Química Ambiental Modulo V2

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA 401549 – QUÍMICA AMBIENTAL MARÍA DEL PILAR TRIANA NOVOA Autora STELLA DÌAZ NEIRA Directora Nacional MERY LILIANA LÓPEZ MARTÍNEZ Acreditadora BOGOTÁ Agosto de 2010 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental INDICE DE CONTENIDO Unidad 1. didáctico QUÍMICA COMPONENTE HÍDRICO Contenido delYcurso Química Ambiental Unidad Capítulos y Lecciones Página 1 Capítulo 1. CONTAMINACIÓN Y PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA Lección 1. Estructura molecular y propiedades del agua 16 Lección 2. Fundamentos de termodinámica química 28 Lección 3. Reacciones y equilibrios en presencia del agua 38 Lección 4. Contaminantes químicos del agua 70 Lección 5. Parámetros químicos de la calidad del agua 84 PREGUNTAS Y EJERCICIOS 94 Capítulo 2. TRATAMIENTO QUÍMICODEL AGUA 96 Lección 6. Procesos químicos en el tratamiento del agua 96 Lección 7. Potabilización del agua 108 Lección 8. Composición de las aguas residuales 128 Lección 9. Tratamiento de aguas residuales 131 Lección 10. Reutilización de aguas residuales 139 PREGUNTAS Y EJERCICIOS 145 Capítulo 3. MUESTREO DE AGUAS 147 Lección 11. Tipo de muestras 147 Lección 12. Criterios técnicos para el muestreo 149 Lección 13. Equipos y envases para muestreos 156 Lección 14. Conservación de las muestras 158 Lección 15. Parámetros químicos de análisis 160 PREGUNTAS Y EJERCICIOS 176 17 2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Autoevaluación 180 Respuestas la autoevaluación de la Unidad 1 Contenido didáctico del acurso Química Ambiental Fuentes documentales de la Unidad 1 181 Unidad 2. QUÍMICA Y COMPONENTE SUELO 2 Capítulo 4. CONTAMINACIÓN Y PROPIEDADES QUÍMICAS DEL SUELO Lección 16. Conceptos básicos 186 Lección 17. Propiedades de los suelos 188 Lección 18. Reacciones y equilibrios en el suelo 212 Lección 19. Calidad del suelo y compuestos que lo alteran 220 Lección 20. Análisis de la calidad del suelo 235 PREGUNTAS Y EJERCICIOS 238 Capítulo 5. TRATAMIENTO DEL SUELO 240 Lección 21. Importancia y clasificación de los tratamientos 240 Lección 22. Tratamientos por contención o aislamiento 245 Lección 23. Tratamientos por transferencia o extracción 249 Lección 24. Tratamientos por transformación química 254 Lección 25. Tratamientos por transformación biológica 258 PREGUNTAS Y EJERCICIOS 262 Capítulo 6. MUESTREO DE SUELOS 264 Lección 26. Variabilidad de los suelos 264 Lección 27. Tipo de muestreos 267 Lección 28. Criterios técnicos para el muestreo 270 Lección 29. Equipos y materiales para muestreos 272 Lección 30. Parámetros químicos de análisis 277 187 3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PREGUNTAS Y EJERCICIOS Autoevaluación Contenido didáctico del curso Química Ambiental 289 290 Respuestas a la autoevaluación de la Unidad 2 Fuentes documentales de la Unidad 2 291 Unidad 3. QUÍMICA Y COMPONENTE ATMOSFÉRICO 292 3 Capítulo 7. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LA ATMÓSFERA 297 Lección 31. Principales procesos químicos atmosféricos 298 Lección 32. Características químicas de la estratosfera 303 Lección 33. Características químicas de la troposfera 312 Lección 34. Reacciones del oxígeno atmosférico 323 Lección 35. Reacciones ácido-base 326 PREGUNTAS Y EJERCICIOS 328 Capítulo 8. CONTAMINACIÓN DE LA ATMÓSFERA 330 Lección 36. Tipos y fuentes de contaminantes 330 Lección 37. Consumo del ozono de la estratosfera 334 Lección 38. Óxidos y compuestos orgánicos volátiles 340 Lección 39. El efecto invernadero y el de alteración de la capa de ozono Lección 40. El smog fotoquímico y la lluvia ácida 359 PREGUNTAS Y EJERCICIOS 375 Capítulo 9. MUESTREO ATMOSFÉRICO 377 Lección 41. Tipos de muestreo 378 Lección 42. Definición de tipos de muestreo 380 Lección 43. Técnicas de muestreo 385 Lección 44. Equipos y materiales para muestreos 387 365 4 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 45. Análisis de muestras en el laboratorio 396 PREGUNTAS Y EJERCICIOS Contenido didáctico del curso Química Ambiental Autoevaluación Respuestas a la autoevaluación de la Unidad 3 Fuentes documentales de la Unidad 3 403 5 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental LISTADO DE TABLAS Contenido didáctico del curso Química Ambiental UNIDAD 1 Tabla N° Página Nombre de la tabla 1 Ángulo de enlace de compuestos homólogos del agua 18 2 Principales propiedades del agua 22 3 54 4 Potenciales estándar de electrodo (potenciales de reducción) de algunas semi-reacciones, a 25°C Productos de solubilidad en agua, a 25°C, de algunas sales 5 Materiales radiactivos presentes en sistemas acuosos 77 6 Procesos utilizados en tratamientos de agua según la clase de contaminantes Métodos para el ablandamiento del agua 97 7 8 Tabla N° Recopilación de algunos criterios técnicos para la toma de muestras, según tipo de análisis UNIDAD2 68 121 155 Página Nombre de la tabla 9 Valores de capacidad de intercambio catiónico 204 10 Interrelación de criterios para la selección de tratamientos de suelos Consideraciones generales para interpretar análisis de suelos 244 11 222 UNIDAD 3 Tabla N° Nombre de la tabla Página 12 Compuestos que aportan cloro a la estratosfera 337 13 Compuestos que aportan bromo a la estratosfera 338 14 Norma de calidad del aire en Colombia 382 15 Promedio sugerido de sitios de muestreo según la densidad de población 383 6 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 16 Distancia mínima de separación entre vías vehiculares y muestreadores o caminos de medición Contenido didáctico del curso Química Ambiental 384 17 Sistemas de recolección según tipo de contaminante 388 18 Técnicas para análisis continuo 397 19 Técnicas para análisis discontinuo 401 LISTADO DE FIGURAS UNIDAD 1 Figura N° Nombre de la figura Página 1 Componentes de la ecosfera 12 2 17 3 Pares de electrones enlazantes y no enlazantes de la molécula de agua Representación de una molécula de agua 4 Punto de fusión de compuestos homólogos del agua 19 5 Punto de ebullición de compuestos homólogos del agua 19 6 Estructura ordenada del agua 20 7 Repartición del agua por compartimento ambiental 24 8 Diagrama de fases del agua 30 9 49 11 Variación con el pH de las especies químicas del C en solución acuosa a 25°C Compartimientos ambientales y equilibrios del sistema CO2HCO3-- CO32Rango de condiciones oxidantes en sistemas acuosos 12 Zonas y agentes oxidantes y reductores en sistemas acuosos 59 13 Abundancia de metales traza en la corteza terrestre 76 14 Tipos de membranas para ultrafiltración 105 15 Representación del fenómeno de ósmosis inversa vs. ósmosis 106 10 18 51 57 7 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 16 Representación de las corrientes de permeado y rechazo Estructura de unaAmbiental celda de electrodiálisis 17 Contenido didáctico delbásica curso Química 107 108 18 Procesos de potabilización de aguas crudas 109 19 Determinación del número de muestras requeridas para cuantificar la concentración promedio de un analito UNIDAD 2 154 Figura N° Nombre de la figura Página 189 21 Proporciones relativas (en volumen) de los componentes del suelo Estructura general de las arcillas 22 Perfil general del suelo 196 23 Triángulo de clases texturales 199 24 Tipos de estructura del suelo 200 25 202 27 Representación de mineral de arcilla con carga negativa superficial Representación de sustancias orgánicas con grupos ionizados Representación de la acidez activa y de la intercambiable 28 Proporción promedio de bases en el suelo 207 29 208 30 Representación de la disponibilidad de nutrientes a diferentes valores de pH Esquema de una doble capa difusa 31 Relación entre pH y la saturación de bases 215 32 Diagrama Eh-pH para diferentes especies químicas del Fe 217 33 Procesos resultantes de la degradación química de suelos 224 34 Tratamientos del suelo 243 35 Técnica de deshalogenación de contaminantes del suelo 257 36 Puntas para barreno 274 37 Esquema general del proceso de muestreo de suelos 276 20 26 192 203 206 213 8 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental UNIDAD 3 Figura N° de curso la figura Contenido Nombre didáctico del Química Ambiental Página 38 Capas de la atmósfera 295 39 Ciclo del oxígeno atmosférico 324 40 Clases de contaminantes atmosféricos 331 41 Ciclo del CO2 345 42 Sistemas de recolección para muestreo activo 389 43 Captador de alto volumen 392 44 Esquema general de un muestreador pasivo 396 9 . Master of Science en Ciencia del Suelo y Manejo de Aguas. siguiendo las observaciones hechas por la Evaluadora del curso. con estudios de Maestría en Ingeniería Ambiental quien actualmente es Docente Auxiliar del CEAD de Pasto. Las actualizaciones se hicieron en algunos enlaces a sitios web. El contenido didáctico corresponde a la primera versión del curso. por la Directora del curso. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO El contenido didáctico del curso académico: Química Ambiental (Evaluación y Control de la Contaminación) fue diseñado en el año 2010 por la Química María del Pilar Triana Novoa.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 10 . con estudios de Especialización en Aprendizaje Autónomo y actualmente Docente Ocasional en la sede Mutis de Bogotá. Especialista Mery Liliana López. con actualizaciones hechas en el II sem del 2012. Química Stella Díaz Neira. que favorezcan la preservación de los ecosistemas. tanto los de tipo natural como los derivados de la actividad humana. con el fin de determinar su destino final en el medio ambiente. litosfera (suelo) y atmósfera (aire). Todos interactúan y conforman la ecosfera.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. denominados también compartimentos ambientales o ambientes físicos mayores de la tierra. es decir. La Figura 1 presenta estos tres componentes. los cuales como es tradicional se presentan subdivididos en los tres componentes abióticos de la ecosfera: hidrosfera (agua). En el contexto anterior se han seleccionado los principales conceptos a tratar en este curso. Nuestro medio ambiente está constituido por ecosistemas que son sistemas termodinámicamente abiertos. 11 . y para proponer. mediante un trabajo interdisciplinario. Este curso de química ambiental presta atención especial a la naturaleza química y a la movilidad y transporte de los compuestos químicos contaminantes. De aquí el papel primordial de la química y del químico para comprender los procesos químicos que ocurren en el medio ambiente. cuantificarlos. enlazados a la biosfera que es el componente biótico. formas de manejo apropiado de los ecosistemas que permitan mantener su equilibrio o corregir los daños existentes. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental INTRODUCCIÓN La preocupación por el medio ambiente es una constante en nuestros días y son muchas las voces que se levantan por todo el mundo para llamar la atención sobre los problemas ambientales y la necesidad de encontrar soluciones a las problemáticas de vieja data. con flujo permanente de materia y energía. prever posibles desequilibrios originados por su presencia y establecer procesos de control y seguimiento. a las actuales y que minimicen o prevengan las futuras. caracterizarlos. Capítulo 6. 1997. Para cada uno de los tres compartimentos se hace énfasis en los procesos químicos en los que intervienen diversos compuestos que dan lugar a múltiples reacciones. 1 GARZA-CUEVAS. En: ENKERLIN. Principios de ciencia ambiental. Componentes de la ecosfera1 Este tratamiento por compartimentos ambientales. pero es importante tener en cuenta que en la naturaleza están interrelacionados. Ciencia ambiental y desarrollo sostenible. a fenómenos de interfase y a cambios en estados de equilibrio químico. tiene ante todo fines pedagógicos. La naturaleza y concentración de los compuestos que intervienen permiten determinar si se trata o no de contaminantes y la forma en que pueden alterar la calidad de los compartimentos ambientales. que hay abundante intercambio de materia y energía y que el equilibrio dinámico entre ellos se afecta por la alteración en las propiedades y dinámica químicas de cualquiera de sus componentes. Ernesto et al. p. México: International Thomson Editores.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. que existen interfases de contacto. todo lo cual conlleva a la selección y aplicación de tratamientos específicos que buscan la restauración y el mantenimiento del equilibrio ambiental. 102. Raúl y GONZÁLEZ GONZÁLEZ. LETICIA. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 1. 12 . Por lo anterior es importante conocer qué tipo de contaminantes pueden deteriorarla. adicionalmente. es el hábitat de los organismos presentes en los ecosistemas acuáticos y. tipos de contaminantes del agua. El agua no se encuentra ni se estudia como sustancia químicamente pura. agua doméstica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Cuando su composición o su estado se alteran de manera que ya no puede utilizarse para determinados propósitos. los diferentes procesos biológicos requieren de agua. tratamientos y reutilización del agua. Los seres humanos estamos constituidos por un promedio de 80% de agua. sino en forma de soluciones. la requerimos para múltiples usos. análisis del agua. usos del agua. se habla de deterioro de su calidad por presencia de contaminantes. suspensiones y dispersiones coloidales acuosas presentes en los diferentes compartimentos ambientales. agua industrial. agua residual. agua potable. 13 . Justificación La disponibilidad y la calidad del agua son importantes para garantizar la vida sobre la tierra y la realización de toda clase de actividades humanas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental UNIDAD 1 Nombre de la Unidad QUÍMICA Y COMPONENTE HÍDRICO Palabras clave Propiedades y reacciones del agua. Introducción El agua es una de las sustancias más importantes en la naturaleza. a partir del conocimiento y análisis de los principios que rigen los fenómenos químicos inherentes a la estructura y reactividad química del agua. con las problemáticas propias de las prácticas ambientales. que favorezcan la preservación del medio ambiente. junto con el de los diversos compuestos disueltos en ella. para contribuir a establecer procesos de control y seguimiento. sus reacciones y sus equilibrios. Denominación de capítulo 1 CONTAMINACIÓN Y QUÍMICAS DEL AGUA PROPIEDADES Denominación de Lección 1 Estructura molecular y propiedades del agua Denominación de Lección 2 Fundamentos de termodinámica química Denominación de Lección 3 Reacciones y equilibrios en presencia del agua Denominación de Lección 4 Contaminantes químicos del agua Denominación de Lección 5 Parámetros químicos de la calidad del agua Denominación de capítulo 2 TRATAMIENTO QUÍMICO DEL AGUA Denominación de Lección 6 Procesos químicos en el tratamiento del agua Denominación de Lección 7 Potabilización del agua 14 . Intencionalidades Formativas Contribuir al desarrollo de la capacidad analítica e investigativa del estudiante. Desarrollar en el estudiante la capacidad de relacionar el comportamiento químico del agua.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental cómo es su reactividad y cuáles tratamientos son apropiados para su Contenido didáctico del curso Química Ambiental recuperación y reutilización. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Denominación de Lección 8 Composición de las aguas residuales Denominación de Lección Tratamiento de aguas residuales Contenido didáctico del curso 9Química Ambiental Denominación de Lección 10 Reutilización de aguas residuales Denominación de capítulo 3 MUESTREO DE AGUAS Denominación de Lección 11 Tipo de muestras Denominación de Lección 12 Criterios técnicos para el muestreo Denominación de Lección 13 Equipos y envases para muestreos Denominación de Lección 14 Conservación de las muestras Denominación de Lección 15 Parámetros químicos de análisis 15 . cómo es su reactividad y cuáles tratamientos son apropiados para su recuperación y reutilización. es el hábitat de los organismos presentes en los ecosistemas acuáticos y. significa cualquier desviación a partir de un estado normal. Debido a que la disponibilidad y la calidad del agua son importantes para garantizar la vida sobre la tierra y la realización de toda clase de actividades humanas. Es así como con base en la composición y usos del agua se puede establecer el concepto de contaminación del agua. sino que presenta gran cantidad de especies químicas en forma de soluciones.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Los seres humanos estamos constituidos por un promedio de 80% de agua. la requerimos para múltiples usos. suspensiones y dispersiones coloidales. El agua no se encuentra ni se estudia como sustancia químicamente pura. el agua no se encuentra como sustancia químicamente pura. es importante conocer qué tipo de contaminantes pueden deteriorarla. cuya forma más general desde el punto de vista ambiental. Existen diversas definiciones. suspensiones y dispersiones coloidales acuosas presentes en los diferentes compartimentos ambientales. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental UNIDAD 1 QUÍMICA Y COMPONENTE HÍDRICO El agua es una de las sustancias más importantes en la naturaleza. se habla de deterioro de su calidad por presencia de contaminantes. los diferentes procesos biológicos requieren de agua. adicionalmente. CAPITULO 1: CONTAMINACIÓN Y PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA Introducción La estructura del agua la hace una sustancia singular con un número de propiedades únicas que son indispensables para la vida en la tierra. Sin embargo. Cuando su composición o su estado se alteran de manera que ya no puede utilizarse para determinados propósitos. sino en forma de soluciones. 16 . hidratación. en gran parte. calor latente de vaporización y fusión. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental En este capítulo se abordan los conceptos necesarios para entender la estructura y reactividad del agua y qué tipo de contaminantes pueden afectar su calidad.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. dos de los cuales se utilizan para los enlaces covalentes entre el oxígeno y cada uno de los iones hidrógenos. Figura 2. por la repulsión que se presenta entre los pares de electrones de la capa de valencia del átomo de oxígeno. dipolar.blogspot. En la Figura 2 se observan cuatro pares de electrones. Estructura y comportamiento del agua El agua como compuesto químico está conformado por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. constante dieléctrica.html 17 . calor específico. en donde la organización tridimensional de los átomos que conforman la molécula de agua está determinada. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 1: Estructura molecular y propiedades del agua PALABRAS CLAVE: puentes de hidrógeno. usos el agua.com/2007/11/estructura-qumica-del-agua. Pares de electrones enlazantes y no enlazantes de la molécula de H2O2 2 Tomada y adaptada de: http://racalviz. 1. impurezas del agua.1. El didáctico valor del de enlace de la molécula de H 2O se observa en la Figura 3.5° Elaborada por María del Pilar Triana Novoa 18 . con una diferencia mucho más marcada entre los dos primeros componentes de la serie. a medida que aumenta el período en el que se ubica el átomo central de los compuestos. H2Se y H2Te. Se observa una disminución secuencial. Figura 3. H2S. Una explicación probable de la disminución de los ángulos de enlace de los hidruros está en el aumento del tamaño del átomo central de las moléculas de los compuestos y la disminución de su electronegatividad. Representación de una molécula de agua3 La Tabla 1 permite hacer una comparación entre los ángulos de enlace de la serie H2O.2° H2Se 91.0° H2Te 89.5° H2S 92. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los dos pares de electrones no compartidos y la electronegatividad mayor del oxígeno respecto a la del hidrógeno originan una configuración angular de carácter Contenido delángulo curso Química Ambiental dipolar.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tabla 1. Angulo de enlace de compuestos homólogos del agua 3 COMPUESTO ANGULO DE ENLACE H2O 104. 62 g) tiene un punto de fusión cercano a los -50°C y de ebullición cercano a los -2°C y que a medida que la masa molecular es menor los valores de los puntos disminuyen. Punto de fusión de compuestos homólogos del agua Figura 5. el componente más liviano de la serie. 19 . Sería de esperar que. el H2O (18.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental No obstante la similitud en la geometría molecular de la serie. Punto de ebullición (P = 1 atm) de compuestos homólogos del agua Un análisis de los datos de los puntos de fusión y ebullición de la serie de compuestos muestra que el compuesto de mayor masa molecular el H 2Te (129. lo cual se traduciría en que el H2O fuera un gas en el rango de valores de temperatura y presión ambientales de la tierra. el agua es un compuesto único que no comparte con los otros compuestos las propiedades Contenido didáctico del estas curso Química Ambiental fisicoquímicas. las Figuras 4 y 5 presentan los valores de los puntos de fusión y de ebullición de la serie de compuestos. Entre propiedades. Figura 4.01 g) presentara un punto de fusión por debajo de los -85°C y uno de ebullición menor a los -61°C. El acomodamiento de varias moléculas unidas por puentes de hidrógeno alrededor de cada molécula de agua genera una estructura ordenada.com/2009/10/agua. a manera de una red (Figura 6). la tendencia cambia abruptamente hacia valores significativamente superiores. O – H. En el agua esta interacción es especialmente fuerte y se presenta entre el átomo de hidrógeno que hace parte de un enlace polar. que es la causa.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. ubicados dentro de un rango. en gran extensión. de su comportamiento particular y de sus propiedades fisicoquímicas. que hace del agua la única sustancia Contenido didáctico del curso naturales Química Ambiental que en las condiciones de nuestro planeta se presente en los tres estados de agregación de la materia (sólido. Estructura ordenada del agua4 4 Tomada de: http://fisexpscs.blogspot. en una molécula y un átomo de oxígeno (electronegativo) que hace parte de otra molécula de agua.html 20 . ------ Puente de hidrógeno Figura 6. Este comportamiento del agua tiene explicación al nivel de las atracciones intermoleculares o fuerzas intermoleculares. específicamente las conocidas como puentes de hidrógeno que corresponden a un tipo especial de interacción dipolodipolo. líquido y gas). Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Sin embargo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 1. 21 . Propiedades aguaQuímica Ambiental Contenido didáctico del del curso La estructura descrita anteriormente hace del agua una sustancia singular con un número de propiedades únicas que son indispensables para la vida (Tabla 2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.2. Principales propiedades del agua) en la tierra. Principales propiedades del agua Contenido didáctico del curso Química Ambiental 22 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tabla 2. Impurezas del agua En la práctica.co/cursos/ciencias/2000051/lecciones/cap01/06_03. revise el material que se encuentra en: http://www.virtual. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental ACTIVIDAD # 1: Para complementar la información acerca de la estructura química y las propiedades del H20. 23 .htm 1. sino en forma de soluciones.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.unal. suspensiones y dispersiones coloidales acuosas presentes en los diferentes compartimentos ambientales (Figura 7). el agua no se encuentra ni se estudia como sustancia químicamente pura.3.edu. gov/ 24 .3.1. su capacidad reactiva y su acción como agente erosivo.usgs. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental EL AGUA EN NUESTRO PLANETA Figura 7. Gases: provenientes de tres fuentes principales y que alcanzan un grado determinado de disolución al entrar en contacto con el agua. Entre las especies químicas se destacan las siguientes: 1. así: 5 Información basada en datos publicados por US Geological Survey: http://www. Repartición del agua por compartimento ambiental5 La gran cantidad de especies químicas presentes en las aguas naturales se debe a las siguientes causas principales: la propiedad del agua como solvente extraordinario.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental 1.3. Iones: al igual que los gases tienen origen diverso y forman soluciones acuosas de diferentes concentraciones. A continuación se presentan los iones presentes en mayor concentración de acuerdo con su procedencia: 25 .2. Compuestos inorgánicos de origen específico: provenientes de la meteorización de minerales presentes en la corteza terrestre. esto es. tienen un tamaño comprendido entre 0. están los ácidos húmicos y los fúlvicos que son una fracción muy importante de la materia orgánica de los suelos.3. 26 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. desde el punto de vista de la geología.3. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental 1.3. entre otros compuestos. los ácidos grasos y alcoholes. y las proteínas y los polisacáridos procedentes de seres vivos. comprenden todos los silicatos laminares secundarios. Arenas: estos materiales son el producto de alteración de rocas y corresponden a partículas que. Arcillas: desde el punto de vista mineralógico. con tamaño de partícula < 2µ. En el segundo caso. producto de la descomposición de seres vivos. los cuales forman suspensiones acuosas. 1.063 mm y 2 mm. Entre estos compuestos los más frecuentes son las arcillas y las arenas. causada por ataque químico y arrastre por parte del agua. En el primer caso se encuentran los aminoácidos. el de sustancias de naturaleza coloidal.4. Materia orgánica: corresponde a especies bien en solución o en suspensión o dispersión coloidal. los hidratos de carbono. se utiliza con diferentes finalidades. Otros tipos de usos del agua son: Acuicultura Hidroeléctricas Recreación y estética Navegación Un aspecto de gran relevancia derivado de los diferentes usos que se le dan al agua es la contaminación a la que es sometida. debe cumplir con ciertos estándares. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 1. por ejemplo. Los usos del agua para consumo son de los siguientes tipos generales: Abastecimiento doméstico Industrial Agropecuario Para cada uso los indicadores de calidad son diferentes. las cuales determinan la forma de valorar la contaminación potencial y actual y los respectivos tratamientos deseables. con valores máximos aceptables de concentraciones de ciertas especies químicas presentes. Por otra parte. en la lección 7 se indican los tratamientos a que deberá someterse el agua para uso potable que no cumpla con los requisitos establecidos para ese fin. aspectos relacionados con la termodinámica y la reactividad del agua. Usos del agua ElContenido agua natural condel las propiedades y las características descritas anteriormente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. esto es. por necesarios para entender su comportamiento y tratamiento. y de otros parámetros como pH y conductividad. Es así como. Estos últimos tópicos se estudiarán en el capítulo 2. los cuales se detallan en la lección 5.4. 27 . De ésta resultan las denominadas aguas residuales cuyas características y tratamientos se presentan en la lección 8 y en la 9. denominada también agua potable. respectivamente. y didáctico curso Química Ambiental principalmente la correspondiente a las aguas continentales superficiales (lagos y ríos) y a las subterráneas. el agua para abastecimiento humano. Previamente a la caracterización de los contaminantes químicos del agua se abordarán. Los diferentes sistemas tienden a experimentar un cambio espontáneo e irreversible de un estado inicial de no equilibrio hacia un estado final de equilibrio. Esto es válido para procesos físicos y químicos. La función de estado que establece la condición de equilibrio y espontaneidad es la energía libre de Gibbs o entalpía libre que se denomina con la letra G.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. las cuales se encuentran separadas unas de otras por interfases. de forma particular.1.128. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección Fundamentos de termodinámica química Contenido2:didáctico del curso Química Ambiental PALABRAS CLAVE: energía libre de Gibbs.. A. 2. p. S. Termodinámica química fundamental. 