueltosnatural


y

Di t ib ió áfi d l ll i



Distribución geográfica de la lluvia

ácida• Los tiempos de residencia en la atmósfera de SO2 y NOx son devarios días

- La lluvia ácida afecta a áreas a miles de Kilómetros del

unto de emisión- La extensión de la lluvia ácida aumenta con el uso de

grandes chimeneas diseñadas para aliviar la polución local

• La lluvia ácida no afecta sólo a las zonas industrializadas- Sudamérica tiene problemas de lluvia ácida debido a la

- La zona norte de Australia (tropical) presentaprecipitaciones con pH bajos debido a la presencia de ácidosorg n cos e or gen na ura .

- Los efectos de este tipo de polución puede mitigarse porneutralización de partículas de polvo alcalino y de amoniaco




• Los valores más bajos de pH aparecen en las zonas

•Aunque la polución de sulfato es peor en la Europa deleste que en la occidental





Efectos de otros contaminantes



Efectos de otros contaminantes

Reducción de la visibilidad por formación de aerosoles de microgotasde compuestos orgánicos

Coloración amarillenta del aire debido a la presencia de NO2

Acumulación de suciedad y ataque oxidante (corrosión) sobre

• El ru o de com uestos del ti o eroxiacetil nitratos son es ecialmente

irritantes a los ojos, aunque aparentemente menos tóxicos para el sistemarespiratorio que otros contaminantes

• Muchos compuestos orgánicos volátiles son tóxicos para el hígado

(cloroformo, tetracloruro de carbono...) e incluso cancerígenos como el

benceno

• Aumentos a la exposición a la niebla fotoquímica suelen ir asociados al


aumento e a mortan a en grupos vu nera es




Control de contaminantes tro osféricosControl de contaminantes tro osféricos



Control de contaminantes tro osféricosControl de contaminantes tro osféricos

Sustitución de roductos de alto im actoSustitución de roductos de alto im actoambiental (tema 11)ambiental (tema 11)

Me ora de los rocesos de combustiónMe ora de los rocesos de combustión Combustibles y tecnologías alternativasCombustibles y tecnologías alternativas Empleo de escapes catálíticosEmpleo de escapes catálíticos

Control de focos fi os de emisión deControl de focos fi os de emisión de contaminantescontaminantes

Métodos de absorción: retención deMétodos de absorción: retención decontaminantes en absorbentes húmedos ocontaminantes en absorbentes húmedos osolucionessoluciones


de tipo superficialde tipo superficial



combustible

centrales térmicas existentes

aire

Combustión con poco exceso de aire

Modificación de quemadores Recirculación de gases de circulación Combustión por etapas


Incremento de las energías renovables



Escapes catalíticos

Mejora sustancial de emisiones portransporte




• Material cerámico•A partir de 80’s acero

•1000 celdillas /cm2




NOx CO,VOC’s

NOx CO, VOC’s

aireN2,CO

2x 2

reducción

2(HC) H2O + CO2

oxidaciónH2O




Emisiones (g/km) de un motor de gasolina 1.8Emisiones (g/km) de un motor de gasolina 1.8

CO Hidrocarburos

NOx

Sin catalizador 5.99 1.67 1.04

Con catalizador 0.61 0.07 0.04

Emisiones (g/km) de un motor diesel inyección directa 1.9Emisiones (g/km) de un motor diesel inyección directa 1.9

CO Hidrocarburos

NOx Partículas

Sin catalizador 1.20 0.38 0.54 0.07

Con catalizador 0.17 0.05 0.42 0.04




% Volúmen

Sin catalizador Catalizado

Dioxido de carbono 14 15

oxígeno 0.7 0

hidrógeno 0.25 0

Monóxido de

carbono 1.0 0.2

hidrocarburos 0.06 0.01

aldehidos 0.004 0.002

. .

Dióxido de azufre 0.005 0.005


ar cu as e p omo mg m -



Introducidos en USA en 1974 Primeros catalizadores con catálisis

térmica 1974

Catálisis en la oxidación 1975 Se introduce en Europa 1985 Legislación europea sobre su uso

1993


Disminución NODisminución NOxx en motoresen motores



eseese




Mide la resistencia ue resenta un combustible

(como la gasolina) a detonar prematuramente

cuando es com rimida dentro del cilindro de unmotor

aditivos


Control de gases: métodos deControl de gases: métodos de



a sorc na sorc n Eliminación de óxidos de azufre de losgases de combustión

Desulfuración con cal o caliza CaO + H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

a 3 + 2 + 2 a 3 2

Ca(HCO3)2 + SO2 + H2O CaSO3.2H2O +2CO CaSO3.2H2O + 1/2O2 CaSO4.2H2O

Desulfuración con sulfito sódico


2 + 2 3 + 2 4

Ejemplos de procesos de absorciónEjemplos de procesos de absorción



adsorciónadsorción gases de combustión (II)

SO2 + 2Na(OH) Na2SO3 + H2O

2 3 2 3

Desulfuración con óxido de magnesio2

MgO + H2O Mg(OH)2 MgCO3 + H2O

M CO + CO + H O

M HCO Mg(HCO3)2 + SO2 + H2O MgSO3 + CO2

MgSO4




Según sus propiedades físicas: densidad, …

Según naturaleza química de la fase

Caudal de gases

efluente gaseoso

Temperatura y presión del gas a tratar ume a

Colectores secos


Filtros



Colectores secos Colectores húmedos


Control de aerosoles: tratamientosControl de aerosoles: tratamientos



Colectores secosSedimentadores por gravedad


Control de aerosolesControl de aerosoles



Colectores húmedos:emp ean un qu o elavado Lavadores de cámara L. ciclónicos


Control de aerosolesControl de aerosoles



De telas o bolsas Precipitadores




.

Proviene de la descomposición natural del uranio, quese encuentra en casi todos los tipos de suelo, incluso en

. Presente en materiales algunos de construcción En eneral el radón se des laza a través del suelo

hasta la atmósfera Se asocia con el desarrollo de cáncer de pulmón scasa presenc a en espac os a er os Una buena ventilación es la mejor defensa contra este

contaminante


Nombre: Radon o



Simbolo: RnNumero atomico: 86

oRn-211 14.6 horas

asa a om ca: . amuPunto fusion -71.0 °C (202.15 °K, -95.8 °F)Punto ebullicion: -61.8 °C (211.35 °K, -79.24

°

Rn-212 24.0 minutos

Numero protones/Electrones: 86Numero de neutrones: 136

Rn-217 0.6 milisegundos

Densidad a 293 K: 9.73 g/cm3

Color: Incoloro

Rn-218 35.0

milisegundos- .

Rn-220 55.61 se undos

Rn-222 3.82 dias


quimica de la troposfera2

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