1972. con las transformaciones energéticas y el trabajo realizado durante las reacciones químicas. Esto se aplica a reacciones homogéneas. La termodinámica química es la rama de la química relacionada con las energías de los sistemas químicos y. J. fases. tanto en el sentido o dirección en que las reacciones pueden tener lugar. como en el de los estados de equilibrio químico. Esta magnitud intensiva se puede asignar a cualquier especie química. La termodinámica es la rama de la ciencia que estudia el cambio o transformaciones de la energía de una forma a otra. electrolitos. Equilibrio de los estados físicos El equilibrio entre los estados físicos de una sustancia se denomina equilibrio heterogéneo porque están presentes dos o más regiones homogéneas. potencial químico. Durante el equilibrio se produce un intercambio constante de materia entre las fases. A condiciones de temperatura y presión constantes la variación de la energía libre respecto a la cantidad de materia se denomina potencial químico y se representa con la letra µ. autoprotólisis. soluciones acuosas. diagrama de Los conceptos anteriores permiten establecer fases. Barcelona: Reverté. hecho posible gracias a que las interfases son áreas de contacto y no se 6 WASER. ley del equilibrio químico. 28 . para caracterizar el comportamiento termodinámico de esta especie cuando reacciona con otra especie química. heterogéneas y a cambios de fase6. constante de equilibrio. el cual establece que para dos fases A y B se debe cumplir que: T A = TB En el equilibrio mecánico la presión es constante en todas las partes del sistema y. se habla de un equilibrio heterogéneo dinámico. se puede establecer que: dG T. a la vez. otros tipos de equilibrio: térmico. Los equilibrios entre fases de una sustancia se pueden representar en un plano donde las coordenadas corresponden a valores de presión y temperatura que se determinan experimentalmente para cada sustancia. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental puede dar la presencia de membranas impermeables o semipermeables. El agua por su importancia como constituyente fundamental de todos los organismos vivos y por su papel determinante en los procesos tanto naturales 29 . este equilibrio químico se establece en términos de la energía libre de Gibbs (G). su potencial químico (µ) debe ser igual en todas las partes del sistema. En el equilibrio térmico. así: dG T. las fases se encuentran a la misma temperatura y no hay flujo de calor entre ellas. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Este tipo de equilibrio involucra. y si en el equilibrio d n moles de la especie pasan de la fase A hacia la Fase B. Para una especie química determinada. Debido al flujo constante de materia. se debe cumplir que para las fases A y B: PA = PB En el equilibrio químico. P = 0 Si para dos fases A y B de un sistema corresponden potenciales químicos µA y µB de una especie química. mecánico y químico. Esta representación se denomina diagrama de fases.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. En termodinámica este hecho se conoce como principio cero.µAdn + µBdn = 0 Luego: µA = µB Los tres equilibrios anteriores se aplican y cumplen en cada fase y también entre las fases. la velocidad de intercambio o flujo de materia en una y otra dirección hacia las fases es igual. P = . por tanto. Desde el punto de vista de la termodinámica. cada una correspondiente a una fase única. p. 18. se pueden variar independientemente la presión y la temperatura. AC y AD. D. Las áreas se encuentran limitadas por las líneas AB. F. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental como industriales. Diagrama didáctico deContenido fases del agua). es una de las sustancias más estudiadas y su diagrama de fases se conoce y utiliza desde hace mucho tiempo atrás (ver Figura 8. La regla de las fases. Diagrama de fases del agua7 En el diagrama se observan tres áreas claramente definidas: sólido (hielo). sin que se dé un cambio de fase. 7 Adaptada de: FERGUSON. T. 30 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Dentro de cada una de estas áreas. y JONES. K. 1968.del curso Química Ambiental Figura 8. líquido (agua) y vapor. Madrid: Alhambra. M. así: sobre la línea AC está el punto de ebullición normal del agua. volvemos a una sola fase. que se conoce como punto crítico. es decir. por ejemplo. el sistema agua es monovariante.0098°C y 4. En cada punto de las líneas ocurre el equilibrio de las fases correspondientes.0023°C y 1 atm de presión. Otra información importante que proporciona el diagrama son los cambios o reacciones de fase. Cada línea contiene la representación de fenómenos que son muy familiares. manteniendo la presión constante. a 374°C y 218 atm. La línea se corta en el punto C.58 mm Hg. partimos del punto L. a 0. con una disminución del volumen de la cantidad de agua con la que partimos. Sobre el diagrama aparece. Este punto es inmodificable y es una constante fundamental del agua. calentamos el hielo hasta M.58 mm Hg. líquido y vapor. Sobre la línea AD está el punto de fusión normal del agua. N. En cualquiera de los equilibrios anteriores. con una cierta cantidad de hielo y.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 31 . a 100°C y 760 mm Hg = 1 atm de presión. el punto A conocido como punto triple. en el cual el líquido y el vapor no se pueden distinguir. que a un valor seleccionado de temperatura corresponde un valor único de presión. Si el anterior recorrido se hubiera realizado partiendo de una presión inferior a 4. también. La pendiente negativa de esta línea. sólido. la línea AC representa el equilibrio de la interfase líquido-vapor y la línea AD el de la interfase sólido-líquido. Si. encontramos el equilibrio sólido-líquido y al continuar el calentamiento en dirección de N. líquida. para que se dé el equilibrio respectivo. Contenido didáctico del curso Química Ambiental De igual forma. está de acuerdo con el fenómeno conocido en relación con el aumento de volumen del agua en la solidificación. y viceversa. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental La línea AB representa el equilibrio en la interfase sólido-vapor y en cada uno de los puntos sobre esta línea tiene lugar el equilibrio entre las dos fases. en el cual coexisten en equilibrio las tres fases. a 0. no habría tenido lugar la ocurrencia de la fase líquida y se habría dado directamente el proceso de sublimación del agua. Este fenómeno es de gran utilidad en las industrias farmacéutica y de alimentos y se conoce como liofilización. que indica que al aumentar la presión disminuye el punto de fusión del agua. La diferencia se expresa como ∆G.1. relacionar la constante de equilibrio con datos termodinámicos. Equilibrio en las reacciones químicas ElContenido concepto termodinámico del equilibrio didáctico del curso Química Ambiental químico está directamente relacionado con consideraciones energéticas que permitan la verificación de la ley del equilibrio químico y. Ejemplos: 32 . se considera el estado estándar como aquel en el cual sus actividades. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 2. en su estado estándar. Como ya se mencionó. a una presión de 101 kPa. En consecuencia. El estado estándar de una sustancia depende de su estado de agregación.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. además con una presión de 101 kPa (1 atm). para la cual se utiliza el símbolo ∆Gf0. no electrolitos e iones individuales. se hace necesario establecer unas condiciones para el estado estándar de las diferentes clases de sustancias. a una presión de 101 kPa. cuando todos los reactantes y los productos están en su estado estándar.2. cuando el sistema experimenta un cambio finito de estado. de manera que los valores de la energía libre absoluta de un elemento o la energía libre de formación de un compuesto se puedan especificar de forma precisa. A su vez. Para solutos. el estado estándar se define. Por convención. sus concentraciones efectivas son la unidad molar. No obstante. se considera el estado estándar como el del líquido puro o el sólido puro.Ginicial 2. así como de la naturaleza y la cantidad de la sustancia. la fuerza que impulsa al sistema a cambiar de un estado inicial a un cierto estado final se mide mediante el cambio en la energía libre para el proceso. Para un líquido o sólido. además. se ha establecido un valor de cero a la energía libre de la forma más estable de cualquier elemento puro. así: ∆G = Gfinal . Para un compuesto químico se debe determinar el cambio de energía libre de la reacción por medio de la cual se forma el compuesto a partir de sus elementos.2. para todos los estados estándar se aplica una temperatura de 298 K ó 25 °C. Este cambio de energía libre se denomina energía libre estándar de formación. es decir. Estados estándar y energías libres de formación La energía libre de una especie química depende de la temperatura y la presión. el cambio en la energía libre se define como la diferencia entre las energías libres de los estados final e inicial. respectivamente. incluyendo electrolitos. Para una sustancia gaseosa. 2. Algunos valores se pueden consultar en: http://dta. se tiene: 33 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 1) H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (g) tiene ∆Gf0 = -54.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.72 kcal/mol NO (g) En éste y en cualquier caso el valor positivo de ∆Gf0 significa que la reacción no es espontánea.54 kcal/mol 0 ElContenido valor negativo la Ambiental reacción de formación del agua y para cualquier f para didácticode del ∆G curso Química otra reacción significa que los reactivos se convertirán espontáneamente en productos. En otras palabras. así el proceso sea cinéticamente lento.htm Diríjase directamente a la sección titulada: Energía libre. espontaneidad y equilibrio y ubique la tabla de datos de energía libre estándar de formación.2. no se llevara a cabo en la extensión suficiente para producir el óxido en su estado estándar.cl/quimica/profesor/urzua/cap7/termodim/termodim. Los valores de la energía libre estándar de formación de varias sustancias se encuentran en tablas en la literatura.Σ∆Gf0 (reactantes) La ecuación indica que el cambio de energía libre estándar de una reacción es igual a la suma de las energías libres estándar de los productos menos la suma de las energías libres estándar de los reactantes. pero la reacción entre el nitrógeno y el oxígeno. para cualquier reacción.utalca. significa que la reacción es espontánea. cuando todas las sustancias están en sus estados estándar. cada uno en su estado estándar. el cambio de energía libre estándar es el siguiente: ∆Go = Σ∆Gf0 (productos) . se formará una pequeña cantidad del óxido nítrico. 2) ½ N2 (g) + ½ O2 (g) tiene ∆Gf0 = +20. En la reacción del ejemplo.2. La aplicación del concepto de cambio de energía libre estándar para una reacción general se puede plantear de la manera siguiente: aA + bB cC + dD Si se asume que los reactantes y los productos están en las condiciones de estado estándar. ∆Gf0. Cambio de energía libre para una reacción En forma general. se obtiene: ∆G . se tiene para cualquier sustancia.b [∆Gf(B) .∆Gf0 = RT ln a Donde: R = constante universal de los gases T = temperatura absoluta ln a = logaritmo natural de la actividad o concentración efectiva de la sustancia de interés.∆Go = RT ln (aC)c + RT ln (aD)d .a RT ln aA . en moles/litro Aplicando esta expresión a cada una de las especies de la reacción general (A. derivada de una de las leyes de la termodinámica: ∆Gf = ∆Gf0 + RT ln a ∆Gf . B.RT ln (aA)a .2) y una reacomodación de los términos resultantes.∆Go = c [∆Gf(C] .∆Gf0(C)] + d [∆Gf(D) . entonces: ∆G = c [∆Gf(C)] + d [∆Gf(D)] .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.∆Gf0(A)] .b [∆Gf(B)] (1.a [∆Gf(A)] .3) se tiene: ∆G .b RT ln aB Con la reacomodación de los términos y combinación de los términos logarítmicos se obtiene: ∆G .2) De la sustracción de la ecuación (1.a [∆Gf0(A)] . C y D) y sustituyendo en (1.[∆Gf0(D)] .4) a b (aA) (aB) 34 .∆Go = c RT ln aC + d RT ln aD .1) SiContenido el sistema no está las condiciones didáctico del bajos curso Química Ambiental de estado estándar.a [∆Gf(A) .∆Gf0(B)] (1. la siguiente expresión. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental ∆Go = c [∆Gf0(C)] + d [∆Gf0(D)] .1) de la ecuación (1.b [∆Gf0(B)] (1.3) Por otra parte.∆G = RT ln ∆G = ∆Go + RT ln (aA)a (aB)b (aC)c (aD)d (1.RT ln (aB)b (aC)c (aD)d o ∆G . que la ley del equilibrio analizada desde las leyes de la termodinámica conduce a la expresión de la constante de equilibrio.RT ln (aA)a (aB)b (aC)c (aD)d (1. es cero. Energía libre y el estado de equilibrio Retomando el concepto yaQuímica planteado que el cambio de energía libre es la medida Contenido didáctico del curso Ambiental de la fuerza que genera que una reacción tienda espontáneamente de un estado de no equilibrio a un estado de equilibrio. Para el caso de la reacción de formación del agua. el cambio de energía libre.2. la ecuación (1.6) en función del logaritmo en base decimal.303 RT log K 35 . Luego en el equilibrio: ∆Go = .2. se observa que es posible calcular la constante de equilibrio a partir de datos termodinámicos.5) a b (aA) (aB) Se puede reconocer que la relación matemática del término logarítmico de la ecuación (1.5) es equivalente a la constante de equilibrio. se deduce que en el estado de equilibrio la fuerza es cero y. K.6) Transformando la ecuación (1.54 = . Adicionalmente.54 kcal/mol Utilizando la ecuación 7 se tiene: -54. ∆G. por tanto. se tiene: ∆Go = .7) Se concluye.303 RT log K (1. para una reacción química. se puede establecer lo siguiente: H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (g) tiene ∆Gf0 = -54. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 2. Luego para una reacción general. entonces.3. bajo condiciones estándar.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.4) es: (aC)c (aD)d o 0 = ∆G + RT ln ∆Go = .RT ln K (1. bajo condiciones de equilibrio. orina. sudor.4.88 x 1039 El valor negativo de ∆Go de la reacción y el valor muy alto de la constante de equilibrio. es importante considerar el equilibrio del agua en las condiciones naturales-ambientales en nuestro planeta: 2. se presentan en forma de soluciones acuosas.1. Para iniciar el estudio del equilibrio en soluciones acuosas. lagos) son enormes soluciones acuosas porque contienen disueltas gran variedad de sustancias resultantes de los procesos geoquímicos naturales o de procesos antropogénicos. los detergentes y los fertilizantes líquidos. son coherentes e indican que la reacción es espontánea. En el ambiente: todos los cuerpos de agua (océanos. Por ejemplo. la expresión “el agua es el solvente universal”. 2.303) (0. En la industria: muchas de las reacciones químicas que forman parte de los procesos industriales. que en muchos casos resultan contaminantes. Un gran número de fenómenos y reacciones a nuestro alrededor involucran la presencia de soluciones acuosas: En los organismos vivos: las soluciones acuosas tienen la importante función de transportar iones y moléculas desde y hasta las células. La gran mayoría de los fluidos corporales son soluciones acuosas. ríos.001987) (298) Se obtiene el valor de K hallando el antilogaritmo. Equilibrio en soluciones acuosas Todos hemos escuchado.54) Contenido didáctico del curso Química Ambiental log K = = 39. por ejemplo. en alguna ocasión.4. Constante de equilibrio del agua: El agua es un electrolito débil y por esto es un pobre conductor de la electricidad.99 (2. 36 . K.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. así como los productos resultantes. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Luego: (54. De esta manera se obtiene: K = 9. jugo gástrico y lágrimas. la cual refleja el papel predominante de las soluciones acuosas. saliva. para producir una solución buena conductora de electricidad se denomina un electrolito. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental En la débil ionización del agua. 1 x 10-7 moles/L es la concentración tanto de H+ como de OH-.2. A 25°C.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.4. 2. porque existen casi completamente en forma de iones.(acuosa) 37 . las soluciones acuosas que contienen compuestos iónicos son buenas conductoras de la electricidad. Si bien el agua es una sustancia que conduce muy pobremente la electricidad. Equilibrio de electrolitos fuertes En general. Las sales como el cloruro de sodio son un ejemplo de este tipo de electrolitos. y la correspondiente constante de equilibrio es: Kc = [H+] [OH-] = Kw No aparece en el denominador la concentración del agua por tratarse de un líquido puro. Kw = (1 x 10-7) (1 x 10-7) = 1 x 10-14 Donde. los compuestos iónicos en solución se denominan electrolitos fuertes. un soluto que se disuelve en un solvente. Esta situación se representa con la siguiente reacción: NaCl (acuosa) Na+ (acuosa) + Cl. Por tanto. La constante de equilibrio para el agua se denomina de autoprotólisis o de producto iónico del agua y se representa mediante el símbolo Kw. como el agua. una molécula actúa como ácido y cede un protón y otra molécula de agua actúa como base y acepta el protón: Contenido didáctico del curso Química Ambiental H3O+ (ac) + OH-(ac) H2O (l) + H2O (l) De forma abreviada la reacción de equilibrio se puede escribir de la siguiente manera: H+ (ac) + OH-(ac) H2O (l) El fenómeno representado por esta ecuación química se conoce como autoprotólisis. compuestos de Los conceptos anterioresproducto permiten establecer coordinación. agentes oxidantes. que en la solución acuosa el ácido acético está presente tanto en forma molecular (lado izquierdo) como en forma iónica (lado derecho).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. esto es. Los compuestos moleculares que generan cantidades pequeñas de iones cuando se disuelven en agua se denominan electrolitos débiles Esta situación se representa. agentes reductores. el ácido clorhídrico (HCl). Este es el caso de algunos ácidos. De acuerdo con las impurezas del agua mencionadas en la lección anterior. por ejemplo para el siguiente reacción: CH3COOH (acuosa) ácido acético. Contenido didáctico del curso Química Ambiental 2.3.(acuosa) + H+ (acuosa) La doble flecha indica que la reacción ocurre en ambas direcciones. Lección 3: Reacciones y equilibrios en presencia del agua PALABRAS CLAVE: pares conjugados ácido-base. por lo cual esta temática se aborda con algún nivel de detalle en la siguiente lección. que la sal está prácticamente presente en forma iónica. Este estado se conoce como equilibrio químico. hidrólisis. de solubilidad. mediante la CH3COO. da origen a las siguientes reacciones principales: 38 . ligandos. es decir. por ejemplo. Equilibrio de electrolitos débiles Existen algunos compuestos moleculares que frente al agua tienden a formar iones. los equilibrios de las soluciones con electrólitos merecen atención especial. el ácido acético (CH3COOH) y compuestos como el amoníaco (NH3).4. La interacción del agua con los otros compartimentos ambientales (suelo y aire) y la consecuente presencia en el agua de diferentes especies químicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental La flecha indica que la reacción se desplaza hacia la derecha. 1.1.1. 3. En forma general. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental 3. Reacciones de aniones con agua Una solución acuosa que contiene la base conjugada de un ácido débil es básica. Este anión es la base conjugada del ión sulfato ácido. HSO4-. se conoce como hidrólisis la reacción en la cual una molécula de agua se rompe para producir los iones H3O+ y OH-.corresponde la siguiente expresión de la constante de equilibrio o constante de hidrólisis: [HSO4-] [OH-] Kb = [SO42-] (1. SO42-.8) 39 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Reacciones de hidrólisis La reacción de iones con agua para producir soluciones que no son neutras se conoce como hidrólisis. Un ejemplo de este tipo de reacciones se presenta con el ión sulfato. SO42- + Base 1 H2O HSO4- ácido 2 ácido 1 + OHbase 2 A la anterior reacción de hidrólisis del SO42. se puede consultar en: 40 . con K a.8) por (1. La ecuación química de Contenido didáctico Química Ambiental ionización del ácidodelescurso la siguiente: HSO4- + H2O H3O+ + SO42- La condición de equilibrio para esta reacción es: [H3O+] [SO42-] Ka = [HSO4-] (1. La fuerza relativa de algunos pares conjugados ácido-base.10) se refiere únicamente a un ácido y su base conjugada.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. En relación con los equilibrios anteriores es importante tener en cuenta las siguientes consideraciones: La base conjugada de un ácido más fuerte que el ión H3O+ no origina una reacción de hidrólisis.10) En unidades de pK se tiene: pKa + pKb = pKw = 14 La ecuación (1.9) corresponde a la siguiente igualdad: Ka x Kb = [H3O+] [OH-] = Kw Luego: Ka x Kb = 1. con respecto al H2O. La base conjugada de un ácido mucho más débil que el H 2O experimenta una hidrólisis completa.9) El producto de (1. La base conjugada de un ácido que es aproximadamente igual en fuerza al H 2O experimenta una hidrólisis casi completa.0 X 10-14 (1. La base conjugada de un ácido moderadamente más fuerte que el H 2O experimenta hidrólisis hasta que se alcanza el estado de equilibrio. por tanto. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental La fuerza del anión básico se mide con la magnitud de K b que está relacionada con la fuerza de su ácido conjugado y. FeCl3 y Zn (NO3)2 tienen carácter ácido. Por esto.8 x 10-5 se puede establecer que la constante de hidrólisis del NH 4+ tiene un valor de 5. soluciones acuosas de sales como. Al (H2O)63+ + H2O H3O+ + Al (OH) (H2O)52+ Al (OH) (H2O)52+ + H2O H3O+ + Al (OH)2(H2O)4+ Al (OH)2(H2O)4+ H2O H3O+ + Al (OH)3(H2O)3 (precipitado) Ácido 1 + base 2 ácido 2 base 1 El precipitado de hidróxido de aluminio se utiliza en la purificación del agua debido a que tiene buenas propiedades como adsorbente.com/sacateun7/.6 x 10-10. ácido conjugado de la base NH3. Al2 (SO4)3.. Reacciones de cationes con agua Los ácidos conjugados de bases débiles experimentan hidrólisis debido a que son lo suficientemente ácidos para donarle un protón al H2O. Los cationes trivalentes y algunos divalentes también experimentan hidrólisis. Contenido didáctico del curso Química Ambiental 3. NH4+ + Ácido 1 H2O NH3 + base 2 base 1 H3O+ ácido 2 A la anterior reacción de hidrólisis del NH4+ corresponde la siguiente expresión de la constante de equilibrio o constante de hidrólisis: [NH3] [H3O+] Ka = [NH4+] Debido a que: Ka x Kb = [H3O+] [OH-] = Kw y conociendo que Kb = 1. los cationes de estas sales enlazan moléculas de agua y una vez hidratados actúan como ácidos.2.. Cr (NO3)3. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental www. 41 . Un ejemplo de los equilibrios que se presentan en este tipo de soluciones acuosas se presenta. Un ejemplo es la hidrólisis del ión amonio.pdf en la página 5 de 11.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas./tutorial%20-%20acido-base.tutoresuniversitarios. a continuación. NH4+.1. para un catión trivalente que usualmente enlaza seis moléculas de agua. 42 . Un ácido Brönsted-Lowry es una especie química que tiene tendencia a donar o perder un protón. se solubilizan diversos compuestos. Ejemplo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental ACTIVIDAD # 2: Establezca las reacciones del Al (OH)3(H2O)3 con una base fuerte didáctico del curso Química Ambiental yContenido con un ácido fuerte.2. mientras que una base BrönstedLowry es una sustancia que acepta o gana un protón. En estos casos. así: RCOOR’ + H2O RCOOH + R’OH RCONHR’ + H2O RCOOH + R’NH2 R’O-P-O-R’’ + H2O OR R’OH + HO-P-O-R’’ OR Otras reacciones de hidrólisis importantes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. reacción de la fosforita: Mg2SiO4 (s) + 4 H2O 2 Mg (OH)2 (acuoso) + H4SiO4 (acuoso) 3. principalmente las que tienen grupos funcionales éster. Derivados de estas definiciones aparecen los conceptos de ácido conjugado y base conjugada: la pérdida de un protón por parte de un ácido de Brönsted-Lowry origina la formación de la correspondiente base de Brönsted-Lowry. amida y fosfato. ¡Discuta sus resultados con el tutor! También se presenta hidrólisis de diferentes sustancias orgánicas. desde el punto de vista de la química ambiental. como resultado. son aquellas que se presentan cuando el agua entra en contacto con el suelo y actúa sobre los minerales y otras sustancias presentes en él. Esto es evidente si se retoma la definición de ácidos y bases de los químicos Brönsted y Lowry. es un tipo particular de reacciones ácido-base. Reacciones ácido-base El aparte anterior. relacionado con la hidrólisis. la cual se denomina la base conjugada del ácido que la generó. ¿Qué concluye respecto a la naturaleza de esta sustancia? Realice las mismas reacciones para el Fe(OH)3(H2O)3 y compárelas con las del aluminio. además de las definiciones anteriores se retoma el concepto de acidez y basicidad basado en los estudios de Svante Arrhenius sobre los electrolitos.2. Una solución con un pH < 7 es ácido Una solución con pH = 7 es neutra Una solución con pH > 7 es básica o alcalina 43 . en moles/L. que establece que una sustancia es ácida cuando en una solución acuosa se ioniza para formar o liberar iones H+ (protones).log [OH-] Es el logaritmo negativo de la concentración de iones OH-. sin necesidad de utilizar todo el tiempo los valores de concentración del H + y del OHen términos de exponentes negativos en base 10.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 3. y una sustancia es básica cuando en una solución acuosa se ioniza para formar o liberar iones hidroxilo. El pH se define como: pH = . Concepto de pH: Este concepto se utiliza para expresar la acidez o la basicidad de una solución. Por tanto: [H+] = antilog (-pH) De la misma manera. el pOH se define como: pOH = .log [H+] Es el logaritmo negativo de la concentración de iones H+. Si a la constante de producto iónico del agua se le aplica el logaritmo negativo se tiene: - log Kw = pKw = 14 De donde: pKw = pH + pOH = 14 Con base en la expresión anterior se construyó la escala de pH que va de 0 a 14. en moles/L. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental De manera análoga.1. Contenido didáctico del curso Química Ambiental En este aparte. (OH)-. la adición de un protón a cualquier base de Brönsted-Lowry origina la formación del ácido conjugado de la base que lo generó. 38 – (. pH de ácidos y bases fuertes En las soluciones de ácidos fuertes.195 2) Una solución a 25°C tiene pH 3.38 x 10-5 M deluna curso Químicaen Ambiental pH = . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Ejercicios: 1)Contenido Calculardidáctico el pH de solución la cual [H+] = 6. según la sustancia sea un ácido o una base. o de bases fuertes. se asume que la ionización es completa y se representa mediante las siguientes reacciones: HCl H+ + Cl- NaOH Na+ + OH- En estos casos la concentración de iones H+ o de iones OH-.0 x 10-2 M 44 . es igual a la concentración inicial de la respectiva sustancia.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.log 6.7 x 10-11 M 3.805 + 5 pH = 4.0. [H+] = 10-pH [H+] = 10-3. como el HCl.89.89 [H+] = 1.log 6. y con base en ese valor se puede calcular el pH o el pOH. como el NaOH.2.log (6.5) pH = .2.38 – log 10-5 pH = . Calcular [OH-].38 x 10-5) pH = . Ejercicios: 1) Calcular el pH de una solución de HCl 1.3 x 10-4 [OH-] = 7.3 x 10-4 [H+] [OH-] = Kw = 1 x 10-14 - 1 x 10-14 Kw [OH ] = = [H+] 1. o La electro neutralidad de la solución.1. Ejercicio: 3) Calcular el pH de una solución de HCl 1.1. que el número de iones positivos debe ser igual al número iones negativos: [H+] = [OH-] + [Cl-] En la solución de HCl 1.0 x 10-8x .5 x 10-8 M 45 .7 Sin embargo.05 x 10-7 M ó – 9.0 x 10-12] = 11.log [1.[Cl-] [OH-] = x .0 x 10-3 [H+] = 2.0 x 10-8 Por otra parte: [H+] [OH-] = Kw x (x .0 2)Contenido Calculardidáctico el pH de solución KOH 5.0 x 10-14 = 0 Despejando la ecuación de segundo grado se obtiene: x = 1.0 x 10-8 M Para resolver este problema se debe considerar: o La contribución de los iones H+ procedentes de la ionización del agua. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental pH = . se debe tener en cuenta la autoprotólisis del agua.log [2.0 x 10-14 Kw [H+] = = - [OH ] 5.0 x 10-14 x2 . esto es < 10-7.1.0 x 10-2] = 2. cuando la solución que contiene el ácido o la base fuerte es muy diluida.0 x 10-3 M deluna curso Químicade Ambiental 1.0 x 10-8) = 1.0 x 10-8 M y si [H+] = x [OH-] = [H+] .0 x 10-8 M: [Cl-] = 1. esto es.0 x 10-12 M pH = .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.1. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.18 M del ácido fórmico.76 x 10-4 Se plantea primero la ecuación de equilibrio químico y Ka: HCHO2 H+ + (CHO2)[H+] [(CHO2)-] Ka = = 1. la representación general de la ecuación de equilibrio es: BH+ + OH- B + H2O (l) La constante de equilibrio o de ionización se representa con el símbolo K b [BH+] [OH-] Kb = [B] Ejercicio: 1) Para una solución 0. Para un ácido débil. En estos casos se establece un equilibrio entre las formas iónicas y la forma molecular de las sustancias. La K a de ácido fórmico es 1. Por lo tanto. pH de ácidos y bases débiles Un ácido o una base débil no se ionizan completamente en una solución acuosa. se requiere determinar el pH.98 3. la representación general de la ecuación de equilibrio es: H+ + A- HA La constante de equilibrio o de ionización se representa con el símbolo Ka [H+] [A-] Ka = [HA] Para una base débil.es siempre menor que la concentración original del respectivo ácido o base. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Debido a que una concentración no puede ser negativa.76 x 10-4 [HCHO2] 46 .05 x 10-7] = 6. la concentración de iones H+ o de iones OH.log x = .3. Contenido didáctico del curso Química Ambiental pH = .log [1. se rechaza el valor negativo y entonces.2. que se ioniza.13% c 0.7 x 10-6 = x2 5. Entonces: x2 1.18 Actividad # 3: Calcule el pH de una solución 0.log [H+] = .18 31. 63 x 10-3 α = = = 3. Kb del amoníaco = 1.63 x 10-3 = x corresponde a la concentración de H+ Luego: pH = .10 M de amoníaco (NH3) que es una base débil.25 La ionización de un ácido débil se describe generalmente mediante el grado de ionización.18 – x. inicialmente presente. el valor de x es mínimo comparado con 0.log (5.63 x 10-3) = 2. el cual se representa con el símbolo α.77 x 10-5 Respuesta: pH = 11. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Toda la información anterior la podemos sintetizar en la tabla siguiente: H+ HCHO2Ambiental Contenido didáctico del curso Química (CHO2)- Moles / L = M Estado inicial Cambio durante la reacción Estado equilibrio de 0.18-x x x x2 1. por lo cual se puede obviar. y corresponde a la fracción del ácido.18 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.18.76 x 10 -4 = 0.13 x 10-2 ó 3. Matemáticamente es la relación entre el número de moles / L que se ioniza respecto a la concentración (c) inicial del ácido: [A-] 5.12 47 ¡Desarrolle paso a paso el ejercicio y solicítele retroalimentación al tutor! .18 0 0 -x +x +x 0.x En el término 0.76 x 10-4 = 0. el sistema CaCO3. CO2 y H2O constituye un caso importante en el cual están involucrados equilibrios ácido-base. Si se considera en primera instancia el equilibrio entre el CO2 y el H2O se tiene: CO2 (g) + H2O H2CO3 K1 H2CO3 HCO3- + H+ K2 HCO3- CO32- + H+ K3 Donde: [H2CO3] K1 = PCO2 [HCO3-] [H+] K2 = [H2CO3] [CO32-] [H+] K3 = [HCO3-] El CO2 disuelto en agua es. una mezcla de tres especies químicas: una neutra y dos tipos de iones.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 3. Equilibrios ácido. por tanto. contenido en piedras calizas. [H2CO3] = K1 PCO2 (1.11) [HCO3-] = K2 K1 PCO2 / [H+] (1.4. Cuando el sistema acuoso. con CO2 disuelto.2. se establecen diversos equilibrios químicos. En un sistema acuoso natural la presencia del CO2 tiene origen atmosférico y también proviene de los procesos metabólicos de los seres vivos.12) [CO32-] = K3 K2 K1 PCO2 / [H+]2 (1.base en sistemas ambientales Contenido didáctico del curso Química Ambiental Desde el punto de vista ambiental. el bicarbonato y el carbonato. entra en contacto con el suelo en el cual hay presencia de CaCO3.13) 48 . p. los iones Ca ++ cuya concentración está determinada tanto por el producto de solubilidad del carbonato de calcio como por su concentración en el equilibrio (1. Soil Chemistry A. Amsterdam: Elsevier. la presencia del carbonato de calcio. M. Las variaciones de las concentraciones de estas especies con respecto al pH se Contenido didáctico del curso presentan en la Figura 9. 1978. 8 Adaptada de: BOLT. Variación con el pH de las especies químicas de C en soluciones acuosas a 25°C8 [Ca++] [HCO3-]2 K4 = [H2CO3] Se presenta aquí una especie química adicional. Figura 9. G. G. Química Ambiental Si ahora se considera.14) K4 El H2CO3 expresa el CO2 disuelto en agua. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Las concentraciones de estas especies están relacionadas entre sí y con el pH. adicionalmente.14). 101. Basic Elements. H y BRUGGENWERT. M. se tiene: CaCO3 (s) + H2CO3 Ca++ + 2HCO3- (1. 49 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 11) se sabe que [H2CO3] = K1 PCO2. a partir de (1. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental En relación con el producto de solubilidad del carbonato de calcio. tales como pH y dureza.16): [Ca++] = s = ∛ (K2KpsK1 PCO2 /4K3) ACTIVIDAD # 4: Compruebe la veracidad de las expresiones: K4 = (K2Kps) /K3 y [Ca++] = s = ∛ (K2KpsK1 PCO2 /4K3) ¡Discuta sus respuestas con el tutor! Es así como el equilibrio expresado en (1. la concentración del ión calcio. luego: [Ca++] (2[Ca++])2 K4 = K1 PCO2 (1. es decir.14) se puede establecer que [HCO3-] = 2 [Ca++] y por la ecuación (1. su solubilidad (s) en la solución acuosa. entonces.15) Por la estequiometria de (1. 50 .16) Se puede hallar.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.15) y (1.14) determina parámetros del agua en los sistemas naturales. se tiene: ++ CaCO + Ambiental CO323 (s) didáctico del curso Ca Contenido Química Kps Kps = [Ca++] [CO32-] = [Ca++]2 = [CO32-]2 Luego: K2Kps K4 = K3 (1. Justifique su conclusión. CO2 AIRE H2CO3 HCO3 + H+ Ca++ + 2HCO3- CaCO3 (s) + H2CO3 AGUA SUELO Caliza CaCO3 Figura 10..CO32-)9 ACTIVIDAD # 5: Determine si la [Ca++] presente en un cuerpo de agua. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los tres compartimentos ambientales aire. Compartimentos ambientales y equilibrios del sistema CO2 – HCO3.. varía cuando la presión de CO2 presente en el aire pasa de 3.(ver Figura 10.7 x 10 -4 atmósferas a 3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.CO32-).7 x 10-3atmósferas. dando lugar a condiciones particulares que determinan el Contenido didáctico curso Química Ambiental comportamiento dedellas especies químicas CO2 – HCO3.. ¡Discuta su respuesta con el tutor! 9 Elaborada por María del Pilar Triana Novoa 51 .CO32. Compartimentos ambientales y equilibrios del sistema CO2 – HCO3. agua y suelo intervienen en los equilibrios estudiados. a 20°C. La actividad electrónica no tiene relación con la actividad de los iones en solución porque la concentración de los electrones libres en solución muy pequeña.17) se puede transformar en la ecuación de Nernst: RT Eh – Eh° = Red log nF 0. Este equilibrio se expresa como: Ox + ne. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 3.059 - Ox pH n/m (1. en los sistemas acuosos se Contenido Ambiental presentan equilibrios entre especies químicas oxidadas y especies químicas reducidas.059 = - (Ox) (H+) m Red log n 0. 52 . y es por definición un potencial de reducción.1. El potencial de electrodo El potencial de electrodo se denomina con el símbolo Eh.3. mientras que la actividad electrónica se asocia con pe.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y – A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Básicas. potencial de electrodo y actividad electrónica. 3. La ecuación (1.17) Donde (e-) se denomina disponibilidad electrónica.3.+ mH+ Red + m/2 H2O Donde: Ox = especie oxidada Red = especie reducida n = número de electrones La constante de equilibrio para esta reacción es: Red K = Ox (e-)n (H+) m (1.18) Donde: Eh° = potencial estándar del electrodo R = constante de los gases. Reacciones de oxidación-reducción De forma didáctico similar del a curso los Química equilibrios ácido-base. p. 2H+ (ac) + 2e- H2 (g) Eh° = 0 V La Tabla 3 muestra los potenciales estándar de electrodo (potenciales de reducción) de las semireacciones de varios elementos. 10 SKOOG. Douglas et al. 2005. Por convención a la semireacción del hidrógeno se le ha asignado un valor de potencial estándar igual a 0 voltios a cualquier temperatura.48 nEh° Donde G° se expresa en julios. El Eh° se relaciona con la energía libre estándar de Gibbs mediante la siguiente igualdad: G° = . Para solutos en solución diluida corresponde a un estado en que el soluto tiene las propiedades de un soluto diluido infinitamente a una concentración igual a la unidad (molalidad o fracción molar)10.506-515.500 C/mol e. no se puede definir el potencial absoluto.059 = cociente de las constantes a 25°C El potencial estándar debe definirse en términos de un estado de referencia arbitrario. 53 .= 96. México: Editorial Thomson. A todas las sustancias se les asigna una actividad unitaria en su estado normal.96.500 J/V-mol edidáctico del curso Química Ambiental 0. Fundamentos de química analítica. Para los gases. el estado normal tiene las propiedades de un gas ideal. porque como en el caso de la energía libre.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. El potencial estándar corresponde a aquel en el cual los reactivos y productos están en su estado normal.nFEh° = . El estado normal de una sustancia es un estado referencial que permite obtener valores relativos de cantidades termodinámicas como la energía libre. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental T = temperatura absoluta FContenido = constante de Faraday. a una atmósfera de presión. 1F = 96. Los potenciales altos indican que el estado oxidado está disponible y acepta electrones fácilmente. H. 113.17) se tiene: pe + pH = log K – log (Red) + log (Ox) 11 BOHN. Potenciales estándar de electrodo (potenciales de reducción) de algunas semi-reacciones. y Mc NEAL. New York: John Wiley & Sons.2. 54 . p.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tabla 3.3. 2001. a 25°C11 Contenido didáctico del curso Química Ambiental Reacción Eh° (V) 3. La disponibilidad o actividad electrónica El potencial de electrodo pe es una expresión alternativa de la disponibilidad electrónica. Soil Chemistry. A partir de la ecuación (1. Brian. El par H+ . Los potenciales electrónicos altos pueden oxidar el agua a O 2. mientras que las concentraciones (o las actividades) de las especies reducidas y oxidadas estarían en el otro eje. el agente oxidante puede oxidar el agua a O2: ½ O2 + 2e. A 25°C.Los potenciales electrónicos bajos pueden reducir el agua a H2. El rango de los potenciales electrónicos. Cada uno tiene aproximadamente igual peso en la suma.059 Eh = Eh° - 1 log 4 .059 pH PO2 55 .H2 es el límite más bajo del potencial de electrodo en sistemas acuosos y en suelos. La suma de pe y pH también tiene sentido desde el punto de vista matemático debido a que el intervalo numérico del pe y del pH es similar. La suma de pe y pH. en concordancia con su importancia compartida en el equilibrio. pe = 0. está limitado por la estabilidad del agua respecto a la oxidación y la reducción.19) En contraste. y esto es poco frecuente en el caso del pe. o semi-reacción. Si una solución contiene un agente oxidante como el Cl2 con un potencial de electrodo mayor que el del par H2O-O2. Sustituyendo en la ecuación de Nernst se obtiene la siguiente expresión para el límite superior de las condiciones oxidantes en agua y en suelos: 0. 2H+ + 2 e- H2 (1. sin embargo. en los sistemas que contienen agua.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.059 Eh.+ 2 H+ H2O (1. pero el H+ está presente siempre en soluciones acuosas porque el agua se disocia.0. los agentes reductores fuertes pueden reducir el agua a H 2. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Cuando n = m LaContenido suma de pe y pH ventaja de que puede usarse como uno de los ejes de didáctico deltiene cursola Química Ambiental una gráfica de dos dimensiones. los diagramas de pe + pH pueden ejemplificar una gran cantidad de datos termodinámicos y proporcionar una representación del comportamiento de los elementos químicos en la naturaleza.20) El ión H+ se reduce antes que el H2O. No obstante. implica que ambos estén en el equilibrio. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Para el límite inferior se obtiene: 0.059 pH PH2 Donde PO2 y PH2 son las presiones parciales de los gases oxígeno e hidrógeno. El Eh depende del pH y de la concentración de gas pero únicamente cambia 15 mV por un cambio de diez veces en P O2 y 30 mV por un cambio de diez veces en PH2.78 + ¼ log PO2 Los valores de pe + pH varían desde 20. El H2 es estable a potenciales por debajo de la línea inferior. Los gases son esencialmente ideales a presiones bajas. Los límites Eh del agua. y por tanto del suelo y de los sistemas biológicos se representan en la Figura 11 a una presión parcial de 1 atm de O2 y H2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. hasta pe + pH = 0 a condiciones altamente reductoras cuando pH2 = 1 (ver Figura 11) 56 .17) se puede transformar en: (H2O)1/2 K= y (H+) (e-) (PO2)1/4 pe + pH = 20. El O2 es estable en condiciones oxidantes y potenciales de electrodo por encima de la línea superior. La ecuación (1. y así la presión parcial y la actividad son iguales.0.78 a condiciones altamente oxidantes a pO2 = 1 y pH = 0. El agua es estable entre las dos líneas.059del curso Química 1 Ambiental Contenido didáctico Eh = Eh° - log 4 . es importante tener presente que en un sistema acuoso natural. son catalizadas por 12 Figura adaptada de: Ibíd.. Adicionalmente. una laguna. en la mayoría de los casos. Sin embargo. las consideraciones anteriores suponen un estado de equilibrio del sistema. Rango de condiciones oxidantes en sistemas acuosos12 Como ya se ha mencionado. p.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. las condiciones de oxidaciónreducción varían entre las zonas superficiales que están en contacto con el oxígeno atmosférico y las zonas más profundas. 57 . por ejemplo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 11.119. en estos sistemas las reacciones de oxidación-reducción son relativamente lentas y. las actividades biológicas y los problemas de contaminación que se dan en ellos. nitratos. reacciones de oxidación-reducción. En la Figura 12 se observan las siguientes zonas principales: 58 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental microorganismos. De todas maneras. a diferentes niveles del sistema. los cuales involucran. sulfatos. las concentraciones de los agentes oxidantes y los reductores difícilmente se encuentran en equilibrio y las reacciones se dan de Contenido didáctico del curso Química Ambiental manera particular. Por esto. dióxido de carbono.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. las expresiones matemáticas de Eh y las relaciones Eh-pH son una buena aproximación que permite entender las tendencias de los sistemas acuosos naturales. Los principales agentes oxidantes en el agua son: oxígeno. dióxido de manganeso e hidróxido de hierro (III). en un gran porcentaje. Mediante un diagrama pe + pH en función del pH se pueden distinguir las diferentes zonas de un sistema acuoso natural y la presencia de los principales agentes oxidantes y agentes reductores. Los principales agentes reductores en el agua son: la materia orgánica y el ión amonio. C.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. p. Zonas y agentes oxidantes y reductores en un sistema acuoso13 13 Adaptada de: OROZCO. 59 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 12. 2003. 53. Madrid: Thomson Editores. Una visión desde la química. et al. Contaminación ambiental. y los iones sulfato. en el equilibrio. NO3. donde el medio acuoso es reductor. a lo largo de todo el rango de pH. que actúa como agente oxidante. En la figura también se observan los diferentes agentes oxidantes y reductores ubicados aproximadamente de acuerdo al valor de pH en el cual hacen presencia predominante. como son los iones nitrato. con desprendimiento de hidrógeno. Otro aspecto importante de las relaciones pe y pH en sistemas acuosos es que permiten un cálculo aproximados de la relación entre la forma oxidada y la forma reducida de una compuesto químico.78 también corresponde a una zona de procesos aerobios. o Por debajo de la línea que delimita el valor de pe + pH = 0 también corresponde a una zona de procesos anaerobios. o El área por debajo de la línea punteada b. a lo largo de todo el rango de pH. en la cual se siguen presentando reacciones de oxidación. o El área comprendida aproximadamente entre la línea punteada a.78 se presenta una zona de procesos aerobios.2 60 . se presentará el siguiente equilibrio: Fe3+ + e- Fe2+ Se tiene para este equilibrio. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Por encima de pe + pH = 20. altamente oxidante. y la línea punteada b. pero debido a agentes oxidantes de menor fuerza que el oxígeno. corresponde a una zona de procesos anóxicos (en ausencia de oxígeno). Ejercicio: Si se considera la presencia del elemento hierro en un sistema acuoso. corresponde a una zona de procesos anaeróbicos con valores de pe bajos. altamente reductora. y la línea que delimita el valor de pe + pH = 20. con desprendimiento de oxígeno. SO42-. a lo largo de todo el rango de pH. con valores de pe altos y presencia predominante de oxígeno disuelto en el agua. pe° = 13. Contenido didáctico del curso Química Ambiental o El área comprendida aproximadamente entre la línea punteada a.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 32 = log [Fe3+] 61 .3.2 – log [Fe3+] [Fe2+] 16. que en las mismas condiciones anaeróbicas pero a condiciones neutras o alcalinas el elemento estará en forma de Fe (OH)2 precipitado. Sin embargo.52. Teniendo en cuenta las condiciones anaerobias y la relación pe + pH = 0. alrededor de un valor de pH = 3.58 x 1016 [Fe3+] El valor de la relación (>>> 1) indica que en estas condiciones la especie química predominante será el ión Fe2+.2 – log [Fe3+] [Fe2+] -0. Otra situación es considerar condiciones aerobias y un pe = 13. se tiene: [Fe2+] -3 = 13. se tiene: [Fe2+] 13. Luego para las condiciones anteriores se tiene la presencia del ión Fe2+ en condiciones ácidas. se considera el agua en condiciones anaerobias con un valor de pe = .pH.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.52 = 13. En este caso. si se toma como referencia la figura 12 se observa.2 = log [Fe3+] [Fe2+] = 1. se sabe que pe = . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Luego: 2+ [Fe ] Química Ambiental Contenido didáctico del curso pe = 13.2 – log [Fe3+] Si ahora. 3. si se toma como referencia la figura 12 se observa.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.48 [Fe3+] El valor de la relación (<<<1) indica que en estas condiciones la especie química predominante será el ión Fe3+.78 se sabe que pH = 20. Entre las moléculas están el agua (H2O) y el amoníaco (NH3). Ejemplo de complejo14: Ligandos +++ Ión metálico mmetálicome tálico 14 Tomado y adaptado de: http://www. Los compuestos que contienen complejos se conocen como compuestos de coordinación. Teniendo en cuenta las condiciones aerobias y la relación pe + pH = 20.textoscientificos. Luego para las condiciones anteriores se tiene la presencia del Fe oxidado en forma de Fe (OH)3 precipitado. porque se encuentra en condiciones alrededor de la neutralidad. Sin embargo.78 – pe = 7. que en las mismas condiciones aeróbicas pero a condiciones ácidas el elemento estará en forma de ión Fe3+. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 2+ [Fe ] Contenido didáctico del curso Química Ambiental = 0.com/quimica/inorganica/metales-transicion 62 . Las moléculas o iones alrededor del ión metálico se conocen como agentes complejantes o ligandos. los cuales generalmente son o aniones o moléculas polares que tienen al menos un par de electrones de valencia no compartidos.26. Reacciones de formación de complejos Las especies químicas que tienen estructuras constituidas por un ión metálico central enlazado a un grupo de moléculas o iones circundantes se denominan complejos metálicos o simplemente complejos.4. En estos sistemas los ligandos provienen con frecuencia de contaminación por detergentes o por residuos de procesos de galvanización. Ejercicio: La reacción de formación global del complejo zinc-tetraamina se representa con el siguiente equilibrio: Zn++ + 4 NH3 Zn(NH3)4++ Cada molécula de amonio le dona un par de electrones al ión zinc y se forma un enlace covalente entre las dos especies químicas. son determinantes en el tratamiento de aguas.y del de curso naturaleza principales: RCOO . 2) La formación de compuestos de coordinación explica la interrelación entre los problemas de contaminación por metales pesados y de contaminación por agentes complejantes. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental En los sistemas acuosos naturales. se presentan otros ligandos importantes de naturaleza inorgánica como son los Contenido Química orgánica Ambiental con los siguientes grupos funcionales iones OH. Esta reacción de formación de complejos realmente ocurre de una manera paso a paso de acuerdo con los siguientes equilibrios: Zn++ + NH3 Zn(NH3)++ 63 . Las reacciones de formación de complejos caracterizan ciertos tipos de contaminación y. que inicialmente pueden precipitar en forma de hidróxidos o carbonatos poco solubles. RNH2 y ROPO32-. RO . por otra parte. 4) Las reacciones de formación de complejos influyen en otras reacciones como las de precipitación. además de las moléculas antes mencionadas. Al respecto.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 3) La formación de complejos entre iones metálicos y agentes complejantes posibilita el tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados mediante la utilización de resinas quelatantes. oxidación o floculación utilizadas en tratamientos de aguas para la eliminación de metales pesados y materiales coloidales.didáctico y X. se vuelvan a solubilizar o se movilicen mediante la formación de complejos muy estables. los siguientes aspectos son de interés especial: 1) Los agentes complejantes presentes en los sistemas acuosos pueden ocasionar que algunos metales pesados. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Zn(NH3)++ + NH3 Zn(NH3)2++ Zn(NH3)2++ + NH3 Zn(NH3)3++ ++ ++ Contenido Ambiental Zn(NH + NH3del curso QuímicaZn(NH 3)3 didáctico 3)4 Estas ecuaciones representan la formación de la monoamina. Constante de formación paso por paso Cada equilibrio tiene asociada una constante. triamina y tetraamina del complejo de zinc. Las respectivas constantes de formación para el complejo son: [Zn(NH3)++] K1 = [Zn++] [NH3] [Zn(NH3)2++] K2 = [Zn(NH3)++] [NH3] [Zn(NH3)3++] K3 = [Zn(NH3)2++] [NH3] [Zn(NH3)4++] K4 = [Zn(NH3)3++] [NH3] Constante de formación global También se utiliza esta otra clase de constantes de equilibrio que corresponde a las reacciones globales.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. diamina. Para el ejemplo se tiene: Zn++ + NH3 Zn++ + 2 NH3 Zn++ + 3 NH3 Zn(NH3)++ Zn(NH3)2++ Zn(NH3)3++ 64 . respectivamente. donde para este ejemplo el subíndice n toma un valor para indicar el número de ligandos amoníaco adicionados a un complejo que contiene n-1 moléculas de amoníaco. Kn. de un determinado complejo. K3 = 251 y K4 = 112. donde el subíndice n representa el número total de ligandos adicionados al ión zinc. A partir de dicha relación se ha establecido lo siguiente: β1 β2 β3 β4 = = = = K1 K 1 K2 K 1 K2 K3 K 1 K2 K3 K4 En la práctica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. [Zn(NH3)++] β1 = [Zn++] [NH3] [Zn(NH3)2++] β2 = [Zn++] [NH3]2 [Zn(NH3)3++] β3 = [Zn++] [NH3]3 [Zn(NH3)4++] β4 = [Zn++] [NH3]4 Se observa claramente que existe una relación entre las constantes. 65 . K2 = 219. Ejercicio: Para el complejo zinc-tetra amina se conoce que K1 = 186. β. los valores de las constantes. pueden utilizarse para hallar las concentraciones molares de cada una de las especies químicas presentes en el equilibrio. K y las constantes. K. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Zn++ + 4 NH3 Zn(NH3)4++ Contenido didáctico del curso Química Ambiental Para las respectivas constantes de equilibrio se utiliza el símbolo β n. 00100 M. en función de su respectiva relación con las constantes K. Zn(NH3)3 concentraciones en el equilibrio del amoníaco y el Zn ++ son respectivamente 0.00 x 10-3) (1. se puede encontrar que: [Zn(NH3)++] = β1 [Zn++] [NH3] [Zn(NH3)++] = 186 (1. β.0100 y 0. con base en la expresión de la constante β 1.15 x 10-2 M ¡Desarrolle paso a paso el ejercicio y verifique que encuentra los valores correctos! 3.86 x 10-3 M Para las demás especies se sigue un procedimiento igual usando.5. Zn(NH )++. Los valores se calculan de la siguiente manera: Para la especie Zn(NH3)++. Reacciones de precipitación El estudio del equilibrio en reacciones de precipitación tiene relación con el concepto de solubilidad. según corresponda. Producto de solubilidad El equilibrio de este tipo de reacciones se puede representar de manera general de la manera siguiente: 66 .5. Zn(NH y Zn(NH3)4++.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. las expresiones de las constantes β 2. y se presenta en sales que se conocen como “insolubles” pero que en realidad poseen una muy ligera pero medible solubilidad en agua.00 x 10-2) [Zn(NH3)++] = 1. Respuestas: [Zn(NH3)2++] = 4. 3. de cada una de ++ ++ Contenido didáctico del3curso Química3)Ambiental las especies. en el equilibrio. ACTIVIDAD # 6: Para el ejemplo anterior halle las concentraciones de las especies restantes.1.08 x 10-3 M [Zn(NH3)3++] = 1. β3 y β4 y hallando los valores de cada constante. sabiendo que las 2 .02 x 10-2 M [Zn(NH3)4++] = 1. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se requiere conocer las concentraciones molares. Las concentraciones individuales del catión y del anión pueden modificarse añadiendo sales solubles.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. a una determinada temperatura. y en la Tabla 4 aparecen los valores del producto de solubilidad: AgCl(s) Ag+ (acu) + Cl.(acu) Ksp = [Ca2+] [CO32-] FeS(s) Fe2+ (acu) + S2-(acu) Ksp = [Fe2+] [S2-] BaSO4(s) Ba2+ (acu) + SO42. Para este tipo de reacciones la constante se denomina constante del producto de solubilidad o simplemente producto de solubilidad y se representa con el símbolo Kps.(acu) Ksp = [Ba2+] [SO42-] 67 .(acu) Ksp = [Al3+] [OH-]3 Ca3(PO4)2(s) 3Ca2+ (acu) + 2(PO4)3. pero el producto de solubilidad. permanece constante. Cuando se establece este equilibrio la solución está saturada y el producto de solubilidad corresponde al producto de las concentraciones del catión y el anión en la solución saturada.(acu) Ksp = [Ag+] [Cl-] Al(OH)3(s) Al3+ (acu) + 3OH. A continuación se presentan las reacciones y expresiones de equilibrio de algunas sales “insolubles”.(acu) Ksp = [Ca2+]3 [PO4-3]2 CaCO3(s) Ca2+ (acu) + CO32. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental M+ + X- MX(s) Contenido didáctico del curso Química Ambiental Sal “insoluble” catión anión La constante de equilibrio para esta reacción es: Kc = [M+] [X-] = Kps La sal como es un sólido puro se omite en la expresión de equilibrio. de algunas sales El producto de solubilidad se puede utilizar para determinar si es posible o no es posible precipitar una sal cuando los iones tienen una concentración determinada. la solución está saturada Únicamente para las situaciones 2 y 3 es posible la precipitación de la sal. La reacción es: BaSO4(s) Ba2+ + SO42- Kps = 1. la solución está sobresaturada 3) Q = Ksp.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Existen tres situaciones posibles de valores de Q frente a los valores de Ksp: 1) Q < Ksp. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tabladidáctico 4.010 M. Productos solubilidad. la solución no está saturada 2) Q > Ksp.005 M y sulfato de sodio (Na2SO4) 0.08 x 10-10 Según los datos del problema las concentraciones iniciales son: [Ba] = 0. Contenido del cursode Química Ambientalen agua. a 25°C.005 M [SO4] = 0. Ejercicio: Se quiere determinar si el sulfato de bario (BaSO 4) precipitará en una solución que contiene cloruro de bario (BaCl2) 0. Para esto los valores de concentración de los iones se sustituyen en la expresión de equilibrio (Kps) y se determina Q (cociente de la reacción).010 M 68 . luego el sulfato de bario puede precipitar en esta solución 3. el Kps del AgCl es 1.74 x 10-10. Solubilidad y producto de solubilidad La solubilidad y el producto de solubilidad no se deben confundir. es la solubilidad del AgCl en agua a 25°C.010] = 5 x 10-5 Contenido didáctico del curso Química Ambiental Q > Kps. se considera una solución acuosa de NaCl al 0.74 x 10-10 = x2 1.015 + x 69 . la solubilidad del AgCl en esta solución será: AgCl(s) Ag+ + Clx + 0. se puede calcular la solubilidad de esta sal en agua pura y en una solución de NaCl a una concentración determinada. se tiene: 1. Si denominamos esta concentración con la letra x.2. Luego: AgCl(s) Ag+ + Cl- Ksp = [Ag+] [Cl-] 1. a 25°C. con base en el valor del producto de solubilidad del cloruro de plata. La solubilidad de una sal es la cantidad máxima de la sal que se puede disolver en una cantidad determinada de solvente y a una temperatura específica.32 x 10-5 = x Entonces. el producto de solubilidad por ser una constante de equilibrio depende únicamente de la temperatura.74 x 10-10 = x. AgCl. Si ahora en lugar de agua pura. La presencia de otras sustancias puede afectar la solubilidad. se puede calcular el otro. x 1. Donde la concentración de los iones plata es igual a la de los iones cloruro. existe una relación entre solubilidad y producto de solubilidad.32 x 10-5 moles / L. si se conoce el valor de uno de estos parámetros.005] [0. 1.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.015 M. Según la Tabla 4.5. Por ejemplo. De todas maneras.74 x 10-10 = [Ag+] [Cl-]. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Q = [Ba] [SO4] Q = [0. compuestos orgánicos Los conceptos anteriores permiten establecer sintéticos.16 x 10-8 moles / L. se puede aproximar a 0. En la lección 1 se estableció que el agua no se encuentra como sustancia químicamente pura. Solubilidad que es mucho menor que la encontrada para agua pura. Entonces: 1. agentes biológicos. Las reacciones de precipitación-solubilización tienen aplicación y son importantes en los tratamientos de aguas potables y de aguas residuales. metales traza. cuya forma más general desde el punto de vista ambiental.015 M.16 x 10-8 = x Luego 1.015 + x) Química Ambiental Contenido del curso Considerando que la mayor contribución de iones cloruro proviene del NaCl el término (0. agentes químicos. es la solubilidad del AgCl en una solución acuosa de NaCl al 0. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental y. Con base en la composición y usos del agua se puede establecer el concepto de contaminación del agua. bionutrientes. 4.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. sino que presenta gran cantidad de especies químicas en forma de soluciones.1. Igualmente se estableció que el agua se puede destinar a diferentes usos.015 + x). eutrofización. suspensiones y dispersiones coloidales. Existen diversas definiciones.74 x 10-10didáctico = x (0.015) 1. metales pesados. agentes físicos. 70 . Lección 4: Contaminantes químicos del agua PALABRAS CLAVE: agentes contaminantes.015.74 x 10-10 = x (0. 1. El fenómeno anterior se conoce como el efecto del ión común porque el descenso en la solubilidad se origina por la adición de una sal que contiene un ión común con la sal “insoluble”. significa cualquier desviación a partir de un estado normal. Concepto de contaminación del agua. la agricultura. de las Naciones Unidas. 1961: “Un agua está contaminada cuando se ve alterada en su composición o estado.E. haciéndola impropia o peligrosa para el consumo humano. generalmente provocada por el hombre. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Así mismo algunas organizaciones internacionales han divulgado sus definiciones. para los que sería apta en su calidad natural” Carta del agua del Consejo de Europa.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. la industria. Clasificación de los contaminantes La clasificación más difundida. la pesca y las actividades recreativas. algunas de las cuales se presentan a continuación: Contenido didáctico del curso Química Ambiental C. A partir de las anteriores definiciones se puede concluir que la contaminación del agua se establece a partir de las siguientes premisas:  El referente es la composición natural del agua  La medición de la contaminación está relacionada con el uso al que está destinada el agua. Organización Mundial de la Salud: “Debe considerarse que un agua está polucionada. y la que se considera en este texto.2. directa o indirectamente. 4. Existen tres grandes grupos de agentes: físicos. 71 . químicos y biológicos.  El origen de la contaminación es la actividad antropogénica directa o indirecta.E. así como para los animales domésticos y la vida natural”. como consecuencia de la actividad humana. de la calidad del agua. cuando su composición o su estado están alterados de tal modo que ya no reúnen las condiciones a una u otra o al conjunto de utilizaciones a las que se hubiera destinado en su estado natural”. 1968: “La contaminación consiste en una modificación. de tal modo que quede menos apta para uno o todos los usos a que va destinada. corresponde a aquella que considera la naturaleza de los agentes que la producen. 2. El calor. se disminuye el tiempo de vida.  Incremento en la velocidad de las reacciones químicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental La atención se centrará en los agentes químicos. o contaminación térmica. pero previamente se hará una mención corta a los otros dos tipos de agentes. de forma aproximada. La solubilidad de los gases en H2O disminuye con el aumento de la temperatura. Agentes físicos.1. incluida la de los procesos metabólicos. 4. Algunas de las condiciones que se ven afectadas son el intervalo de velocidades en el que los procesos metabólicos son viables.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Igualmente. así una mayor velocidad de respiración implica una mayor didsponibilidad de oxígeno. Se ha establecido. en consecuencia. Este tipo de contaminación proviene del agua caliente liberada de centrales eléctricas y procesos industriales y vertida en los sistemas acuosos después de ser utilizada como refrigerante. La concentración de saturación del O2 disminuye alrededor de 25% por un aumento de 10°C en la temperatura del agua. Otro efecto es la variación en la cantidad y calidad del 72 .  Alteración de las condiciones favorables de vida para los organismos acuáticos. con una mayor velocidad de bombeo de agua por las branquias de los organismos se favorece la exposición a sustancias tóxicas disueltas y. que la velocidad de una reacción se duplica con un aumento de temperatura de 10°C. lo cual no se favorece con el aumento de temperatura del agua. Los efectos principales del calor son los siguientes:  Disminución de la solubilidad del O2. Este aspecto está muy relacionado con los dos efectos mencionados anteriormente. afecta las propiedades fisicoquímicas de los sistemas acuosos y en consecuencia puede inducir cambios medio ambientales. por lo cual algunos investigadores califican este efecto como indirecto y de largo plazo. Agentes biológicos La contaminación de los cuerpos de agua por organismos tales como bacterias. la disentería. conduce a la extinción de esos organismos.2. 4. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental alimento de los organismos: a temperaturas entre 30-35°C se favorece el crecimiento de algas verdeazuladas mientras que se disminuye el de las Contenido didáctico Química Ambiental algas verdesdel y curso las diatomeas que constituyen el alimento de los organismos autóctonos. hepatitis infecciosa y amibiasis.2. Agentes químicos Estos agentes se pueden a su vez subdividir en tres grandes grupos: 73 . Las enfermedades más comunes producidas por estos microorganismos son la tifoidea. virus y protozoarios tiene origen en las descargas que contienen desechos de personas infectadas y en las de lodos de procesos biológicos de tratamientos de agua. esta situación. en el largo plazo.2. el cólera.3. 4.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. + H2O HCN (g) + OH- Kb = 1. formándose el HCN que es un ácido débil.7 x 10-5 Tanto el CN. la salinidad y la toxicidad.5 mg/L.da lugar a la reacción de hidrólisis. Los organismos que se ven más afectados son los que viven en aguas blandas debido a que la biodisponibilidad del ión fluoruro disminuye con la dureza de las aguas. Sin embargo. factorías de aluminio. Inorgánicos LaContenido presencia de contaminantes enAmbiental los sistemas acuosos en forma de sales. En agua el CN.3. se detienen sus procesos metabólicos. además la erosión de depósitos minerales. industrias cerámicas y. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 4. Metales. ácidos didáctico del curso Química y metales tiene los siguientes efectos principales.2.como el HCN son compuestos altamente tóxicos debido a que se enlazan a la enzima ferricitocromo oxidasa. Anión fluoruro. plantas acuáticas. A continuación se presentan las fuentes y características principales de algunos de estos contaminantes inorgánicos. la cual cataliza el proceso de fosforilación oxidativa que impide el suministro de O2 a las células y. Las emisiones gaseosas y de cenizas con cianuro pueden llegar a los cuerpos de agua por difusión. descargas de fábricas de abonos.2-1.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. consecuentemente. incremento de la acidez. volátil.se utiliza en electrodeposición.01-0. El fluoruro es tóxico para las algas.1. deposiciones seca y húmeda y transporte desde largas distancias. Se establece el siguiente equilibrio: CN. En cuerpos de agua dulce no contaminados su concentración varía entre 0. El CN. invertebrados y peces en los sistemas de agua dulce y marinos. extracción de oro. La quema de biomasa es una de las fuentes principales de HCN. Anión cianuro.3 mg/L y en sistemas marinos entre 1. estos valores se pueden aumentar de 10 a 100 veces debido a actividades antropogénicas tales como la adición de fluoruros al agua potable. Desde el punto de vista de la química los metales se pueden agrupar en dos subcategorías: los livianos y los de transición. 74 . limpieza de metales y es un subproducto de las fábricas de coque y de gas. En la Figura 13. comparativamente con los livianos) y son útiles como materiales estructurales.1% (1000 mg/kg). A esta subcategoría pertenecen los grupos localizados hacia el centro de la tabla periódica con la letra B. por lo cual también se les denomina metales pesados (con densidad alrededor de cinco veces mayor que la del agua). la utilización del término metales pesados para referirse a la contaminación por metales. erróneamente. una densidad alta. la cual para esta categoría se ha establecido como igual o menor al 0. A esta subcategoría pertenecen los Contenido grupos 1A didáctico y 2A. se utiliza el término metal traza para indicar la abundancia natural en la corteza terrestre. Con el fin de tener claridad respecto a los resultados e interpretaciones respecto a trabajos sobre contaminación por agentes químicos. 75 . es útil conocer algunos de los términos comúnmente utilizados para referirse a los metales. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los metales livianos tienen una densidad baja.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Los metales traza son importantes desde el punto de vista de contaminación ambiental debido a sus efectos sobre los organismos vivos. sin distinguir entre las subcategorías. En estudios ambientales se ha generalizado. no reaccionan fácilmente. Por otra parte. del curso Química Ambiental Los metales de transición tienen dureza elevada. se presentan los metales que se consideran traza. son químicamente muy reactivos y no sirven como materiales estructurales. específicamente Pb. como consecuencia de actividades antropogénicas tales como. industrias metalúrgicas. Química Ambiental. H. en cantidades mínimas. Contaminación del aire y del agua.cordoba/asignaturas/postgrado/contaminantes/doc/met ales. Hg y Cd. del U. Dept. de pinturas. Abundancia de metales traza en la corteza terrestre15 Los metales traza participan en los ciclos naturales que van desde las rocas al suelo. minería. en el siguiente sitio web: http://www. más aún. S. Estos metales empiezan a ser contaminantes por el aumento de sus concentraciones.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. En consecuencia. S. Parker. por tanto.uhu. nuevamente a las rocas. citado por: Stoker. textiles. aplicación de abonos y refinerías. de ahí a los organismos vivos. es de esperar que se encuentren concentraciones naturales muy bajas de estos metales en los alimentos y el agua potable y que. luego. de curtiembres. los organismos vivos requieren varios de estos metales para sus procesos metabólicos. los organismos vivos estén expuestos a ellos. 76 . fabricación de vidrio. al agua y a los sedimentos y. of the Interior. y Seager. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 13. ACTIVIDAD # 7: profundice en el tema de contaminación por metales traza.pdf Elementos radiactivos 15 Basada en datos publicados en “Composition of the Earth’s Crust” por Raymond L.es/francisco. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los cuerpos de aguas naturales presentan algún grado de radiactividad proveniente de la presencia de isótopos radiactivos naturales tales como el 40K y 87 Contenido del curso Ambiental Rb. Sin didáctico embargo. Orgánicos Bajo esta denominación se agrupan los compuestos formados principalmente de carbono. las Química actividades antropogénicas que involucran procesos nucleares con fines industriales y farmacológicos van en aumento. Estos compuestos se descargan en los 77 . por lo cual la preocupación actual gira en torno a la contaminación de los organismos acuáticos.2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. El hombre también puede ingerirlos a través de las aguas de bebida. que pueden transferir los radioisótopos al hombre a través de los alimentos. Los isótopos radiactivos solubles tienden a acumularse a lo largo de las cadenas tróficas.2. En la Tabla 5 se presentan algunos de los radioisótopos presentes en sistemas acuosos naturales. hidrógeno. con el consecuente incremento de la radiactividad de las aguas. oxígeno y nitrógeno.3. TABLA 5. Materiales radiactivos presentes en sistemas acuosos RADIOISÓTOPO PROCEDENCIA 226 Ra 210 Pb Desintegración del 238U 230 Th 90 Sr 131 I Reactores y armas nucleares (fisión) 137 Cs C Reacción de N2 con neutrones cósmicos Si Fisión nuclear del argón atmosférico por colisión con rayos cósmicos 14 32 40 K Desintegración natural H Acción de rayos cósmicos sobre gases atmosféricos 3 4. Detergentes. existe una relación entre la cantidad de materia orgánica presente en el agua y la cantidad de oxígeno que se requiere para lograr su oxidación. El surfactante es un agente humectador que disminuye la tensión superficial del agua. Un detergente contiene diversos tipos de compuestos: surfactante. en la cual se utiliza un agente oxidante fuerte. lo cual facilita que ésta penetre más en el tejido textil. A este grupo pertenecen también los productos derivados del petróleo. Otra prueba utilizada es la Demanda Química de Oxígeno (DQO). Las principales fuentes de generación de contaminación por materia orgánica son los drenajes sanitarios y las industrias alimenticias y de celulosa. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental cuerpos de agua en forma de materia orgánica. estructurador y varios. Los surfactantes comúnmente utilizados son los sulfonatos de alquilo lineales (SAL) como el dodecilbencenosulfonato de sodio. difíciles de degradar por los microorganismos y que por tanto permanecen por períodos de tiempo largo en el agua. 78 . para uso industrial como disolventes. En el proceso de degradación de la materia orgánica los microorganismos utilizan el oxígeno disuelto en el cuerpo de agua y. El grupo de compuestos orgánicos sintetizados se utilizan principalmente como detergentes. Además. para oxidar la materia orgánica. El estructurador es un agente secuestrante que se unen a los iones Ca2+ y Mg2+ presentes en el agua dura. para que no interfieran en la acción del surfactante. enQuímica un gran porcentaje sintetizadas por el hombre. y en forma de estructuras Contenido didáctico del curso Ambiental moleculares complejas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. como el ión dicromato (Cr2O72-). que puede ser utilizada por los microorganismos para sintetizar nuevos compuestos. La cantidad de materia orgánica se determina mediante una prueba denominada Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). desengrasantes y para fabricación de plásticos. como pesticidas en agricultura. limpiadores. por su carácter dipolar sirve de puente entre las partículas de suciedad y el agua. por lo tanto. agentes antiredeposición y productores de brillo. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los ingredientes varios son compuestos como perfumes. de acuerdo con la composición y la estructura química.+ H2O 2 H2PO4 2. para convertirse en ortofosfatos que no son tóxicos. moluscicidas y nematocidas. Por otra parte. eran los polifosfatos. Los problemas de contaminación generados por los detergentes se relacionan con los estructuradores que aunque se degradan lentamente. Estos compuestos de acuerdo con el uso se clasifican de la manera siguiente:  Insecticidas  Fungicidas  Herbicidas  Plaguicidas específicos: rodenticidas. Hoy en día. sí contienen fósforo que se halla involucrado en el proceso de eutrofización. su utilización está prohibida en la mayoría de los países debido a su alto grado de toxicidad. hasta hace un tiempo.+ H2PO4 –. enzimas. Con el fin de disminuir la problemática relacionada con la eutrofización. de los cuales el pionero fue el DDT. mediante la siguiente reacción de hidrólisis (ejemplo con el tripolifosfato). 79 . entre los pesticidas están los hidrocarburos clorados. Pesticidas. como el tripolifosfato de sodio. P3O10 5.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los estructuradores comúnmente utilizados. se ha tratado de sustituir los polifosfatos y se han estudiado compuestos como la sal de sodio del ácido nitrilotriacético. se presentan algunas estructuras de hidrocarburos clorados.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental La estabilidad química de estos compuestos los hace persistentes y poco específicos. su carácter hidrofóbico hace que se acumulen en los tejidos Contenido didáctico Químicatrófica Ambiental grasos. A continuación. 80 . a lo largo del decurso la cadena y a través del tiempo. Además. en un proceso de bioacumulación. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental 81 . además.org/docrep/W2598S/w2598s06. en Contenido curso Química Ambientalse puede sustituir por átomos de cloro.htm http://www. Estos nutrientes llegan a los cuerpos de agua a través de las corrientes procedentes de las cuencas fluviales que arrastran suelo y nutrientes disueltos. y algunas cantidades de ellos son transportados por las aguas de percolación de las tierras de cultivo. los nitratos y los fosfatos son los fertilizantes más utilizados.2. No obstante. el aporte de nutrientes se ha ido incrementando a lo largo del tiempo. 82 .uy/posdata/drit. Por otra parte. en el siguiente sitio web: http://iibce.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.3. Bionutrientes En condiciones naturales. en los sistemas de agricultura intensiva.3.htm 4. los que un didáctico número del variable de hidrógenos La toxicidad de los BPC asociada con efectos agudos varía según el grado de cloración. algunos procesos atmosféricos también aportan nutrientes al agua. elementos que forman parte de los nutrientes requeridos para el crecimiento vegetal. ACTIVIDAD # 8: complemente el tema de contaminación por pesticidas o plaguicidas. como consecuencia de la actividad antropogénica. los sistemas acuosos tienen contenidos relativamente bajos de N y P. Otras fuentes de nitratos y fosfatos son las aguas residuales domésticas y comerciales y los desechos industriales.fao.edu. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los policloro bifenilos (BPC) son otro tipo de hidrocarburos clorados y estructuralmente están constituidos por un sistema de dos anillos bencénicos.  Como consecuencia de los aspectos anteriores.000 habitantes.000 habitantes.500.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. lo cual disminuye la actividad fotosintética por la falta de luz. Ejercicio: Los organismos ambientales deciden adelantar un estudio de muestras de agua recolectada a la entrada de los acueductos locales (justo antes de que se inicie el tratamiento en el respectivo acueducto). en forma desproporcionada. para cada municipio. se solicita a los participantes en el estudio establecer. La eutrofización trae consigo diversas consecuencias. y población del área rural dedicada al cultivo de flores. Municipio 3: Población total: 2. con 50% de la población del área urbana dedicada al comercio y población del área rural dedicada a la agricultura. tales como CH4 y H2S. con 30% de la población en el área urbana dedicada al comercio y población del área rural dedicada a la minería y producción de cerámicas. con la consecuente proliferación fitoplancton Contenido didáctico del cursodel Química Ambientalque se conoce como eutrofización de los medios acuosos. principalmente nitratos y fosfatos.000 habitantes. que tipos de contaminantes químicos se podrían esperar como característicos de sus actividades y comparar entre municipios el predominio relativo de los contaminantes. en tres municipios. con 80% de la población del área urbana dedicada a las industrias alimenticias. aumenta sus cantidades en los cuerpos de agua. Solución: 83 . metalúrgicas y de pinturas. así:  Pérdida de transparencia del agua. Previo al análisis en el laboratorio de las muestras.  Aumenta la descomposición de la materia orgánica. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental La suma de aportes de nutrientes. con las siguientes actividades económicas principales: Municipio 1: Población total: 200. Municipio 2: Población total: 800.  La disminución del oxígeno origina la muerte de los organismos aerobios y da lugar a condiciones anóxicas y reductoras que favorecen las reacciones de fermentación y la producción de gases tóxicos. disminuye la concentración de oxígeno disuelto. se han estudiado los temas relacionados con las propiedades del H2O. Análisis comparado de los municipios: En las tres muestras de agua se espera presencia de materia orgánica procedente de las aguas residuales domésticas. especialmente Contenido didáctico del curso Química Ambiental metales y aniones fluoruro y cianuro. estos últimos adicionados en forma de fertilizantes nitrogenados y fosfatados. El otro tipo de contaminante común a los municipios 1 y 3. su concentración será mayor para el municipio 3 por el número de habitantes y el aporte adicional de las industrias alimenticias. Esto implica que un agua requiere una caracterización para determinar los atributos biológicos. junto con las lecciones anteriores. las reacciones características de los sistemas acuosos y los principales contaminantes. cuya presencia se esperaría por el uso de detergentes. lo cual hace posible abordar el tópico de caracterización y calidad del agua. Las mismas consideraciones aplican para la presencia de compuestos orgánicos sintetizados. por lo que se esperaría presencia de contaminantes orgánicos sintéticos representados principalmente por pesticidas y por contaminantes del tipo bionutrientes (N y P). los metales. 84 . En el municipio 2 una actividad importante es la agricultura.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Lección 5: Parámetros químicos de calidad del agua Los parámetros de calidad del agua se establecen de acuerdo con el tipo de uso al cual se destine. por lo tanto se esperaría presencia de contaminantes inorgánicos. físicos y químicos que definen su aptitud de uso. En el municipio 3 es la actividad industrial en ramas específicas que indicarían la presencia de materia orgánica y de metales. La concentración menor sería la del municipio 1. pero se requeriría información más detallada sobre intensidad de la explotación minera y producción de las industrias Al finalizar esta lección. en principio se esperaría mayor para el municipio 3. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Análisis por municipio: En el municipio 1 la actividad principal es la minería. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se han establecido unos análisis básicos del agua que permiten la caracterización y. individuales o colectivas. Preservación de flora y fauna: comprende la utilización en actividades destinadas a mantener la vida natural de los ecosistemas acuáticos y terrestres y de sus ecosistemas asociados. del Ministerio de Agricultura. o Fabricación o procesamiento de drogas. cosméticos. Consumo humano y doméstico. c. aditivos y productos similares. o Bebida directa y preparación de alimentos para consumo inmediato. b. crecimiento. Agrícola: comprende su empleo para irrigación de cultivos. Recreativo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. e. tales como higiene personal y limpieza de elementos materiales o utensilios.1. Estos análisis seQuímica presentan en el capítulo 3. como en los deportes náuticos y la pesca. Clasificación de usos del agua en Colombia La información que se presenta a continuación se basa en la normatividad existente en el país. Se consideran los siguientes usos del agua: a. suministran información para definir los tratamientos. cuando estos se Contenido didáctico del curso Ambiental requieran. o Contacto secundario. Pecuario: comprende su empleo para el consumo del ganado en sus diferentes especies y demás animales. Comprende su utilización cuando se produce: o Contacto primario. 5. sin causar alteraciones sensibles a ellos. para la clasificación de usos del agua: Decreto 1594 de 1984. Contempla su empleo en actividades tales como: o Fabricación o procesamiento de alimentos en general y en especial los destinados a su comercialización o distribución. como en la natación y el buceo. lección 15. tal como en los casos de pesca y acuicultura. medicamentos. 85 . d. extracción y aprovechamiento de especies hidrobiológicas en cualquiera de sus formas. Capítulo III. además. o Satisfacción de necesidades domésticas. o para actividades que permitan la reproducción. Artículos 29-36. supervivencia. Comprende su empleo en actividades tales como: Procesos manufactureros de transformación o explotación.05 mg / L Expresados como CN Cobre 1.01 mg /L Expresados como Pb Selenio 0. 5.0 Antimonio 0. Contenidoodidáctico del curso Química Ambiental o Generación de energía.03 mg /L Expresados como Cd Cianuro libre y disociable 0. Transporte: comprende su empleo para la navegación de cualquier tipo de embarcación o para la movilización de materiales por contacto directo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental f.02 mg /L Expresados como Ni Plomo 0.0 mg /L Expresados como Cu Cromo total 0.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.7 mg /L Expresados como Ba Cadmio 0. Parámetros químicos de calidad del agua para consumo humano La Resolución 2115 de 2007 del Ministerio de Protección Social y el Ministerio de Ambiente establece que el agua para consumo humano no podrá sobrepasar los valores máximos aceptables para los siguientes parámetros: PARÁMETRO Conductividad pH VALOR MÁXIMO ADMISIBLE OBSERVACIONES 1000 µS/cm 6.2 mg /L Expresados como THMs - 86 . o Minería g.02 mg /L Expresados como Sb Arsénico 0.5 – 9. Industrial.2.05 mg /L Expresados como Cr Mercurio 0.001 mg /L Expresados como Hg Níquel 0.01 mg /L Expresados como Se Trihalometanos totales 0.01 mg /L Expresados como As Bario 0. 5 mg /L - - - - 3+ -2 Expresados como Zn -3 Expresados como PO4 No se acepta película visible de grasas y aceites flotantes. Artículo 40. radioisótopos y otros no removibles por tratamiento convencional que puedan afectar la salud humana 5.07 mg /L Expresados como Mo Sulfatos 250 mg /L Expresados como SO4 Zinc Fosfatos 3 mg /L 0.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.1 mg /L Expresados como Mn Molibdeno 0. Capítulo IV.0 mg /L Expresados como F Calcio 60 mg /L Expresados como Ca Alcalinidad total 200 mg /L Expresados como CaCO3 Cloruros 250 mg /L Expresados como Cl Aluminio 0. 87 . Para algunos parámetros que el decreto no establece valores.0 mg /L Expresados como COT Nitritos 0.3 mg /L Expresados como Fe Magnesio 36 mg /L Expresados como Mg Manganeso 0. Parámetros químicos de calidad del agua para uso agrícola El Decreto 1594 de 1984.3. se reportan datos de uso a nivel internacional. materiales flotantes provenientes de actividad humana. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Hidrocarburos aromáticos policíclicos 0.1 mg /L Expresados como NO2 Nitratos 10 mg /L Expresados como NO3 Fluoruros 1.01 mg /L Expresados como HAP Contenido didáctico Carbono orgánico totaldel curso Química Ambiental 5. del Ministerio de Agricultura establece los siguientes parámetros admisibles.2 mg /L Expresados como Al Dureza total 300 mg /L Expresados como CaCO3 Hierro total 0. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.1 mg /L Expresados como Be Cadmio 0.2 mg /L Expresados como Cu Cromo 0. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO VALOR ADMISIBLE Contenido didáctico del curso Química Ambiental Conductividad 100 .5 mg /L Expresados como Li Manganeso 0.02 mg /L Expresados como Se Flúor 1.01 mg /L Expresados como Cd Cobre 0.2 mg /L Expresados como Mn Molibdeno 0.250 µS/cm OBSERVACIONES Puede usarse para riego de la mayoría de los cultivos.01 mg /L Expresados como Mo Vanadio 0.2 mg /L Expresados como Ni Plomo 5.0 mg /L Expresados como F Hierro 5.0 mg /L Expresados como Pb Selenio 0.3 – 0.1 mg /L Expresados como V Zinc 2 mg /L Expresados como Zn Boro 0. 60 Dpto.05 mg /L Expresados como Co Níquel 0.0 Aluminio 5. Conductividad 88 .4 mg /L +6 Expresados como B.1 mg /L Expresados como Cr Cobalto 0. en casi cualquier tipo de suelo (manual No. de Agricultura USA).0 mg /L Expresados como Fe Litio 2.0 mg /L Expresados como Al Arsénico 0. Depende del tipo de suelo y de cultivo Se deben hacer mediciones sobre las siguientes características: a.1 mg /L Expresados como As Berilio 0.5 – 9. pH 4. Relación de adsorción de sodio (RAS) que indica los riesgos de salinización y alcalinización de los suelos Contenido didáctico del curso Química Ambiental c. del Ministerio de Agricultura establece los siguientes parámetros admisibles.05 mg /L Expresados como Cd Cobre 0.1 mg /L Expresados como Pb Contenido de sales 3.2 mg /L Expresados como As Boro 5. Salinidad efectiva y potencial e. entonces.0 mg /L Expresados como N Nitratos + Nitritos 100. PARÁMETRO VALOR ADMISIBLE OBSERVACIONES Arsénico 0.000 mg /L Peso total Nitrito 10. Carbonato de sodio residual f. Niveles excesivos de salinidad en el agua de riego reducen la disponibilidad de agua para el cultivo (debido a la presión osmótica) y esto causa la reducción del rendimiento.0 mg /L Expresados como B Cadmio 0. está directamente relacionada con la concentración de sales disueltas en el agua. Artículo 41. Porcentaje de sodio posible (PSP) d. Capítulo IV. Radionucleídos El parámetro conductividad se refiere a la conductividad eléctrica que refleja la capacidad del agua para conducir corriente eléctrica y. por tanto.0 mg /L Expresados como Al Aluminio 6+ 89 . una medida de la salinidad.0 mg /L Expresados como N 5.01 mg /L Expresados como Hg Plomo 0.0 mg /L Expresados como Cr Mercurio 0.5 mg /L Expresados como Cu Cromo 1.4. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental b.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. La medición de la conductividad eléctrica del agua es. Parámetros químicos de calidad del agua para uso pecuario El Decreto 1594 de 1984. 5. del Ministerio de Agricultura establece los siguientes parámetros admisibles. Parámetros químicos de calidad del agua para fines recreativos.0 pH Oxígeno disuelto Tensoactivos 70% de saturación 0. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Zinc 25. mediante contacto secundario El Decreto 1594 de 1984. PARÁMETRO Compuestos fenólicos VALOR ADMISIBLE 0.6. produzcan reacciones adversas sobre la salud humana. PARÁMETRO pH Oxígeno disuelto Tensoactivos VALOR ADMISIBLE OBSERVACIONES 5. Artículo 42. presencia de material flotante proveniente de actividad humana. sustancias tóxicas o irritantes cuya acción por contacto. Capítulo IV. ingestión o inhalación. 5. Parámetros químicos de calidad del agua para fines recreativos.5 mg /L Expresados como sustancias activas al azul de metileno No se acepta película visible de grasas y aceites flotantes. Artículo 43.0 mg /L Expresados como Zn Contenido didáctico del curso Química Ambiental 5.0 – 9.002 mg /L OBSERVACIONES Expresados como fenol 5.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Capítulo IV.0 70% de saturación 0. El nitrógeno y el fósforo deberán estar en proporción que no cause eutrofización. mediante contacto primario El Decreto 1594 de 1984.0 – 9. del Ministerio de Agricultura establece los siguientes parámetros admisibles.5 mg /L Expresados como sustancias activas al azul de metileno 90 .5. 0 Uso agrícola 4. Solución: pH (unidades de pH): Tipo de uso del agua Valor máximo permisible Consumo humano 6.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. debido a que aunque hay contacto directo con la piel. el agua va a entrar en equilibrio con la solución del suelo y la fase sólida de éste.0 – 9.0 – 9. el riesgo de ingestión está en un nivel secundario. presencia de material Contenido didáctico del curso Química Ambiental flotante proveniente de actividad humana. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Al igual que para las aguas de contacto primario: No se acepta película visible de grasas y aceites flotantes.5 – 9. sustancias tóxicas o irritantes cuya acción por contacto. el rango es más amplio.0 hasta un valor alrededor de 8.0 Observaciones El rango más estrecho es para el consumo humano. Ejercicio: El análisis de la legislación en cuanto a parámetros y valores máximos permisibles indica que estos varían según el uso al que se vaya a destinar el agua.0 Fines recreativoscontacto primario 5. ingestión o inhalación. donde los valores cercanos o mayores a 5. Fines recreativoscontacto secundario 5. Respecto a este tópico. Para los fines recreativos. identificando algunos de los parámetros más relevantes. se pide realizar un análisis comparativo. el cual es muy cercano al que exhiben las aguas naturales (no contaminadas).0 El mayor rango permisible es para uso agrícola.0 constituyen un intervalo que permite el desarrollo de un cultivo 91 . produzcan reacciones adversas sobre la salud humana.5 – 9. toda vez que en el suelo. El nitrógeno y el fósforo deberán estar en proporción que no cause eutrofización. especialmente en el contacto primario. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Contenido didáctico del curso Química AmbientalEn general.0 porque en este rango se pueden controlar los efectos en el comportamiento de otros constituyentes del agua. No se consideran que las sales tengan efectos importantes sobre la salud. No se considera como parámetro de control 92 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental promedio. se considera que el pH de las aguas tanto crudas como tratadas debería estar entre 5. El límite se establece principalmente por los efectos en el gusto que le imparten al agua 100-250 El rango a valores relativamente bajos busca evitar la salinidad.0 y 9.002 Observaciones Son tóxicos para el hombre a ciertas concentraciones y aún a valores bajos alteran las características organolépticas debido a su intenso olor y sabor desagradables. por los perjuicios en el rendimiento de los cultivos Consumo humano Uso agrícola Compuestos fenólicos (mg/L) Tipo de uso del agua Fines recreativoscontacto primario Fines recreativoscontacto secundario Valor máximo permisible 0. Conductividad (µS/cm) Tipo de uso del agua Valor máximo permisible Observaciones 1000 Presenta un valor alto respecto al del uso agrícola. Metal muy tóxico para el hombre en las formas aguda y tóxica Mayor restricción para el consumo humano.1 0.01 No aparece como parámetro de control 0.05 0. Tiene gran capacidad de bioacumulación.0 0.01 1.001 0.1 5. afecta prácticamente todos los órganos de seres humanos y animales 93 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Metales (mg/L) Valordel máximo permisible Tipo Contenido didáctico curso Química Ambiental de Consumo Uso Uso metal humano pecuario agrícola Cr Hg Pb 0.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.0 Observaciones Mayor restricción para el consumo humano. En aguas superficiales está como Cr (III) a pH < 5 y en esta forma es esencial para el hombre pues promueve la acción de la insulina y como Cr (VI) a pH > 5 y tiene efectos fisiológicos adversos Mayor restricción para el consumo humano. La concentración del ácido en la solución es 0. del ácido débil.15 M. 9) Establezca la relación entre los valores de ∆Go y K de la reacción de formación del agua y el concepto de espontaneidad. con sus valores respectivos y explique su importancia para la existencia y mantenimiento de la vida en nuestro planeta. explique qué fenómenos están representados en los siguientes puntos: N.2 x 10-10 CN. 3) Cuál es la composición química de las aguas naturales. Tenga en cuenta que la disolución de la sal produce hidrólisis básica. ¿Se puede hablar de agua pura? Justifique su respuesta. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Y EJERCICIOS Contenido didáctico del cursoPREGUNTAS Química Ambiental 1) Establezca las diferencias principales entre el comportamiento del agua y sus compuestos homólogos. energía libre de Gibbs y equilibrio químico. A que se atribuyen estas diferencias. 6) Establezca la relación entre potencial químico. Ka. 2) Enumere por lo menos cinco propiedades del agua. C. 8) Con base en el fenómeno conocido como liofilización. 10) Plantee tres ejemplos de hidrólisis del agua. explique las reacciones o cambios de fase del agua. M y A. justifique su respuesta. Determine la constante de disociación. 4) De las especies químicas presentes en el agua natural ¿Cuáles conforman soluciones? ¿Cuáles suspensiones o dispersiones coloidales? Y en cada caso ¿Cuál es su origen? 5) Establezca la relación entre los usos del agua y las denominadas aguas residuales. 65 M de NaCN.5. determine el pH. tiene un pH de 3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 12) Para la solución acuosa 0. estableciendo en cada caso las reacciones balanceadas. HA. Ka (HCN) = 6. 7) Con base en el diagrama de fases del agua.+ H2O HCN + OH94 . 11) La solución acuosa de un ácido débil. elabore una tabla que muestre los principales tipos de especie química al interior de cada grupo con la correspondiente fuente y el respectivo efecto contaminante. ocurrencia de los agentes los diferentes 14) Un agua residual contiene 8. en el agua residual después de tratada. Kps = 5.5 x 10-16 15) Para cada uno de los tres grandes grupos de agentes químicos de contaminación de las aguas. Considere procesos aeróbicos y anaeróbicos y. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 13) Enumere los principales agentes oxidantes y los reductores en el agua.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. relacione la Contenido didáctico del curso con Química Ambiental valores de pH. Se requiere tratar el agua con una solución de NaOH para precipitar el níquel. Calcule la cantidad de NaOH requerida y la concentración de Ni2+. para cada caso. expresada en ppb. Ni2+ + 2 NaOH Ni (OH)2 + 2 Na+ Tenga en cuenta que el Ni (OH)2 es poco soluble y la concentración de Ni2+ está regida por su producto de solubilidad. 95 .5 mg/L de Ni2+. Para esto es preciso tener en cuenta. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental CAPITULO 2: TRATAMIENTO QUÍMICO Contenido didáctico del curso Química AmbientalDEL AGUA Introducción El tratamiento de aguas comprende una serie de procesos que tienen como finalidad reducir o remover los contaminantes del agua. en una situación específica. electrodiálisis Los conceptos anteriores permiten establecer Debido a que la naturaleza de la contaminación presente en la aguas es uno de los determinantes fundamentales de los tipos de tratamientos de aguas existentes. Estos aspectos junto con la calidad de agua que se requiere. ósmosis inversa. física y química. determinan la clase de tratamiento que debe aplicarse. En este capítulo se hace énfasis en los procesos físico-químicos. se puede establecer una relación directa entre los procesos involucrados en los tratamientos y las diferentes clases de contaminantes. 96 . Lección 6: Procesos químicos en el tratamiento de aguas PALABRAS CLAVE: coagulación. en primera instancia. ultrafiltración. La Tabla 6 muestra dicha relación para los principales procesos físico-químicos y químicos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. los diferentes tipos de contaminantes y conocer las reacciones que tienen lugar en un sistema acuoso. la cual está determinada por el uso previsto para ella. no se presentan los conocidos como puramente físicos ni los biológicos. A los tratamientos van asociados procesos de naturaleza biológica. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tabla 6. Inorgánicas disueltas Metales Sustancias orgánicas disueltas Bionutrientes nitrogenados Bionutrientes fosforados PROCESOS FISICOQUÍMICOS Decantación X Filtración X Coagulación X Floculación X Ultrafiltración X Ósmosis inversa X Electrodiálisis X X X PROCESOS QUÍMICOS Oxidación catalítica X Cloración X Ozonización X Oxidación con aire húmedo X Precipitación X Reducción electrolítica X Extracción por intercambio iónico X X X X X 97 . Procesos utilizados en tratamientos de agua según la clase de contaminantes Contenido didáctico del curso Química Ambiental Partículas groseras y finas Partículas coloidales Sales y otras esp. flóculos (floc) susceptibles de sedimentación. para algunos de los procesos utilizados en la remoción de las partículas de diferentes tamaños se presentan sus características principales. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Extracción líquidolíquido X Contenido didáctico del curso Química Ambiental A continuación. La acción del coagulante tiene lugar a través de dos mecanismos consecutivos: 1.01mm no sedimentan rápidamente y se requieren otros procesos para su remoción. los cuales se pueden separar ya sea por sedimentación bajo la influencia de la gravedad o bien por flotación. También puede utilizarse la filtración. dependiendo de las densidades relativas de las partículas y del agua. Precipitación de los productos de baja solubilidad que forman los coagulantes.1. las cuales quedan inmersas dentro del precipitado. Este tema es de interés especial porque la presencia de sustancias sólidas constituye un problema importante de contaminación. 98 . por limo fino y bacterias.1. esto es. A todos estos sólidos se les puede aplicar el proceso de coagulación-floculación. Coagulación El proceso de coagulación propiamente dicho consiste en desestabilizar las partículas coloidales. 2. entre estos sólidos están los coloides constituidos. Para esto se adicionan coagulantes. con las partículas coloidales como núcleo de precipitación. Existen sólidos con tamaños de partícula considerados grandes (> 0. Neutralización de la carga negativa de las partículas coloidales. 6. reduciendo las fuerzas de repulsión existente entre ellas para formar agregados de mayor tamaño.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Ilustración de los mecanismos: Utilización del sulfato de aluminio (alumbre) que es el coagulante estándar en los tratamientos de agua. entre otros. especialmente sales de hierro y aluminio.01mm). Coagulación-floculación química del agua 6.1. Los sólidos con tamaños de partícula < 0. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Cuando el Al2(SO4)3 se adiciona al agua. Plantee la reacción de equilibrio que se presenta para la precipitación del hidróxido de aluminio. para los compuestos de hierro y aluminio que precipitan. Así la coagulación será óptima porque involucrará la mayoría de las partículas coloidales presentes. Debe ser rápida para que el coagulante se difunda lo más rápido posible y la neutralización sea total antes de que se forme el precipitado. También se ha observado que el pH afecta la carga de las partículas coloidales y el tiempo requerido para la formación de los flóculos. Por tanto se deben tener en cuenta las curvas de solubilidad. b) Agitación de la mezcla.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. durante el proceso de coagulación. cuyas sales son las más utilizadas como coagulantes. Afecta la solubilidad de los precipitados formados por el hierro y el aluminio. la floculación y la sedimentación. ¡Discuta su respuesta con el tutor en foro virtual! Los siguientes factores influyen en el proceso de coagulación: a) pH. El Al3+ se puede combinar con las partículas Contenido didáctico curso Química Ambiental su carga negativa: coloidales (C) paradel neutralizar parcialmente Al3+ + Al C C C C Por otra parte: Al3+ + 3 H2O Al (OH)3 + 3 H+ Las partículas coloidales inmersas en el precipitado del hidróxido de aluminio favorecen la agregación de las partículas y. por tanto. en función de pH. ACTIVIDAD # 9: considere que el agua con partículas coloidales a la que adiciona el sulfato de aluminio contiene CO2 disuelto. se comporta como un electrolito y se ioniza formando Al3+ y SO42-. 99 . 100 . Ejercicios de usos de coagulantes: 1) Uso de sulfato de aluminio (alumbre) que reacciona con la alcalinidad natural del agua para formar floc de hidróxido de aluminio. principalmente. b) La cantidad de mg/L de hidróxido de aluminio que se producen. Para una planta que utiliza 640 kg/día de sulfato ferroso. CaO. la selección del coagulante y la dosis se deben ajustar mediante ensayos de Contenido didáctico del curso Química Ambiental laboratorio. En cada caso específico de tratamiento.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 14 H2O + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 14H2O + 6CO2 En esta reacción el bicarbonato de calcio representa la alcalinidad. requerida. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental c) Tipo y cantidad de coagulante. carbonatos e hidróxidos. con pureza del 80%. calcular la cantidad de cal. Entonces: a) La relación estequiométrica indica una relación 1:3 para alumbre: bicarbonato de calcio y la masa molecular del alumbre es 594. para subir el pH) y en presencia del oxígeno disuelto del agua. Luego: Alcalinidad natural-CaCO3 = (3 x 100 g x 100 mg/L) /594 g = 51 mg /L b) La relación estequiométrica indica una relación 1:2 para alumbre: hidróxido de aluminio y la masa molecular del hidróxido de aluminio es78. calcular: a) La cantidad de alcalinidad natural que se consume. precipita como hidróxido férrico. NOTA: En aguas naturales la alcalinidad del agua se debe a la presencia de bicarbonatos. Solución: La reacción que tiene lugar es la siguiente: Al2(SO4)3. Para una planta de tratamiento que utiliza 100 mg/L de alumbre para coagular agua turbia superficial. la cual se acostumbra expresar como CaCO3 que tiene masa molecular = 100. Luego: Al(OH)3 producido = (2 x 78 g x 100 mg/L) /594 g = 26 mg/L 2) Uso de sulfato ferroso que a pH suficientemente elevado (generalmente se utiliza cal. como coagulante. Freddy Leonardo. Sede Manizales.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. que algunos denominan floculantes. o Presencia de flóculos frágiles que se fragmentan al someterse a las fuerzas hidráulicas en los estanques y filtros de arena.1.unal. Según su naturaleza los floculantes pueden ser minerales u orgánicos.2. Universidad Nacional. Acueductos y alcantarillados. Existen compuestos químicos que ayudan en la etapa de formación de los flóculos.virtual. Floculación Una vez la suspensión coloidal está desestabilizada se da inicio al proceso de floculación. Departamento de Ingeniería Civil.html 101 .edu. Los floculantes se utilizan para contrarrestar situaciones como las siguientes: o Presencia de flóculos pequeños. tales como la sílice activada y los polielectrolitos. Facultad de Ingeniería y Arquitectura. Entre los minerales están la sílice activada y los agentes adsorbentes-ponderantes y entre los orgánicos los conocidos como polielectrolitos. CaO que tiene masa molecular 56. cuyas características y usos se presentan con base en los planteamientos de Franco16. se tiene: Cal requerida = (56 g x 640 kg/día) / (278 g x 0. de sedimentación lenta. por tanto. al nivel de la velocidad de reacción y al de la calidad del flóculo. 16 FRANCO. 7H2O + 2Ca(OH)2 + ½ O2 2Fe(OH)3 + 2CaSO4 + 13 H2O Por la relación estequiométrica y teniendo en cuenta que se acostumbra expresar el hidróxido de calcio como cal. En: http://www. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Solución: LaContenido reaccióndidáctico que tiene lugarQuímica es la siguiente: del curso Ambiental 2FeSO4.80) = 161 kg/día 6. formados durante la coagulación a baja temperatura. Su acción se da.co/cursos/sedes/manizales/4080004/index. que aumenta de volumen rápidamente. generalmente. o Favorece la formación de flóculos más grandes y más densos. la utilización de la sílice activada ha disminuido debido al descubrimiento de los polielectrolitos. También presenta las siguientes desventajas: o Su preparación exige un control riguroso para evitar la gelificación.2. el carbón activado y la tierra de diatomeas. 102 . o Disminuye la cantidad requerida de coagulante. o Generar un pre-flóculo. Agentes adsorbentes-ponderantes: comprenden principalmente las arcillas. o Permite rangos más amplios de pH para una coagulación óptima. 6. Sílice activada: se obtiene a partir de una solución de silicato de sodio neutralizada parcialmente con un ácido. Este efecto se conoce como función adsorbente que se presenta con la adición de carbón activado o tierra de diatomeas.1.1. Ofrece lasAmbiental siguientes ventajas: o Aumenta la velocidad de coagulación. Cumplen las siguientes funciones: o Aumentar la densidad de flóculos ya formados.1. o Puede inhibir la floculación si se sobredosifica. se utiliza con un Contenido didáctico del curso Química coagulante de aluminio. el carbonato de calcio. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 6. Este efecto se conoce como función ponderante que se presenta con la adición de arcillas bentoníticas y el carbonato de calcio. En la actualidad. o No es eficaz en todos los tipos de agua. o Permite una coagulación más eficaz a temperaturas bajas y mejor eliminación del color. mediante la adsorción de partículas coloidales.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. o Favorece la floculación de las aguas muy turbias. o Mejora las características de la filtración. o Puede producir turbidez residual elevada. o Cuando la descarbonatación se hace con cal. en su mayoría de tipo no iónico y algunos pueden estar cargados eléctricamente. de la dureza y de la turbiedad. Su preparación a partir de monómeros (disponibles en la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas) es fácil y puede adecuarse a necesidades específicas de uso. se requieren en cantidades más altas que los sintéticos. sin que se modifique el margen de pH óptimo para la coagulación. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los naturales como el almidón. Los sintéticos tienen características similares a las de los naturales. ser bicolides. o Los polielectrolitos catiónicos si se utilizan conjuntamente con coagulantes metálicos presentan ventajas como reducción en la dosificación del coagulante. Polielectrolitos: estos compuestos orgánicos pueden ser naturales o sintéticos. pero al igual que la sílice.3. Debido a esto su acción es independiente de la acidez o alcalinidad.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Son coadyuvantes eficaces de la floculación. es aconsejable seleccionar un floculante no iónico o ligeramente aniónico o catiónico.1. Para su utilización se deben tener en cuenta los siguientes aspectos importantes: o Para los polielectrolitos aniónicos la dosis óptima aumenta linealmente con la dosificación de sulfato de alúmina. Son especialmente útiles cuando la floculación se dificulta por variaciones en la calidad del agua y por la influencia de temperaturas bajas. o En el caso de clarificación. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 6. es aconsejable seleccionar un floculante no iónico o aniónico. que si se sobrepasa produce una floculación deficiente. o Previamente a la selección de un polielectrolito. por ejemplo). pero son menos costosos. pero de acuerdo con la carga eléctrica pueden ser aniónicos. se deben realizar ensayos de laboratorio y determinar el tiempo que debe transcurrir entre la adición del coagulante y el floculante. alginatos y compuestos de celulosa se caracterizan por tener cadenas de carbono largas. disminución de interferentes sobre la coagulación y facilitan la floculación de organismos vivos (algas y bacterias. catiónicos y no iónicos. materiales proteínicos. 103 . masa molecular alta. Los polielectrolitos en general aumentan grandemente el tamaño de los flóculos. tienen una dosis óptima. o Asegura la recuperación cuantitativa de los coloides. 6. D. o Permite la remoción de sales así como la del solvente. con líquido de igual composición a la del medio dispersante. Ultrafiltración Es un proceso de filtración superior a los métodos convencionales utilizados para la concentración de soluciones coloidales debido a que: o Evita la acción desnaturalizante de los agentes de precipitación o del calor. Madrid: Editorial Alhambra. J. A. Las partículas coloidales que quedan retenidas sobre la superficie de la membrana pueden ser lavadas sucesivamente. hasta que se eliminen completamente las impurezas. 1977. por lo cual se debe tener en cuenta la legislación vigente sobre sustancias tóxicas. Existen varios tipos de membranas para aplicaciones diferentes. Una desventaja en el uso de los polielectrolitos consiste en su toxicidad potencial.001 y 0. La membrana normalmente se mantiene entre dos telas metálicas muy finas para evitar que se rompa. Existen tres tipos principales de membranas (Figura 14): o Membranas espirales que permiten que el agua a filtrar recorra toda la membrana y sea recogida en un canal central.. o Requiere de poca atención por parte del operador. cuyo diámetro debe ser inferior al de las partículas coloidales. Su aplicación tiene como límites un tamaño de partículas comprendido entre 0. o se coloca sobre un soporte muy poroso. S. de manera que puedan pasar las impurezas de naturaleza iónica o molecular y las moléculas del medio dispersante. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental o En presencia de gran cantidad de materia orgánica o cuando el valor del pH está cerca al del equilibrio es aconsejable ensayar en primer lugar un Contenido didáctico del curso Química Ambiental floculante catiónico. La ultrafiltración se basa en mecanismos de tamización y utiliza una técnica basada en el principio de exclusión por tamaño de las especies a separar.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. como una placa filtrante de vidrio17.02 µ. Se aplica presión o succión entre 2-8 atmósferas. 104 . 16. Introducción a la química de superficies y coloides.2. Reducen los costos de 17 SHAW. p. acsmedioambiente. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental energía al disminuir los requerimientos de bombeo.htm 105 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Soportan altas temperaturas y altos rangos de pH. Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Membranas tubulares (½" o 1" de diámetro). Se pueden operar a altas presiones y altas temperaturas. o Membranas de fibra hueca que proporcionan una cantidad de área de filtración muy amplia en relación con el diámetro reducido que tienen. Tubular Fibra hueca Espiral Figura 14. Trabajan muy bien en altas concentraciones de contaminantes. su limpieza puede ser tanto química como mecánica y su taponamiento es mínimo.com/LoNuevo/membranas. Tipos de membranas para ultrafiltración18 18 http://www. de determinado espesor. El desarrollo alcanzado en los últimos años por las membranas semipermeables presenta una solución muy ventajosa como consecuencia de su bajo costo operativo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Representación del fenómeno de ósmosis inversa vs. Se obtienen entonces dos corrientes: una libre de sales (permeado) y la otra concentrada en sales (rechazo). bajo mantenimiento. la membrana actúa como barrera para las sales y/o moléculas.asp?idp=653 106 .aquatecnia. Se basa en la circulación forzada del agua a través de una membrana semipermeable (generalmente de acetato de celulosa o de poliamida). Figura 15. libres de manejo de regenerantes y con capacidad de producción continua. rechazándolas (Figuras 15 y 16). Si la presión ejercida es superior a la presión osmótica.3. alta confiabilidad. Los sistemas de ósmosis inversa utilizados para la reducción de sólidos totales disueltos y contaminantes iónicos específicos son prácticos. Es así como el agua pura que va formando una capa.com/index. sobre la membrana es forzada bajo presión a pasar a través de sus poros. requiriendo un mínimo consumo de productos químicos y mano de obra para su atención. Ósmosis inversa Contenido didáctico del curso Química Ambiental Es otro de los procesos de membrana bajo presión muy útil para la desalinización del agua. ósmosis19 19 http://www. facilidad de operación y óptima performance. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 6. La operación de las unidades de ósmosis inversa es continua e interrumpida. 20 http://purepro.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. El agua fluye entre compartimentos separados por membranas alternadamente permeables a los cationes y aniones. presentes en un cuerpo o corriente de agua que puede contener también especies no cargadas.4. En este caso. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Corriente de rechazo Corriente de permeado Figura 16.com. Los cationes se mueven hacia el cátodo que tiene carga negativa y los aniones hacia el ánodo que está cargado positivamente.html 107 . Esta técnica es más eficaz y rápida que la diálisis cuando la dispersión coloidal tiene impurezas solamente de naturaleza iónica. el campo eléctrico generado induce el movimiento de los iones. Se van formando capas adyacentes y alternadas del agua purificada y del agua con altos contenidos de las sales que se han removido. Representación de las corrientes de permeado y rechazo20 6. Electrodiálisis Es un proceso electroquímico de separación que utiliza membranas eléctricamente cargadas y un potencial eléctrico para separar especies iónicas de electrolitos fuertes (sales).ve/osmosis. Las capas enriquecidas se recirculan para evitar la concentración excesiva de sales. MEMBRANAS (+) ÁNODO CÁTODO (-) SOLUCIÓN COLOIDAL SOLVENTE SOLVENTE Figura 17. Capítulo III. Estructura básica de una celda de electrodiálisis21 Lección 7: Potabilización del agua Los conceptos anteriores permiten establecer PALABRAS CLAVE: filtración gruesa. coagulación-floculación. que en términos generales. El tratamiento aplicado dependerá del origen del agua. sedimentación. ablandamiento La potabilización del agua tiene como finalidad hacer el agua apta para el consumo humano. 21 Figura elaborada por María del Pilar Triana Novoa 108 . En el compartimiento central se Contenido didáctico del curso Químicay Ambiental encuentra la dispersión coloidal en los compartimentos anódico (lado izquierdo) y catódico (lado derecho) se encuentra el solvente (medio dispersante). entendido éste de acuerdo con el Decreto 1594 de 1984. puede ser de dos clases. Una vez se cierra el circuito eléctrico los iones positivos se movilizan hacia el cátodo (electrodo negativo) y los iones negativos hacia el ánodo (electrodo positivo) descargándose en ellos. cloro combinado disponible. cloro libre disponible. Artículo 30.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. del Ministerio de Agricultura (considerado en la Lección 5). cloración. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental La estructura básica de una célula de electrodiálisis (Figura 17) consta de tres compartimentos separados por membranas. Figura 18. floculación sedimentación.htm 109 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. embalses o de fuentes subterráneas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Agua natural.com/agua-municipal. En la práctica el tratamiento convencional puede tener unas variantes relacionadas con las necesidades. de acuerdo con lo estipulado en el tratamiento convencional. filtración y desinfección. Procesos de potabilización para aguas crudas22 22 Tomado de: http://www. eventualmente identificadas. Para aguas residuales de origen doméstico o industrial se deben aplicar los procesos que se indican en la lección 9 y. crudas de origen superficial se aplica un tratamiento denominado convencional que de acuerdo con el Decreto 1594 de 1984 comprende los siguientes procesos: coagulación.aquapurificacion. verificar que se cumplen los parámetros admisibles para agua potable. de una filtración gruesa y de un proceso de ablandamiento. de lo contrario. posteriormente. cruda que puede provenir de ríos. Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Agua residual de origen doméstico o industrial Para el caso de aguas naturales. La Figura 18 muestra los procesos básicos incluyendo la filtración gruesa. se aplicarán los correctivos a los que haya lugar. lagos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 7.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 7.1. no obstante. Desarenador Luego pasa a una etapa de reposo en el desarenador.2.1. 7.3. 7. el cual se trata con algún grado de detalle a continuación. Filtración gruesa Contenido didáctico del curso Química Ambiental La filtración gruesa utilizando rejas y mallas que detienen troncos.4. 7. Características de la cloración 110 .4.1. ramas. mediante la eliminación de microorganismos patógenos. Coagulación.floculación El proceso siguiente es la coagulación (que engloba coagulación-floculaciónsedimentación) ya analizado en la lección anterior. 7. donde se permite la sedimentación de partículas con diámetro de partícula equivalente a las de las arenas. Con cloro y compuestos derivados Este tipo de tratamiento utiliza para las aguas la acción del cloro y compuestos derivados como son los hipocloritos de calcio y sodio. El proceso final corresponde a la desinfección. pero que.4.1. Desinfección Comprende los diferentes procesos que tienen como objetivo impedir la diseminación de las enfermedades de origen hídrico. piedras y cualquier otro elemento de tamaño relativamente grande que flote o se transporte en el recurso de agua objeto del tratamiento. no destruyen las esporas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental 111 . 2) el grado de disociación del ácido hipocloroso depende del pH. La constante de disociación del ácido. Reacciones del cloro con el agua AContenido partir dedidáctico cloro elemental gaseoso o líquido: del curso Química Ambiental Se presentan dos reacciones principales: HOCl + H+ + Cl- (2.7 Cantidades aproximadamente iguales de HOCl y OCl- Igual o > 9 OCl- Entre estas dos especies químicas. el que actúa como desinfectante de mayor efectividad es el ácido hipocloroso.1). siempre y cuando el pH sea mayor de 3. Ejercicios: 1) Calcular los porcentajes relativos de ácido hipocloroso y de ión hipoclorito presentes en agua bajo tratamiento a pH = 6. coli. también se denominan residual de cloro libre.2) HOCl Ión hipoclorito Respecto a la reacción (2. 112 . efectiva en un valor cercano al 100%.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.4. De acuerdo con el valor del pH. a 20°C.1) Cl2 + H2O Ácido hipocloroso OCl. a 20°C es 2. se utilizan concentraciones de Cl2 menores de 1000 mg/L que favorecen la reacción de hidrólisis.1. en la práctica. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 7. la presencia de estas especies en el agua es la siguiente: Valor de pH Especie química predominante Igual o < 6 HOCl 7. Las especies químicas ácido hipocloroso e ión hipoclorito presentes en el agua se conocen como cloro libre disponible. En la reacción (2.+ H+ (2.2.7 x 10-8. en una proporción de 80 a 100 veces superior a la del ión hipoclorito. frente al exterminio de E. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Solución: El equilibrio que se presenta corresponde a: 113 . 7 x 10-8. 114 . se tiene una concentración de ácido hipocloroso de 0. La constante de disociación del ácido. a 20°C es 2.8 mg/L-Cl2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Calcular la concentración de cloro libre en agua con pH = 5 y temperatura de 20°C. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental 2) Para el tratamiento de desinfección en una planta. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Solución: Contenido didáctico del curso Química Ambiental A partir de hipoclorito de sodio: Se presentan dos reacciones principales: (2.4) OCl.4) hacia la derecha se presentará un aumento de la alcalinidad del agua. A partir del hipoclorito de calcio: 115 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.3) NaOCl (2.+ H2O Na+ + OClHOCl + OH- Cuando se favorece la tendencia de desplazamiento del equilibrio de la reacción (2. 7. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se presentan dos reacciones principales: ++ (2.1.3. respectivamente). A cierta concentración crítica. Los factores que influyen en estas reacciones son pH. la concentración de cloro libre es lo suficientemente alta como para oxidar las cloraminas. Cuando todo el amoníaco y las aminas han reaccionado con el cloro.5 de ablandamiento.+ 2H2O 2HOCl + 2OH- El desplazamiento del equilibrio de estas dos reacciones hacia la derecha favorecen el incremento de la alcalinidad y la dureza total del agua (para estos dos últimos parámetros ver lección 15 y numeral 7. dicloramina y tricloramina.5) Ca(OCl) + Ambiental 2OCl2 Contenido didáctico del curso Ca Química (2.8) NH2Cl + HOCl NHCl2 + H2O Dicloramina (2. concentración de amoníaco.4. también se denominan residuales de cloro combinado.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. (2. Los productos principales de estas reacciones son la monocloramina. dosis de cloro aplicadas al agua y tiempo de contacto. Oxidación de cloraminas: (2.9) NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O Tricloramina Las cloraminas se conocen como cloro combinado disponible.10) NH2Cl + NHCl2 + HOCl N2O + 4HCl 116 . temperatura. Reacciones de formación de cloraminas La adición de cloro a un agua que contiene amoníaco da lugar a reacciones en que participan este último compuesto y el ácido hipocloroso presente en los diferentes equilibrios químicos enunciados anteriormente. empieza a formarse un residual de cloro libre.6) 2OCl.7) NH3 + HOCl NH2Cl + H2O Monocloramina (2. Las cloraminas son más estables que los residuales de cloro libre. pero estos últimos son más efectivos como desinfectante. todo el cloro adicionado produce un residual de cloro libre. Los subproductos de la desinfección son principalmente los trihalometanos y los ácidos haloacéticos. Desinfección del agua con cloro http://www. La OMS recomienda una concentración máxima de 3 mg/L de cloraminas. ni a corto ni a largo plazo. se conoce como punto de quiebre. Por esto en muchos casos se incorpora en la práctica de la desinfección final. en el agua tratada en los sistemas de distribución. Entre los primeros se incluyen el cloroformo.tecnicaindustrial. amoníaco. Francisco. que se basa en una ingestión tolerable diaria (TDI) de monocloramina de 94 mg/kg de peso del cuerpo23. todos ellos volátiles y con capacidad carcinogénica detectada en animales de experimentación. el bromodiclorometano. p 56 y cloraminas. para generar expresamente la formación de cloraminas. Debido a la preocupación creciente alrededor de una serie de subproductos tóxicos de la cloración.es/TIAdmin/Numeros/20/42/a42. al punto de quiebre. el clorodibromometano y el bromoformo. ni los organismos ni las guías internacionales sobre calidad del agua las asocian con efectos en la salud. El punto en el cual la oxidación de los productos del amoníaco es completa. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Con la desaparición las Química cloraminas se reduce el cloro residual. al formar menos subproductos de desinfección. Cuando se lleva Contenido didáctico delde curso Ambiental a cabo la oxidación de todos los compuestos susceptibles de ser oxidados por cloro. En relación con las cloraminas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Ejercicio: Calcular la cantidad de ácido hipocloroso (HOCl) expresado como cloro (Cl 2) que se requiere para destruir 1 mg/L de amoníaco (NH3) expresado como nitrógeno (N). 117 . Solución: La reacción que representa la oxidación al punto de quiebre es la siguiente: 2NH3 + 3HOCl 23 N2 + 3H2O + 3HCl RAMÍREZ.pdf 2005. ha aumentado el interés por las cloraminas como desinfectante alternativo. o A medida que aumenta la formación de cloro residual libre se alcanza una concentración de éste. la demanda de cloro es la ejercida por estos agentes. Demanda de cloro La determinación de la demanda de cloro es importante para cuantificar la concentración y la capacidad de las especies químicas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. denominada crítica. A partir de este punto. suficiente para oxidar las cloraminas. Demanda de cloro = dosis de cloro – cloro residual La demanda de cloro es diferente según el tipo de agua que se vaya a tratar. amoníaco y aminas orgánicas: o Inicialmente el cloro reacciona con los agentes reductores. se requieren 7.1.6 2 x 14 Por tanto. nitrógeno. o Enseguida el cloro reacciona con la cantidad presente de amoníaco y de aminas orgánicas para formar cloro residual combinado.4. que contienen cloro. la cual se conoce como demanda inmediata de cloro. y no se aprecia formación de cloro residual. es decir. o El punto en el que la oxidación por parte del cloro es completa se denomina punto de quiebre. el cloro adicionado da lugar a la formación de cloro residual libre.4.N = 7. o Una vez agotados el amoníaco y las aminas orgánicas empieza a formarse cloro residual libre. para decidir el agente desinfectante a utilizar y la dosis de cloro a aplicar. 118 . el consumo del cloro residual libre va acompañado de la formación de óxido nitroso. requeridas en la etapa de desinfección del agua. tricloruro de nitrógeno y ácido clorhídrico. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental De acuerdo con la relación estequiométrica 3 moles de HOCl reaccionan con 2 moles de NH3. En esta etapa. Se deben tener en cuenta con las siguientes situaciones cuando se adiciona cloro a un agua que contiene agentes reductores. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Expresando el HOCl como Cl2 y el NH3 como N se tiene: Cl2 3 x 71 = NH3.6 mg/L – Cl2 para destruir 1 mg/L de NH3-N 7. durante cinco minutos.000 a 20. olor y sabor. Se tiene establecida una concentración límite de bromato de 0. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 7. Para su utilización el ozono debe producirse in situ mediante el paso de oxígeno o de aire seco a través de una descarga eléctrica de 5. Condidáctico ozono del curso Química Ambiental Contenido El ozono utilizado como desinfectante tiene características germicidas iguales o superiores a las del cloro. debido a que se minimizan los riesgos de actividad como gas muy tóxico. La aplicación inicial del ozono produce la oxidación de fenoles. 119 . en sistemas de desinfección con ozono se debe controlar su reacción con el ión bromuro (Br-) que conduce a la formación del ión bromato (BrO3-). Un residual de ozono de 0. y que su efectividad alta no se ve afectada por los compuestos de amoníaco ni por el pH.4.2. el cual tiene efectos adversos sobre el riñón. Sin embargo. el intestino y el oído de los seres humanos.000 voltios y 50 a 60 hertz. es decir. que cuando se descompone el único compuesto residual es más oxígeno disuelto. La desventaja. es su solubilidad baja en agua y que debido a su inestabilidad no deja concentración residual en ella. Su inestabilidad y el efecto residual prácticamente nulo se pueden considerar como una ventaja desde el punto de vista de efectos para la salud. mientras que la cloración posterior garantiza una concentración residual desinfectante para protección del agua en todo el sistema de distribución. con un consumo de energía de 10 a 25 kWh por kg de O3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. además de su costo. frente a otros germicidas. es adecuado para desinfectar aguas con contenido alto de materia orgánica y que estén libres de material suspendido. la destrucción de gérmenes y favorece una mejor calidad física del agua.01 mg/L Con base en las características germicidas del cloro y el ozono y en su reactividad un programa de desinfección puede contemplar la ozonización y la cloración en etapas secuenciales. Como germicida sus ventajas radican en su capacidad para remover problemas de color.1 mg/L. precisamente. el consumo alto de energía requerido para su producción. Una limitante para su uso es. 120 . o Favorece la preparación y cocción de los alimentos. Por esto. o Ayuda a mejorar la eficiencia de la etapa de filtración. pero sí tiene efectos en relación con los siguientes aspectos: o Permite una eficiencia mayor en el lavado tanto de ropa como de artefactos domésticos.5. o Reduce la cantidad de jabón y detergentes necesaria en el lavado. El proceso de ablandamiento de aguas duras es costoso en la fase de implementación de infraestructura y en la de operación. su aplicación no es generalizada y sólo en los casos de una dureza total mayor de 200 mg/L que puede causar problemas de distribución y utilización del agua se justifica su utilización. En la Tabla 7 se presentan los métodos utilizados para el ablandamiento de agua. Ablandamiento Contenido didáctico del curso Química Ambiental Este proceso se aplica eventualmente como parte del tratamiento de potabilidad del agua. Su aplicación no tiene efectos significativos sobre la potabilidad. o Aminora la presencia de incrustaciones en conductos y artefactos domésticos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 7. 5) Remoción del dióxido de carbono 6) Remoción de dureza no carbonácea. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tabla Métodos el ablandamiento del agua Contenido didáctico del 7.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y – A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Básicas. zeolita ETAPAS 1) y 2) Remoción de dureza carbonácea.5 CaCO3 + H2O (8) Mg(OH)2 + CO2 pH>9. 2)Reactivación de la resina 121 . 7) a 9) Recarbonatación 1) Remoción del CO2 2) y 3) Remoción de dureza carbonácea. Puede utilizarse.5 MgCO3 + H2O (9) CaCO3 + CO2 + H2O pH < 8. curso Química para Ambiental CON CAL Y CARBONATO DE SODIO (soda ash) PRINCIPIO COMPUESTOS ADICIONADOS REACCIONES INVOLUCRADAS CON SODA CÁUSTICA Precipitación del Ca como carbonato y del Mg como hidróxido. por ejemplo. con base en la baja solubilidad -9 del CaCO3 (Kps = 5 x 10 ) y del Mg(OH)2 (Kps= -12 9 x 10 ) Ca(OH)2 y Na2CO3 (1) Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O (2) Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 CaCO3 + MgCO3 + 2H2O (3) MgCO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + Mg(OH)2 (4) MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4 (5) CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (6) CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4 (7) Ca(OH)2 + CO2 pH>9. 3) y 4) Remoción de dureza por magnesio.6 Ca(HCO3)2 Na (OH) 1) CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O 2) Ca(HCO3)2 + 2NaOH CaCO3 +Na2CO3 + 2H2O 3) Mg(HCO3)2 + 4NaOH Mg(OH)2 + 2Na2CO3 + 2H2O 4) MgSO4 + 2NaOH Mg(OH)2 + Na2SO4 CON RESINAS DE INTERCAMBIO CATIÓNICO El Ca y el Mg son reemplazados por el Na presente en la resina Resina con Na como catión activo 2+ Ca (HCO3)2 21) Na2R + (SO4) 2+ Mg 2Cl Ca R + Mg 2NaHCO3 Na2SO4 2NaCl Ca 2) R + NaCl Mg Ca Na2R + Cl2 Mg R = Resina. 4) Remoción de dureza no carbonácea 1) Remoción del Ca y el Mg del agua. Cl-. entonces: Alcalinidad (mg/L) = dureza carbonácea (mg/L) Usualmente se presentan dos situaciones:  Alcalinidad < dureza total.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. entonces: dureza carbonácea (mg/L) = dureza total (mg/ La dureza carbonácea se denomina también dureza temporal o no permanente debido a que desaparece mediante ebullición prolongada: Ca2+ + 2HCO3- ∆ CaCO3 + CO2 + H2O Dureza no carbonácea: corresponde a la dureza que no está relacionada químicamente con los bicarbonatos. por tanto: Dureza no carbonácea = dureza total – alcalinidad La dureza no carbonácea incluye principalmente sulfatos. en las aguas naturales. entonces: dureza carbonácea (mg/L) = alcalinidad (mg/L)  Alcalinidad > ó = dureza total. Sr2+.y SiO32La dureza se expresa en mg/L como CaCO3 Dureza total: en la mayoría de las aguas corresponde a la dureza ocasionada por los iones calcio y magnesio. 122 . Mg2+. cloruros y nitratos de calcio y magnesio. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Debido a que el proceso de ablandamiento tiene relación directa con el parámetro denominado dureza. NO3. por tanto: Dureza total = dureza por calcio + dureza por magnesio Dureza carbonácea: corresponde a la parte de la dureza total químicamente equivalente a los bicarbonatos presentes en el agua. a continuación se presentan sus principales características. Fe2+ y Mn2+ Los principales aniones son: HCO3-. Los principales cationes son: Ca2+. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Dureza: se presenta en las aguas debido a la presencia de iones metálicos divalentes que pueden reaccionar con el jabón para formar precipitados y de ciertos aniones que pueden formar incrustaciones. SO42-. Debido a que los bicarbonatos también son la principal forma de alcalinidad. como el Na+ y K+. d) Calcular los mg/L de Ca(OH)2 necesarios para reaccionar con 1mg/L de las siguientes especies químicas: CO2 expresado como CO2. la dureza carbonácea y la dureza no carbonácea.4 mg/L Cl. si al ejecutar el proceso de ablandamiento se decidió adicionar un exceso de 50 mg/L 123 .4 mg/L SO42.0 mg/L HCO3.0 mg/L Ca2+ = 44. Ejercicio: Se realizó un análisis de una muestra de agua y con base en los resultados se determinó llevar a cabo el proceso de ablandamiento. pero se Contenido didáctico del curso Química acostumbra a denominarla durezaAmbiental no carbonácea negativa. Los resultados del análisis fueron: CO2 = 8. f) De acuerdo con los resultados de los análisis de la muestra de agua.= 42. calcular la dosis de cal (Ca(OH)2) requerida para reaccionar con el CO2. mediante un diagrama y establecer los posibles compuestos presentes. e) Calcular los mg/L de Na2CO3 necesarios para reaccionar con 1mg/L de dureza no carbonácea. El valor negativo indica que no se puede hablar de dureza.2 mg/L Mg2+ = 15. Mg2+ expresado como CaCO3. el exceso estará asociado a iones. c) Establecer en mg/L-CaCO3 la dureza total.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. dureza carbonácea. La alcalinidad mayor que la dureza total se explica por la existencia de una cantidad de iones bicarbonato mayor que la necesaria para contrarrestar las cargas positivas de los iones causantes de la dureza. la dureza carbonácea y la dureza por magnesio.= 26.2 mg/L a) Expresar los resultados de los análisis en meq/L (miliequivalentes/litro) b) Corroborar la electroneutralidad de la solución.= 127.3 mg/L Na+ = 15. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Dureza no carbonácea negativa: se presenta cuando la alcalinidad es mayor que la dureza total. g) Calcular la dosis total de cal (Ca(OH)2) aplicada. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental h) Calcular la cantidad de Na2CO3 requerida para el ablandamiento.36 Ca2+ 44.2 23.22 Mg2+ 15.2 48.16 Electroneutralidad: Σ de cationes = Σ de aniones Compuestos posibles: Ca(HCO3)2. de meq/L en la muestra CO2 8.0 HCO3- 4.88 Cl- 26.66 HCO3- 127.25 0 Aniones 3.74 *Se expresa como CaCO3 b) CO2 = 0.0 1.0 2.16 4.0 22. Mg(HCO3)2. MgSO4.42 meq/L Cl4.28 Na+ 15.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y – A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Básicas.0 50. Solución: Contenido didáctico del curso Química Ambiental a) Resultados del análisis en meq/L (miliequivalentes/litro): Especie química mg/L en la muestra Masa de 1 meq (mg) No.0 4. MgCl. NaCl 124 .0 Ca2+ Cationes Mg2+ Na+ 2.4 20.54 meq/L 3.54 SO42- 42.0* 2.0 0.0 SO422.3 35.5 2.5 0.36 meq/L 0 2.4 12.0 0.0 0. 22 x 50*) + (1.28 x 50*) Contenido didáctico del curso Química Ambiental Dureza total = 111 + 64 = 175 mg/L – CaCO3 *masa de un meq de CaCO3 Dureza carbonácea = 2.68 mg/L de Ca(OH)2 para reaccionar con 1 mg/L de CO2. columna izquierda: 1 mol de CO2 reacciona con 1 mol de Ca(OH)2.54 x 50 = 127 mg/L – CaCO3 Dureza no carbonácea = dureza total – alcalinidad Debido a que alcalinidad = dureza carbonácea Dureza no carbonácea = dureza total – dureza carbonácea Dureza no carbonácea = 175 – 127 = 48 mg/L – CaCO3 d) Especie química Masa molecular (g) Ca(OH)2 74 CO2 44 CaCO3* 100 *Mg2+ y HCO3. para Mg2+ expresado como CaCO3 se tiene: 125 . columna izquierda: 1 mol del carbonato de magnesio o una mol del sulfato de magnesio reaccionan con 1 mol de Ca(OH) 2. Por tanto: Ca(OH)2 74 = CO2 = 1. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental c) Dureza total = dureza por calcio + dureza por magnesio Dureza total = (2. expresado como CO2 - Reacciones 3 y 4.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.se expresan como CaCO3 Teniendo en cuenta la estequiometria de las reacciones de la Tabla 7: - Reacción 7. Por tanto.68 44 Se requieren 1. f) Dosis de Ca(OH)2 requeridas para: .74 100 Se requieren 0. Por tanto.74 mg/L de Ca(OH)2 para reaccionar con 1 mg/L de Mg2+ expresado como CaCO3. columna izquierda: 1 mol de bicarbonato de calcio o una mol de bicarbonato de magnesio reaccionan con 1 mol de Ca(OH) 2.06 mg/L de Na2CO3 para reaccionar con 1 mg/L de dureza carbonácea. Especie química Masa molecular (g) Na2CO3 106 CaCO3* 100 *CaSO4 expresado como carbonato de calcio Na2CO3 106 = CaCO3 = 1. e) Tabla 7. columna izquierda: 1mol de sulfato de calcio reacciona con 1 mol de carbonato de calcio.Dureza carbonácea = 127 x 0.98 mg/L de Ca(OH)2 126 .06 100 Se requieren 1. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Ca(OH)2 74 = = 0.CO2 = 8.74 CaCO 3 Contenido didáctico del100 curso Química Ambiental Se requieren 0.44 mg/L de Ca(OH)2 . - Reacciones 1 y 2. reacción 6. expresada como CaCO3.74 mg/L de Ca(OH)2 para reaccionar con 1 mg/L de dureza carbonácea expresada como CaCO3.68 = 13.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. para la dureza carbonácea expresada como CaCO3 se tiene: Ca(OH)2 74 = CaCO3 = 0.0 x 1.74 = 93. entendida como aquella que cumple estrictamente con las normas de calidad establecidas y controladas por las autoridades locales e internacionales. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental . 7. por magnesio. desinfección solar del agua y filtros de cerámica. Clarificación del agua en el hogar: comprende la sedimentación. cloración casera.88 mg/L de Na2CO3 requeridos para el ablandamiento.00 = 204. Desinfección del agua en el hogar: comprende hervido. Por esto. para cumplir con los estándares de potabilidad.6. de buena calidad y que no genera enfermedades.Dureza por magnesio: 1. el uso de sustancias químicas y el uso de sustancias naturales.44 + 43. se han creado programas de cooperación internacional que tienen como objetivo divulgar procedimientos fáciles y económicos de obtener agua segura.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. La dificultad radica en los altos costos que implica el tratamiento del agua. en exceso = 13. Filtración del agua en el hogar: comprende la utilización del filtro de bioarena. El concepto de agua segura se origina en la dificultad que tienen muchos países en vías de desarrollo de disponer de agua potable.36 + 50.28 meq/L x 50* = 64 mg/L 64 xQuímica 0.98 + 47.78 mg/L de Ca(OH)2 h) Cantidad de Na2CO3 requerida para el ablandamiento: Dureza no carbonácea = 48 mg/L – CaCO3 Dosis de Na2CO3 = 48 mg/L – CaCO3 x 1. 3. Las tecnologías divulgadas comprenden tres operaciones principales: 1. del filtro lento domiciliario o del filtro de mesa.06 = 50.36 mg/L de Ca(OH)2 Contenido didáctico del curso * masa de 1 meq de CaCO3 g) Dosis total de Ca(OH)2 aplicada: Σ dosis para CO2. 2. Es un agua que ha sido sometida a algún proceso de potabilización o purificación casera. Agua segura La Organización Panamericana de la Salud (OPS) establece que generalmente se define como agua segura el agua apta para el consumo humano.74 =Ambiental 47. dureza carbonácea. 127 . UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental ACTIVIDAD # 10: Para conocer más acerca de las características de estas Contenido didáctico Química Ambiental tecnologías y de del su curso funcionamiento a nivel casero consulte el siguiente sitio WEB: http://www.aguasegura.org/es/sedimentacion.php Ejercicio: Se tomó una muestra de una fuente de agua natural que se piensa utilizar como agua potable. Una vez realizado el análisis se encontraron las siguientes sustancias que se deben eliminar para cumplir con la legislación establecida para aguas potables: arenas, limo fino y bacterias, sales de calcio y magnesio y metales. Determine que procesos se deben realizar como parte del tratamiento del agua. Solución: La eliminación de las sustancias se puede realizar de la siguiente manera: Arenas: decantación o filtración Limo fino y bacterias, los cuales constituyen un sistema coloidal: coagulaciónfloculación y filtración. Sales de calcio y magnesio: ablandamiento Metales: precipitación o extracción por intercambio iónico Lección 8: Composición de las aguas residuales Los conceptos anteriores permiten establecer PALABRAS CLAVE: características características biológicas físicas, características químicas, Los habitantes de las poblaciones bien sean urbanas o rurales generan residuos que pueden ser tanto sólidos como líquidos. Las aguas residuales corresponden a la fracción líquida resultante de la combinación de los residuos líquidos, los cuales 128 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental básicamente consisten de agua que ha sido contaminada durante los diferentes usos a los cuales ha sido sometida. Contenido didáctico del curso Química Ambiental De acuerdo con lo anterior se puede hablar de dos grandes tipos de aguas residuales:  Agua residual doméstica: proveniente de zonas residenciales, comerciales, institucionales y recreativas.  Agua residual no doméstica: proveniente de industrias. A continuación se presenta la composición general de estos tipos de aguas, a través de sus componentes físicos, químicos y biológicos. 8.1. Características físicas PARÁMETRO DESCRIPCIÓN Sólidos Totales Comprenden la materia sedimentable, la materia coloidal y la materia disuelta. Desde el punto de vista de la química analítica, se definen como la materia que se obtiene como residuo después de evaporar el agua a una temperatura entre 103°C-105°C. Color Se origina por la presencia en el agua de sustancias disueltas y sólidos en suspensión o coloidales. Los colores comúnmente observados son: negro, carmelito claro y gris claro y oscuro. Olor Aparece debido a la presencia de compuestos como el indol, escatol, sulfuro de hidrógeno y mercaptanos, entre otros Temperatura Generalmente tiene un valor más alto que el de agua de abastecimiento debido a que se incorpora agua caliente proveniente del uso doméstico y 129 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental procesos industriales. Contenido didáctico del curso Química AmbientalAfecta las reacciones químicas y los procesos biológicos 8.2. Características químicas PARÁMETRO DESCRIPCIÓN Materia orgánica biodegradable Comprende principalmente proteínas (40-50%), carbohidratos (25-50%) y grasas y aceites (8-12%). Los fenoles según el tipo específico pueden ser biodegradables o difícilmente biodegradables. Se mide mediante la determinación de la demanda biológica de oxígeno (DBO) y la demanda química de oxígeno (DQO). Materia orgánica refractaria Comprende compuestos difícilmente degradables o no degradables. Entre estos compuestos están los agentes tensoactivos y los pesticidas. Materia inorgánica Comprende diversas sustancias, como las que el agua disuelve cuando entra en contacto con rocas y minerales, las cuales se constituyen en componentes naturales, que en términos generales no son peligrosos y que, por tanto, no son el objetivo principal en los tratamientos. Sin embargo, se encuentran otras sustancias, que de acuerdo con su concentración, son peligrosas y afectan los usos del agua como los cloruros, el azufre y metales como el níquel, el manganeso, el plomo, el cromo, el cadmio, el cinc, el cobre, el hierro y el mercurio. 130 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Nutrientes Incluyen principalmente el nitrógeno y el fósforo. Contenido didáctico del curso Química Ambiental El nitrógeno en sus diferentes formas: amoniacal, nitritos, nitratos y orgánico. El fósforo en diferentes formas: polifosfatos, ortofosfatos y orgánico. Gases Algunos de ellos proceden de la descomposición de la materia orgánica: Sulfuro de hidrógeno, amoníaco y metano. Otros gases presentes son: nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono 8.3. Características biológicas PARÁMETRO DESCRIPCIÓN Microorganismos Comprenden eucariotas, bacterias y arquebacterias Patógenos Comprende bacterias, parásitos (protozoos y helmintos) y virus Organismos indicadores Comprende organismos coliformes cuya presencia es numerosa y fácil de comprobar. Se utilizan como indicador de la posible presencia o de la ausencia de organismos patógenos. Lección 9: Tratamiento de aguas residuales PALABRAS CLAVE: operaciones unitarias, procesos unitarios, niveles de tratamiento 131 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los procesos normalmente utilizados para el tratamiento de las aguas residuales aplican tanto para aguas procedentes de uso doméstico como para aquellas Contenido didáctico curso Química Ambiental procedentes de usodelindustrial. La diferencia más notoria se da alrededor de la presencia de metales pesados que es poco usual en aguas de origen doméstico, mientras que en las de origen industrial es más frecuente, dependiendo del tipo de industria como las de metalurgia, química y electrónica. En el tratamiento de aguas residuales se utilizan operaciones unitarias y procesos unitarios. Las operaciones unitarias se refieren a los métodos de tratamiento en los que predominan los fenómenos físicos. Por su parte, los procesos unitarios corresponden a los métodos en que la eliminación de los contaminantes involucra reacciones químicas o biológicas. Las operaciones unitarias más comunes comprenden: desbaste, mezclado, floculación, sedimentación, flotación, transferencia de gases y filtración. Entre los procesos químicos unitarios más utilizados se contemplan la precipitación, la adsorción y la desinfección. Las operaciones y procesos unitarios se combinan para reducir los contaminantes presentes hasta un nivel aceptable, de acuerdo con el uso que se vaya a dar al agua tratada. La combinación de operaciones y procesos constituyen un sistema de tratamiento. Cada sistema de tratamiento es particular porque depende de la composición y características del agua que se va a tratar. Sin embargo, se puede establecer que prácticamente todo sistema de tratamiento consta de tres subsistemas o niveles principales: primario, secundario y terciario. Niveles de tratamiento 132 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Según el tipo de agua a tratar se puede requerir de un tratamiento previo al primario. Este tratamiento preliminar tiene como finalidad la remoción de materiales que puedan causar problemas de funcionamiento y mantenimiento en los reactores y sistemas auxiliares. En este caso se utilizan principalmente las siguientes operaciones: o Desbaste y dilaceración, para eliminar sólidos gruesos. El desbaste utiliza la retención en superficies; los elementos utilizados son las rejas (aberturas > 25 mm) y los tamices (aberturas de hasta 6 mm). La dilaceración consiste en la trituración de sólidos gruesos en tamaños menores y más homogéneos. o Flotación para eliminar grasas y aceites. o Desarenado, para eliminar materia en suspensión gruesa. El tratamiento primario elimina gran parte del material sólido y rebaja moderadamente la DBO. Para esto se permite la sedimentación de los sólidos y se eliminan las espumas sobrenadantes. En el tratamiento secundario se utilizan disminuyendo la DBO y reducir el material más utilizado es el de lodos activados, en el favoreciendo el contacto de aire, lodo y el primario. procesos biológicos para continuar sólido restante. El proceso biológico cual la acción bacteriana se aumenta efluente proveniente del tratamiento 133 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental El tratamiento terciario, también denominado avanzado, tiene como finalidad la eliminación de casi la totalidad de los contaminantes disueltos y en suspensión Contenido didáctico del curso Química Ambiental remanentes después del tratamiento secundario. Si se trata de metales pesados se puede utilizar precipitación química e intercambio de iones. Ejercicios: 1) Realice la siguiente lectura tomada de: http://www.enziclean.com/articulos/tratamiento_biologico_de_aguas_residuales_uso_de_bacterias_beneficas. html LAS AGUAS NEGRAS La naturaleza procesa la contaminación mediante procesos cíclicos (geoquímicos), pero actualmente le resultan insuficientes para procesar tanto la contaminación que es generada por las actividades del hombre como la propia. En todos los grandes centros urbanos del planeta Tierra se generan grandes cantidades de aguas negras como consecuencia del desarrollo de las actividades humanas, por lo que las principales fuentes de aguas negras son la industria, la ganadería, la agricultura y las actividades domésticas que se incrementan con el crecimiento de la población humana. Por otra parte, en la mayoría de los países los sistemas de aguas negras domésticas es el mismo para recibir las aguas pluviales lo cual provoca mayores problemas de contaminación porque acelera la distribución de aguas negras a lugares no previstos para ello. Las aguas negras son generadas por las actividades humanas y sólo en países desarrollados son tratadas parte de ellas para eliminarles los componentes considerados peligrosos y para reducir la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) antes de ser arrojados a las fuentes naturales. Sin embargo, en casi todos los países todavía las industrias arrojan las aguas de desecho a los desagües sin ningún tratamiento previo y en la mayoría de los países subdesarrollados son pocas las industrias que les dan algún tratamiento antes de ser desechadas, lo que a nivel global hace que el problema de la generación de las aguas negras aumente a medida que crece la población, la industria y las demás actividades humanas. Los contaminantes biodegradables de las aguas negras pueden ser degradados mediante procesos naturales o en sistemas de tratamientos hechos por el hombre, en los que acelera el proceso de descomposición de la materia orgánica con microorganismos. 134 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se le llama tratamiento primario de aguas negras al proceso que se usa para eliminar los sólidos de las aguas contaminadas; secundario, al que se usa para Contenido Química Ambientalpor la acción de bacterias (disminuir la reducir la didáctico cantidaddeldecurso materia orgánica demanda bioquímica de oxígeno) y terciario, al proceso que se usa para eliminar los productos químicos como fosfatos, nitratos, plaguicidas, sales, materia orgánica persistente, entre otros. Entre las disciplinas que participan en los proceso de tratamientos de aguas contaminadas se encuentran: ingenierías y ciencias exactas (ingeniería química, ingeniería civil, ingeniería mecánica y eléctrica, química y física), ciencias de la vida (biología, biología marina, microbiología, bacteriología), ciencias de la tierra (geología, hidrología, oceanografía) y, ciencias sociales y económicas (leyes, sociología, ciencias políticas, relaciones públicas, economía y administración). Tratamiento primario de las aguas negras Entre las operaciones que se utilizan en los tratamientos primarios de aguas contaminadas están: la filtración, la sedimentación, la flotación, la separación de grasas y aceites y la neutralización. El tratamiento primario de las aguas negras es un proceso mecánico que utiliza cribas para separar los desechos de mayor tamaño como palos, piedras y trapos. Las aguas negras de las alcantarillas llegan a la cámara de dispersión en donde se encuentran las cribas, de donde pasan las aguas negras al tanque de sedimentación. De aquí los sedimentos pasan a un tanque digestor y luego al lecho secador, para luego ser utilizados como fertilizante en las tierras de cultivo o a un relleno sanitario o son arrojados al mar. Del tanque de sedimentación, el agua es conducida a un tanque de desinfección con cloro (para matarle las bacterias) y una vez que cumpla con los límites de depuración sea arrojada a un lago, un río o al mar. Otra manera de hacer el tratamiento primario a las aguas negras conocidas también como aguas crudas de albañal, consiste en hacerla pasar a través de una criba de barras para separar los objetos de mayor tamaño. Algunas plantas de tratamiento de aguas negras tienen trituradores para los objetos grandes con el objeto de que no obstruyan esta etapa del tratamiento. Luego pasan las aguas a un tanque de sedimentación donde fluye lentamente para que sedimenten las piedras, arena y otros objetos pesados. De éste tanque las aguas negras pasan a otro grande llamado de asentamiento, en donde se sedimentan los sólidos en suspensión (quedan como lodos en el fondo del tanque) y, los aceites y las grasas flotan en forma de nata o espuma. 135 Solamente en los países desarrollados se trata cerca del 30% de las aguas negras domésticas mediante el tratamiento primario y cerca del 60% se somete al tratamiento secundario ya que éste cuesta aproximadamente el doble de lo que cuesta el tratamiento primario. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Después de este proceso. la aireación u oxidación total. son rociadas sobre 136 . el cual se deja sedimentar y luego es llevado a un tanque digestor aeróbico para que sea degradado. Después de la sedimentación. de ahí al tanque de desinfección por cloro y después se descarga para su reutilización.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. filtración por goteo y el tratamiento anaeróbico. Tratamiento secundario de las aguas negras Entre las operaciones que se utilizan en el tratamiento secundario de las aguas contaminadas están el proceso de lodos activados. Finalmente el lodo activado es utilizado como fertilizante en los campos de cultivo. con el propósito de brindar un rápido crecimiento de las bacterias aeróbicas y otros microorganismos. en algunos casos. El tratamiento secundario de aguas negras es un proceso biológico que utiliza bacterias aerobias como un primer paso para remover hasta cerca del 90 % de los desechos biodegradables que requieren oxígeno. Las bacterias aeróbicas utilizan el oxígeno para descomponer los desechos orgánicos de las aguas negras. Otras plantas de tratamiento de aguas negras utilizan un dispositivo llamado filtro percolador en lugar del proceso de lodos activados. En este método. el agua que queda entre el lodo y la nata se escurre o libera al ambiente o se le da un tratamiento con cloro (proceso didáctico curso Química Ambiental deContenido cloración) para del matarle las bacterias antes de ser arrojadas al ambiente o se hace pasar al tratamiento secundario. El tratamiento secundario más común para el tratamiento de aguas negras es el de los lodos activados. Los sólidos en suspensión y las bacterias forman una especie de lodo conocido como lodo activado. Las aguas negras que provienen del tratamiento primario pasan a un tanque de aireación en donde se hace inyecta aire a presión o se produce un efecto de agitación mecánica desde el fondo del tanque. El tratamiento primario de las aguas negras elimina alrededor del 60% de los sólidos en suspensión y el 35% de los materiales orgánicos (35% de la demanda bioquímica de oxígeno). incinerado. llevado a un relleno sanitario o arrojado al mar. las aguas negras a las que les han sido eliminados los sólidos grandes. el agua pasa a un tanque de aireación en donde se lleva a cabo el proceso de degradación de la materia orgánica y posteriormente pasa a un segundo tanque de sedimentación. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental un lecho de piedras de aproximadamente 1. Tratamiento de aguas en plantas anaeróbicas El proceso de degradación de los residuos orgánicos también se puede producir en condiciones anaeróbicas. En este caso. anaerobias y facultativas. las bacterias son consumidas por otros organismos presentes en el filtro. en donde las bacterias aerobias llevan a cabo el proceso de degradación de la materia orgánica cuando las aguas escurren a través de un lecho grande lleno de piedra triturada cubierta de bacterias aerobias y de protozoarios. A su vez. Sin embargo. El lodo sedimentado en este tanque se pasa de nuevo al tanque de aireación mezclándolo con las aguas negras que se están recibiendo o se separa. este proceso se puede acelerar o potenciar utilizando bacterias benéficas mediante la bio-ingeniería. 137 . por lo cual el control de estos gases es un proceso de atención particular. que trabajan en ambientes tanto aerobios como anaerobios.80 metros de profundidad. se trata y luego se tira o se entierra. las bacterias que descomponen la materia orgánica no utilizan oxígeno y se producen reacciones químicas diferentes. Uno de tales productos es el compuesto de bacterias llamado Enziclean que es una mezcla de bacterias aeróbicas. La ventaja principal del tratamiento anaeróbico es que no utiliza energía externa para mover componentes mecánicos como los aireadores utilizados en la plantas aeróbicas. Del tanque de aireación o del filtro percolador se hace pasar el agua a otro tanque para que sedimenten los lodos activados. que inclusive pueden sustituir completamente la necesidad de una planta de tratamiento en pequeñas industrias o granjas o en tratamientos domésticos. utilizan la flora natural para realizar los procesos de degradación de la materia orgánica. Algunas plantas de tratamiento de aguas negras utilizan filtros trampa. La desventaja de la descomposición anaeróbica es la producción de gases como el metano y compuestos sulfurosos que producen malos olores.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. es decir. sino que se requiere tratarlos antes de tirarlos y su eliminación es complicada y costosa. La calidad biológica de estas bacterias es tal. Una planta aeróbica de tratamiento de aguas negras produce grandes cantidades de lodos que se necesitan eliminar como desechos sólidos. El proceso de eliminación de sólidos de las aguas negras no consiste en quitarlos y tirarlos. A medida que el agua se filtra entre las piedras entra en contacto con las bacterias que Contenido didáctico curso Química Ambiental descomponen a losdel contaminantes orgánicos. Normalmente las plantas de tratamiento ya sean aeróbicas o anaeróbicas. por lo que exigen que se debe hacer un mejor tratamiento de las aguas negras y de los desechos industriales. Este tratamiento también eliminará parte de la materia orgánica (alrededor del 35%). Se recomendaría el tratamiento anaerobio si al medir el DBO del agua se encuentra que es mayor de 300 ppm. materia orgánica biodegradable. como la precipitación química. de las corrientes fluviales de movimiento lento y de las aguas costeras. aireación u oxidación completa o lodos activados.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Los tratamientos primario y secundario de las aguas negras tampoco eliminan productos químicos persistentes como los plaguicidas. Para eliminar el cromo (VI) se debe reducir primero a cromo 138 . así como evitar una sobrecarga. los ambientalistas los consideran insuficientes. limitados e imperfectos. establezca el tratamiento para un agua residual en la cual se encontraron sólidos gruesos. aceites y Cr (VI). El cromo que es un metal pesado requerirá un tratamiento terciario. para los sólidos gruesos y flotación para los aceites. por ejemplo. Entre el tratamiento primario y secundario de las aguas negras eliminan cerca del 90% de los sólidos en suspensión y cerca del 90 % de la materia orgánica (90% de la demanda bioquímica de oxígeno). 2) Con base en los planteamientos presentados en el inicio de esta lección y los complementados en la lectura anterior. Para esto se tienen contemplados los tratamientos terciarios. Una parte de los sólidos eliminados en este tratamiento se utiliza para la elaboración de fertilizantes pero la mayor parte de ellos se usa de relleno de terrenos o se tira al mar. El tratamiento primario de sedimentación se utilizará para sólidos en suspensión. éstos contribuyen a acelerar el proceso de eutroficación de los lagos. Respuesta: Para eliminar los sólidos gruesos y aceites se deberán aplicar tratamientos previos al primario consistentes en desbaste o dilaceración. ni los radioisótopos de vida media grande. Para eliminar el resto de materia orgánica biodegradable se requerirá tratamiento secundario que según las posibilidades de la planta de tratamiento puede ser anaerobio. sólidos en suspensión. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Limitaciones del tratamiento biológico Como los didáctico tratamientos primario secundario de aguas negras no eliminan a los Contenido del curso QuímicayAmbiental nitratos ni a los fosfatos. control de calidad. 139 . de pastos para ganadería y campos deportivos que utilizan grama. como el nitrógeno y fósforo. 10. tratamiento de lodos residuales La reutilización de aguas residuales es una opción viable.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. para que en la etapa de recuperación se apliquen los métodos de tratamiento que garanticen la calidad del agua requerida para el nuevo uso. Contenido didáctico del curso Química Ambiental En este caso específico sería preciso eliminar el cromo antes del tratamiento biológico (secundario) porque el cromo (VI) es muy tóxico para los microorganismos que estarían actuando para degradar la materia orgánica. Lección 10: Reutilización de aguas residuales tratadas PALABRAS CLAVE: categorías de nuevo uso. por esto no se consideran como las opciones más deseables e inmediatas para la reutilización. por ejemplo con sulfito de sodio en medio ácido. por lo que su tratamiento no tendría que incluir la remoción exhaustiva de estos elementos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental (III). Cr(OH)3. Entonces. para precipitación posterior en medio básico (con Ca(OH)2) en forma de hidróxido de cromo. en lugares donde la distribución de éstos es desigual o existen períodos prolongados de sequías. el mayor potencial de reutilización está en los siguientes campos:  Irrigación de tierras de cultivo. que ya empieza a considerarse como un elemento importante en la planificación de recursos hídricos. Un plan de reutilización de las aguas residuales implica que las nuevas categorías de uso se tengan claramente delimitadas.1 Categorías de uso Las categorías que exigen los estándares de calidad más altos y los controles más estrictos son el agua potable y el agua para procesar alimentos. En estos casos es de gran interés que el agua mantenga buenos niveles de nutrientes. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental  De enfriamiento y de proceso en aplicaciones industriales. Lodo activo: consiste principalmente de flóculos que contienen biomasa viva y muerta.2. En cualquier caso se debe controlar el potencial de contaminantes nocivos y tener claramente establecidos los límites permisibles.htm 140 .es/tipo-de-lodos. Lodo crudo: corresponde a aquel que no ha sido tratado ni estabilizado. tiende a producir acidificación y tiene olor. En estos casos la calidad requerida es relativamente baja.lenntech. Este tratamiento se caracteriza por la interacción de distintos tipos de bacterias y microorganismos. según el campo de aplicación. semisólidos (lodos) y contaminantes concentrados que se obtienen separados de las aguas tratadas. Se produce durante el tratamiento biológico del agua. 10. 10.2. además de partículas minerales y orgánicas adsorbidas. Lodo primario: consiste en productos no disueltos de las aguas residuales y su composición depende de las características del área de recolección de las aguas. con un porcentaje de agua de 93-97%. 24 http://www.  Recarga del agua subterránea.2.1. que requieren oxígeno y consumen materia orgánica. pero no deben descuidarse Contenido didáctico del curso Química Ambiental aspectos como incrustaciones y corrosión de equipos y conductos. Se produce durante el tratamiento primario de las aguas residuales. Esta situación se ha constituido en un problema complejo y costoso para la ingeniería de aguas residuales y se están desarrollando métodos para su eliminación y evacuación. Otro aspecto de interés que surge a raíz del tratamiento de aguas residuales son los residuos sólidos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. En este caso parte del tratamiento se complementa por procesos de biodegradación y la acción del suelo y subsuelos como filtros purificadores del agua.2. Se extrae de las plantas de tratamiento de aguas residuales.2. Generalmente contiene gran cantidad de material orgánico y su consistencia es de fluido denso. 10. Tipos de lodos24 10. con el cual se busca eliminar la materia orgánica disuelta y los nutrientes de las aguas residuales. en el tanque de aireación. mediante inyección directa en un acuífero o aplicación al suelo permitiendo la percolación.3. Lodo activo de retorno: corresponde al lodo que se lleva de nuevo al tanque de aireación. tales como la adición de agentes floculantes.3. 10. La materia orgánica presente en la mezcla de lodos primarios y secundarios se convierte en metano y dióxido de carbono principalmente. el tratamiento térmico y el compostaje. la estabilización con cal. eliminar los olores desagradables y reducir o eliminar el potencial de putrefacción. 10. 10.1.4. 10. siendo las más utilizadas e importantes las dos primeras. 25 http://catarina.2. Estabilización: se lleva a cabo principalmente para reducir la presencia de patógenos.7.1. Entre las técnicas de estabilización están la digestión anaerobia. donde se introducen los lodos de forma continua y se dejan por períodos de tiempo largos. según requerimientos.1. Lodo terciario: se produce en procesos posteriores al tratamiento biológico. Tratamiento de los lodos25. El proceso se lleva a cabo en un reactor completamente cerrado. 10.3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los flóculos se remueven para separar la biomasa del agua limpia y un volumen determinado.6.pdf 141 . Tiene color negro.udlap. Digestión anaerobia: produce la degradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno molecular. Lodo o fango digerido: se produce durante los procesos de digestión aeróbica. 10. la digestión aerobia.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/hammeken_a_am/capitulo8. olor a tierra y un porcentaje de materia orgánica del 45 al 60%. 10. Lodo secundario: contiene partículas no hidrolizables y biomasa resultantes del metabolismo celular. puede bombearse de nuevo al tanque de Contenido didáctico del curso Química Ambiental aireación. El lodo estabilizado que se extrae del proceso tiene un bajo contenido de materia orgánica y de microorganismos patógenos vivos.2.2.2.5.3. Este proceso se realiza por medio de las siguientes operaciones: 10.2. 10. o El producto final es biológicamente estable y sin olor. utilización de mezcladores mecánicos. antes de cualquier otro tratamiento. Ambiental En los de alta carga el contenido del digestor se calienta y se mezcla completamente. El calentamiento busca optimizar la velocidad de digestión y el tiempo de permanencia es menor a 15 días. o Los costos de infraestructura son menores. 142 . 10. Digestión aerobia: es similar al proceso de lodos activados. por lo general. Las principales desventajas son: o El lodo resultante tiene características pobres para la deshidratación mecánica.000 m3/ día. amoníaco y agua por vía aerobia. En los de baja carga no se calienta ni se mezcla el contenido del digestor y el tiempo de Contenido didáctico permanencia es dedel 30curso a 60Química días. debido a que el resto corresponde a componentes inertes y compuestos orgánicos no biodegradables.3. Gravedad o sedimentación: es efectiva en el tratamiento de lodo primario. bombeo o mezcladores con tubos de aspiración. La mezcla se hace mediante recirculación del gas.2. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los dos tipos de digestores más empleados son los de alta y baja carga. los microorganismos empiezan a consumir su propio protoplasma (respiración endógena) para obtener la energía necesaria para las reacciones de mantenimiento celular.2. El tejido celular se oxida a dióxido de carbono. La digestión aerobia se utiliza. en plantas de tratamiento con capacidad inferior a 20. o El costo energético relacionado con el suministro de oxígeno necesario es alto. Se oxida entre el 75-80% del tejido celular.1. Espesamiento: tiene como función reducir el volumen del lodo en aproximadamente 30-80%.3. En cuanto se agota el suministro de sustrato disponible. Las principales ventajas de esta digestión comparada con la anaerobia son: o Se obtienen valores menores de DBO en el líquido sobrenadante.1.3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 3. cuando se despresuriza la solución. DQO = 520 mg O2/L. Ejercicio: Del análisis de una muestra de agua residual doméstica se conocieron los siguientes resultados: conductividad = 680 µS/cm. la dureza total la presencia de calcio y magnesio que corresponderán a una cantidad relativamente importante de los cationes que conforman las sales presentes. por ejemplo para lodos activados.2. Consiste en la decantación de las partículas de lodo bajo la influencia de fuerzas centrífugas 10.3. 10. Consiste en introducir aire en una solución que se mantiene a una presión determinada. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se utilizan tanques circulares. el del lodo espesado se extrae por la parte inferior del tanque y se bombea a los digestores y el sobrenadante se devuelve al sedimentador primario. En el secado por radiación el calor se suministra mediante energía solar o elementos infrarrojos. en donde se recolecta con un desnatador. DBO = 205 mg O 2/L.3. dureza total: 100 mg CaCO3/L Con base en la información anterior establezca: a) que tipo de especies químicas y de contaminantes pueden estar presentes y b) si el agua se va a reutilizar como agua de riego ¿qué otros parámetros sería importante conocer y por qué? Solución: a) La conductividad indica un contenido alto de sales disueltas. En el secado por convección. 143 .2. Secado: se lleva a cabo permitiendo la evaporación del agua existente en los lodos.3. el DBO y el DQO indican un contenido alto de materia orgánica y su relación (alrededor de 0.3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Una vez el lodo se sedimenta didáctico curso Química Ambiental y Contenido se compacta.4) señala que la cantidad de materia orgánica no biodegradable es de una magnitud similar a la biodegradable. hacia los cuales se conduce el lodo diluido para depositarlo en una cámara de alimentación central. el aire disuelto se libera en forma de burbujas finamente divididas que arrastran el lodo hasta la superficie. 10.2. bien sea por mecanismos de convección o de radiación. Centrifugación: se utiliza con los lodos activados. los lodos se tratan con aire caliente en un tambor o cinturón de secado. La flotación por aire disuelto es la más utilizada. Flotación: resulta efectiva para el tratamiento de cultivo biológico en suspensión. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental b) Si el agua se va a reutilizar como agua de riego sería importante conocer: la concentración de sodio y determinar el índice SAR que indica los peligros de Contenido didáctico del curso Química salinización y alcalinización de losAmbiental terrenos y la concentración de metales pesados que pueden ser tóxicos para las especies vegetales.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 144 . para la destrucción de nitrógeno amoniacal con cloro. 2) El cloruro férrico reacciona con la alcalinidad del agua o en su defecto con cal para formar floc de hidróxido férrico. Calcule el consumo diario de cloruro férrico. b. Determine la alcalinidad requerida. al punto de quiebre. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PREGUNTAS Y EJERCICIOS 1)Contenido Para la didáctico eliminación de partículas coloidales y de sales disueltas en aguas ¿qué del curso Química Ambiental procesos físico-químicos pueden utilizarse? Para cada uno de ellos explique en qué consisten. Si una planta trata 500 m3/día de agua con 20 mg/L de FeCl3 y el agua contiene la alcalinidad suficiente. Plantee la reacción química correspondiente. En qué procesos se debe adicionar reactivos químicos y qué productos se pueden utilizar. 3) Indique los floculantes inorgánicos y los orgánicos de mayor uso en el tratamiento de aguas y establezca una comparación entre ventajas y desventajas entre estos tipos de floculantes. 145 . Qué tipo de contaminante se trata en cada proceso. 5) El cloro se utiliza para el control de microorganismos en aguas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 6) Determine la relación estequiométrica. b. resuelva los siguientes puntos: a. expresada en masa. 4) El esquema siguiente corresponde a los procesos utilizados en una planta de tratamiento de aguas: Explique: a. c. Plantee la reacción de cloro elemental gaseoso con el agua y explique el efecto de su adición en el pH del agua. La Contenido de didáctico del curso Química constante disociación del ácido. ¿Qué cantidad de cal (Ca(OH)2) y soda ash (Na2CO3) se requieren? 11) Considere un agua residual industrial que contiene las siguientes especies químicas contaminantes: metales pesados. calcule la concentración de cloro libre en agua con pH 7 y temperatura de 20°C. Compare su estabilidad y efectividad como desinfectantes. 9) Existen diferentes métodos para el ablandamiento del agua. Para los siguientes métodos indique su principio y los compuestos requeridos. Indique los tratamientos utilizados y el objetivo de cada uno de ellos. CO2 = 30 mg/L. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 7) Para una concentración de ácido hipocloroso de 1. 10) Se requiere precipitar la dureza de un agua de la cual se tiene la siguiente información: dureza total = 380 mg/L-CaCO3.7 x 10-8. 12) Los lodos resultantes del tratamiento de aguas residuales requieren ser eliminados y evacuados.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.Ambiental a 20°C es 2. b. 8) Indique que especies químicas constituyen el denominado residual de cloro libre y cuáles el residual de cloro combinado. Con cal y carbonato de sodio. alcalinidad = 270 mg/L-CaCO3. Con soda cáustica. Con resinas de intercambio catiónico. Establezca por medio de qué parámetros podría identificar la presencia de esas especies químicas y qué tratamientos utilizaría para su eliminación. Mg2+ = 100 mg/L-CaCO3.4 mg/L-Cl2. c. a. fenoles y sales disueltas. cianuros. 146 . Métodos normalizados para el análisis de aguas potables y residuales. Madrid. Muestras simples o de sondeo: corresponden a aquellas recolectadas en un sitio y un tiempo determinados y que por tanto. Existen tres grandes tipos de muestras: simples o de sondeo. España: Díaz de Santos. estas muestras simples se pueden recolectar a intervalos de tiempo apropiados y analizarlas por separado para determinar la amplitud. 26 APHA. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental CAPITULO 3: MUESTREO DE AGUAS Introducción Parte de la información consignada en las siguientes lecciones se basa en las consideraciones presentadas en los Métodos normalizados para el análisis de aguas potables y residuales (APHA-AWWA-WPCF)26. compuestas e integradas. en sentido estricto. 147 . muestras integradas Para la recolección de muestras se deben tener en cuenta los análisis que se van a realizar y la finalidad de los resultados respectivos. 1992. Ejemplos de fuentes donde puede aplicarse este criterio son algunos suministros de agua y algunas aguas superficiales. Lección 11: Tipo de muestras PALABRAS CLAVE: muestras simples. representan únicamente la composición de la fuente en ese sitio y tiempo. Cuando se trata de variaciones estacionales de los sistemas naturales será necesario realizar la recolección de las muestras a lo largo de varios meses. p. texto que forma parte de la bibliografía recomendada. estas muestras pueden considerarse representativas de toda la fuente y no simplemente muestras puntuales. muestras compuestas. AWWA & WPCF. Si la variación de la composición del agua depende del tiempo. frecuencia y duración de las variaciones. En el caso de fuentes con composición constante durante un período de tiempo relativamente prolongado o a lo largo de distancias considerables en todas las direcciones.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 1-33 a 1-46. Muestras integradas: corresponden a mezclas de muestras individuales recolectadas en distintos sitios pero simultáneamente o con la menor diferencia de tiempo posible. para medir efectos variables o irregulares de descargas y operaciones especiales deben seleccionarse períodos de muestreo que representen los tiempos en los que tienen lugar las circunstancias especiales. El estándar para gran parte de los análisis de una muestra compuesta corresponde a un período de tiempo representativo de 24 horas. para obtener valores medios o totales de los parámetros estudiados. se debe determinar la conveniencia bien sea de realizar los análisis lo más pronto posible. Adicionalmente. Este tipo de muestras es una alternativa que constituye un ahorro de tiempo y de costos en el laboratorio frente al análisis de un gran número de muestras simples. Muestras compuestas: corresponden a una mezcla de muestras simples recolectadas en el mismo sitio pero en tiempos diferentes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. las variaciones en los parámetros anteriores pueden tener efectos en otros componentes o parámetros como el hierro. Sin embargo. entre otros. el cloro residual. Este tipo de muestras también se conocen como compuestas-tiempo. el sulfuro soluble. se deben seleccionar cuidadosamente los diferentes sitios para la Contenido didáctico del curso Química Ambiental recolección de las muestras. Estas muestras no deben utilizarse para determinar componentes o parámetros que sufren variaciones en el tiempo. el manganeso. los siguientes: todos los gases disueltos. por ejemplo. En el caso de componentes o parámetros que pueden sufrir variaciones en el tiempo se debe evitar la conservación de las muestras. cuyos resultados deben someterse a una serie de cálculos. inclusive en el mismo sitio de muestreo. Estas muestras son las apropiadas para determinar los valores de concentraciones medias utilizados. 148 . la alcalinidad y la dureza. la temperatura y el pH. o de conservar la muestra para análisis posterior en el laboratorio. Entre estos parámetros se encuentran. para calcular la carga o eficiencia de una planta de tratamiento de aguas residuales. De acuerdo con los componentes o parámetros que se necesite analizar. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Cuando la variación de la composición no está en función del tiempo sino del espacio. 1. cantidad de muestra. Por tanto. desde el momento en que se toma hasta el de la realización de las determinaciones analíticas y su eliminación. Los conceptos anteriores junto con la premisa. Los diversos criterios técnicos para la realización del muestreo se encuentran incorporados en los siguientes aspectos principales: procedimiento de cadena de custodia. En estos Contenido Química Ambiental casos paradidáctico medir del la curso composición promedio o la carga total se debe recurrir a mezclas de muestras que representen distintos puntos de la sección transversal y que sean proporcionales a los flujos relativos. número de muestras y cantidad de la muestra. implican que el proceso de muestreo se realice bajo criterios que garanticen la integridad y representatividad de las muestras. El muestreo es una herramienta clave de la investigación científica. Este 149 . se ha encontrado en la práctica que ni los resultados totales ni los promedios son significativos. muy conocida. métodos de toma de muestras. Para los lagos naturales y artificiales. que establece que la calidad del resultado de una determinación analítica no puede ser mejor que la muestra sobre la cual se realiza. 12. no se utilizan muestras integradas sino las individuales. métodos de toma de muestras. cadena de custodia. La parte de la realidad que reúne esas condiciones se denomina muestra representativa. número de muestras. La parte seleccionada debe reflejar las similitudes y diferencias encontradas en ésta y ejemplificar sus características. Mediante el muestreo se determina que parte de una realidad debe estudiarse para poder hacer inferencias acerca de dicha realidad. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Este tipo de muestras se requieren para el análisis.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. por el contrario. por ejemplo. de aguas de ríos o corrientes cuya composición varía según la anchura y la profundidad. Procedimiento de cadena de custodia: comprende los pasos involucrados en la tenencia y manipulación de la muestra. debido a que son más importantes las variaciones locales. Lección 12: Criterios técnicos para el muestreo Los conceptos anteriores permiten establecer PALABRAS CLAVE: muestra representativa. Preferiblemente. siempre seríadelaconsejable este procedimiento como control rutinario del recorrido de la muestra. localización del punto de muestreo. la fecha y la hora. referencias del lugar en forma de mapas o fotografías. Sellado de la muestra: se pueden utilizar sellos de papel o plásticos que se colocarán de manera que sea necesario romperlos para abrir la muestra. objeto de la recolección. Aunque éste no sea el Contenido didáctico curso Químicaadoptar Ambiental caso. Registro de la cadena de custodia: debe contener la siguiente información. el método de la toma. Diligenciamiento del libro de registro de campo: en el libro debe constar la siguiente información. 4. También es necesario consignar el número y volumen de las muestras recolectadas. 5. acompañada del registro de la cadena de custodia y 150 . fecha de recepción y análisis a realizar. identificación de la muestra. una con la información de campo. si ésta procede de aguas residuales. Se debe consignar mínimo la identificación de la muestra. 6. los sellos deben llevar información que debe coincidir perfectamente con la consignada en las etiquetas. tipo de muestra. Solicitud de análisis de la muestra: consta de dos partes. Los pasos principales son los siguientes: 1. en lo posible. hora y lugar de la toma y nombre de quien realiza la recolección. La otra parte corresponde al laboratorio. y adherirlas al envase en ese momento o antes. Envío de la muestra al laboratorio: la muestra se entregará en el laboratorio lo más pronto posible.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. fecha. firmas de la persona que ha hecho la toma y de las que han participado en la cadena de posesión y fechas de las diferentes posesiones. hay que identificar el proceso que las produce y el nombre y dirección del productor del material. Etiquetado de la muestra: se pueden utilizar etiquetas adhesivas o placas que se deben diligenciar con tinta indeleble en el momento de la toma. tipo de muestra. identificación que se le asigna a la muestra en el laboratorio. nombre y dirección del contacto de campo. fecha. observaciones y mediciones de campo y firmas del personal responsable de las observaciones. 2. hora y lugar de la toma. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental procedimiento es de especial importancia cuando los resultados del análisis de la muestra se requieran como parte de un pleito o demanda. que debe ser diligenciada por el que toma la muestra. 3. deberá ser diligenciada por el personal de éste y debe incluir el nombre de la persona que recibe la muestra. o El encargado del muestreo detecta condiciones poco usuales. la persona encargada recibe la muestra y. hasta que sea asignada a un analista. 151 . Recepción y almacenamiento de la muestra: en el laboratorio. tanto el coordinador como el analista son los responsables del cuidado y la vigilancia de la muestra. o Disminuye los costos de mano de obra. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental de la solicitud de análisis. 8. inspecciona su estado y la existencia del sello. Métodos de toma de muestras: la toma de muestras es una operación crítica debido a que repercute en los resultados analíticos y en su interpretación. Luego. Asignación de la muestra para análisis: el coordinador del laboratorio realiza la asignación de la muestra y a partir de ese momento.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 12.2. y el de toma automática. registra la entrada al laboratorio y la guarda en un lugar apropiado de almacenamiento. que para programas de rutina o a gran escala resulta demasiado costoso en tiempo y dinero. En forma general. le asigna la identificación de laboratorio. o Brinda la posibilidad de realizar tomas con mayor frecuencia. La recibirá la persona que se va a encargar de la custodia. El muestreo manual se selecciona cuando se presentan las siguientes condiciones: o Los parámetros a evaluar pueden sufrir alteraciones al utilizar el equipo automático. o La forma de operación del equipo automático no permite un muestreo apropiado. en primera instancia. Finalmente. se puede hablar de dos métodos de toma de muestras: el manual. o Reduce los errores humanos en la manipulación. difíciles de manejar con el equipo automático. cuyo uso va en aumento. revisa la información de la etiqueta y del sello y las compara con la del registro de la cadena de custodia. Contenido didáctico del curso Química Ambiental 7. El muestreo automático se selecciona cuando favorece las siguientes condiciones: o Permite la recolección de muestras en lugares de difícil acceso a los encargados del muestreo. existe un buen número de métodos que técnicamente difieren en cuanto a las operaciones y los equipos especiales que involucran. dependiendo del tipo de aguas. Para esto consulte los siguientes sitios web: Para aguas residuales: El Instructivo TI 0187 del IDEAM http://institucional.google. 12. por ejemplo.pdf Para aguas subterráneas: La guía MVOTMA/DINAMA/DCA/DEA/G001 http://www. en las operaciones y en los equipos y materiales utilizados. los cuales pueden constituirse en fuentes de alteración de la composición propia de las muestras. 152 . del punto de muestreo y de los análisis que se vayan a realizar.ideam. entre los métodos de toma de muestras para los dos tipos de aguas mencionados anteriormente. se hace necesario establecer el número aconsejable de muestras que se debe recolectar para la cuantificación de un determinado analito. existe un aspecto crítico que consiste en el tipo de envase. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Por otra parte.co:8080/jsp/info/institucional/media/descargas/124_La boratorio_Calidad/452_%20Protocolos_Calidad_Agua/Protocolo_toma_muestras/TI 0187_Toma_Muestras_AguasResiduales.com. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Disminuye los riesgos de accidente para el personal encargado del muestreo.mvotma.gov.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Número de muestras Debido a las variaciones de carácter aleatorio presentes en toda determinación analítica y a la presencia de materiales diversos en los sitios de muestreo.uy%2Fdinama%2Findex.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCIQFjAA&url=http%3A%2F% 2Fanterior. una muestra única puede no ser suficiente para lograr el nivel de confiabilidad deseado en los resultados de los análisis. Para esto se debe conocer su desviación estándar global y establecer el valor aceptado de incertidumbre. Por lo anterior. En relación con el tipo de aguas se tiene. un método para muestras de aguas residuales y otro método para aguas subterráneas.3.gub.php%3Foption%3Dcom_docman%26task%3Ddoc_download %26gid%3D233%26Itemid%3D367&ei=NLgWUKCfCenF0QGfvoDoBw&usg=AFQjCNGBnvrZRjVYFrC0EGnOn EvAxC3J7Q En relación con la incidencia que en los métodos de toma de muestras tienen los tipos de análisis que se vayan a realizar. ACTIVIDAD # 11: Establezca las diferencias existentes. al cual se hará referencia en la Lección 13. entonces.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 153 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se tiene. la siguiente expresión matemática: 2 Contenido ts didáctico del curso Química Ambiental N ≥ U Donde: N = número de muestras t = t de Student para un nivel de confianza determinado s = desviación estándar global U = incertidumbre aceptada Con base en esta expresión matemática también se pueden construir gráficas de N vs. s/U. para diferentes niveles de confianza. y establecer el número de muestras que se deben recolectar para el análisis de un analito a un determinado nivel de confianza. España: Díaz de Santos. 1-41. se encuentra que para un analito con s = 0. No se puede utilizar la muestra recolectada para los análisis químicos para realizar análisis bacteriológicos. 27 APHA. 12. para trabajar con un nivel de confianza del 90%.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. en la práctica se recolectan alrededor de 2L. porque los métodos de toma y manipulación de las muestras son diferentes. Madrid. 1992. Figura 1060: I p. Cantidad de muestra La cantidad promedio de muestra requerida para cada uno de los análisis químicos es de 500 mL. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 19. AWWA & WPCF.8 mg/L y con U = ± 0.4. Métodos normalizados para el análisis de aguas potables y residuales. mediante interpolación en la gráfica. Recopilación de algunos criterios técnicos para la toma de muestras muestra los volúmenes mínimos de muestra necesarios según tipo de análisis. La Tabla 8. La cantidad total de muestra requerida variará según el número de parámetros que se vayan a analizar. 154 . habría que recolectar mínimo 40 muestras.2 mg/L. Determinación del número de muestras requeridas para cuantificar la concentración promedio de un analito27 Por ejemplo. vidrio Corgánico total 100 Vidrio Dióxido de cloro 500 Plástico (polietileno o equivalente). vidrio Conservar a 4°C en la oscuridad (no congelar) / refrigerar 28 d Conservar a 4°C en la oscuridad/28 d Sulfuro 100 Plástico (polietileno o equivalente). Métodos normalizados para el análisis de aguas potables y residuales. según tipo de análisis28 Contenido didáctico del curso Química Ambiental DETERMINACIÓN ANALÍTICA CANTIDAD MÍNIMA DE MUESTRA (mL) pH - Plástico (polietileno o equivalente). 1992. vidrio Cloro residual 500 Plástico (polietileno o equivalente). Madrid. vidrio Dióxido de C 100 Plástico (polietileno o equivalente). AWWA & WPCF. España: Díaz de Santos. 1-42 a 1-44. vidrio Conservar a 4°C en la oscuridad + ácido ascórbico(1000mg/L) si existe cloro residual/7d Conservar a 4°C en la oscuridad + H2SO4 hasta pH<2 No conservar/inmediato CARACTERÍSTICAS DEL ENVASE CONSERVACIÓN (características/ tiempo máximo recomendado) Conservar a 4°C en la oscuridad + 4 gotas de AcZn 2N +NaOH hasta pH>9 Conservar a 4°C en la oscuridad/24 h Conservar a 4°C en la oscuridad/24 h No conservar o refrigerar a 4°C en la oscuridad + HCl hasta pH<2 No conservar/0. vidrio-borosilicato Plástico (polietileno o equivalente).5 h 28 Basada en: APHA. Recopilación de algunos criterios técnicos para la toma de muestras. tapadera Fenoles 500 Plástico (polietileno o equivalente). 155 . vidrio No conservar/0. Tabla 1060: I p. sello de lacre No conservar o emplear sello de lacre/6 meses Sílice - Plástico (polietileno o equivalente) Sulfato - Plástico (polietileno o equivalente). Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tabla 8. vidrio Acidez 100 Alcalinidad 200 Plástico (polietileno o equivalente).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. revestimiento de TFE. vidrio No conservar/ 2 h Salinidad 240 Vidrio.5 h Pesticidas - Vidrio lavado con disolventes orgánicos. envases de polietileno. 13. envases de vidrio. arroyos de poca profundidad y pozos dotados de bombas de extracción. pozos sin bomba y grandes depósitos de almacenamiento. conservar a 4°C/7d Añadir H2SO4 hasta pH<2. generalmente. conservar a 4°C /28 d Añadir H2SO4 hasta pH<2. embalses. se aplica en grifos de redes de distribución. vidrio Nitrato + Nitrito 200 Plástico (polietileno o equivalente). Las tomas automáticas se utilizan principalmente en ríos. vidrio lavados con H2O: HNO3 (1:1) Plástico (polietileno o Amoníaco 500 equivalente). El método de toma automática de muestras utiliza equipos que se programan de acuerdo con necesidades específicas que están determinadas por factores como la profundidad. En este caso las muestras se toman directamente en el recipiente que se va a enviar al laboratorio o en el que se utilice para las determinaciones in situ. los equipos requieren controles precisos en relación con la velocidad de bombeo y el tamaño de los tubos. Equipos Su utilización depende del método de toma de muestras. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Cromo VI 300 Plástico (polietileno o equivalente). vidrio Conservar a 4°C en la oscuridad/24 h Añadir HNO3 hasta pH<2. características estructurales de los envases. vidrio lavados con H2O: HNO3 (1:1) Contenido didáctico del curso Química Ambiental Plástico (polietileno o Mercurio 500 equivalente). donde el programa de muestreo tenga una periodicidad baja y no sea a gran escala. entre otros. conservar a 4°C/ninguno Ninguna/28 d Lección 13: Equipos y envases para muestreos Los conceptos anteriores permiten establecer PALABRAS CLAVE: control de equipos muestreadores.1.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Adicionalmente. vidrio Bromuro - Plástico (polietileno o equivalente). el flujo de corriente y la distancia a la orilla. La toma manual implica que no hay utilización de equipo alguno. canales de riego. según el tipo de muestra que vaya a recolectarse. 156 . para la determinación de sílice y sodio porque se pueden lixiviar. existen dos clases principales. ni para metales debido a que parte de ellos pueden quedarse adsorbidos en las paredes. activado por un mensajero.2. se encuentran lastradas y unidas mediante una cuerda o cadena. o Botellas lastradas. son botellas. generalmente. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los equipos muestreadores automáticos son de dos tipos principales: o Dependientes corresponden a aquellos que toman muestras Contenido didáctico del del cursotiempo: Química Ambiental simples o compuestas. se puede producir por la acción del agua que los remueve en forma de suspensión coloidal y 157 . las cuales son acordes con el sitio de muestreo y por el tipo de material del cual están hechos. o Dependientes del volumen: corresponden a aquellos que sí tienen en cuenta las variaciones de caudal. de abertura amplia (no menos de 35 mm en la boca) y de capacidades diferentes (no menos de 120 mL). si se estira mediante una cuerda o tubo. La lixiviación de sílice y sodio que son componentes básicos del vidrio. la cual permite a la botella abrirse a la profundidad deseada. Respecto al tipo de material del cual están hechos los envases.3 y 5 litros). se utilizan según los compuestos que contenga la muestra de agua y que se vayan a analizar. En los casos anteriores se prefiere el uso de envases de plástico. o Botella Van Dorn. sin tener en cuenta las variaciones del caudal. tiene sistema de cierre doble. se cierra tomando la muestra. polietileno o su equivalente y vidrio. consta de dos tapas y a la profundidad deseada. consiste en un tubo equipado con un cierre final que se puede abrir cuando el tubo se introduce en el material que se quiere muestrear. o Coliwasa (Composite Liquid Waste Sampler). los principales tipos de envases son: o Toma-muestra sencillo. o Bailer. Se encuentra. La utilización de vidrio no es conveniente. por ejemplo. En relación con las características estructurales.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. usualmente. Envases Existen diversos tipos de envases que se diferencian por las características estructurales. en tres tamaños (2. 13. Adicionalmente. según tipo de análisis. Las técnicas de conservación de las muestras de agua tienen como finalidad demorar los cambios químicos y biológicos que puedan tener lugar después de la recolección de las muestras. Recopilación de algunos criterios técnicos para la toma de muestras. Naturaleza de los cambios de la muestra. no se logra la estabilización total de todos los constituyentes. respectivamente. Independientemente de la clase de agua de la cual provengan las muestras. Por otra parte.1. En estos casos es preferible utilizar envases de vidrio. Lección 14: Conservación de las muestras Los conceptos anteriores permiten establecer PALABRAS CLAVE: variación de equilibrios. 14. es decir. algunos de los cuales pueden disolverse en este material o pueden lixiviar sustancias de éste. la conservación nunca es completa. para seleccionar las técnicas de conservación más apropiadas. Debido a lo anterior. En la Tabla 8.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. por tanto. cuando los análisis no se pueden realizar inmediatamente después de la recolección. se muestran para parámetros específicos los tipos de envases recomendados. no existe opción diferente a determinarlos en el momento en que se realiza 158 . o pueden degradarse y romperse. las paredes de estos envases pueden resultar porosas para este tipo de compuestos. lo cual conduce a una sobreestimación de la cantidad de estas especies químicas presentes en la muestra de agua bajo Contenido didáctico del curso Química Ambiental estudio. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental en disolución. Existen parámetros que en cuestión de minutos cambian significativamente y. por ejemplo. actividad microbiana. la utilización de envases de plástico no es conveniente. procesos redox. para la determinación de compuestos orgánicos volátiles. se debe considerar la naturaleza de los cambios posibles en la muestra. dependiendo del potencial redox de la muestra. Este es el caso de los valores de calcio y de la dureza total que podrían disminuir por la precipitación del calcio originada en una variación del equilibrio pH-alcalinidad-dióxido de carbono. o El cromo hexavalente puede ser reducido a ión crómico. por lo cual las técnicas se enfocan a limitar la acción de los microorganismos. En consecuencia las acciones comprenden básicamente: o Control del pH o Adición de productos químicos o Filtración 159 . estos elementos podrán precipitar o disolverse. Técnicas de conservación La naturaleza de los cambios de mayor ocurrencia en las muestras de agua determina. por el contrario. relativamente insolubles en los estados de mayor oxidación. los iones ferrosos. pH y la cantidad de gases disueltos. Otro gran número de cambios se debe básicamente a procesos de oxidación reducción. o Algunos elementos solubles pueden unirse orgánicamente estructuras celulares o pueden ser liberados mediante lisis celular. o Los sulfitos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. o Los sulfitos pueden aumentar su contenido por reducción de los sulfatos y el cloro residual puede ser reducido a cloruro. en muchos de los cuales la gran responsable es la actividad microbiana: o El hierro y el manganeso son solubles en los estados de menor oxidación y. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental la recolección. por tanto. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Otros parámetros se afectan indirectamente por los cambios en los parámetros mencionados anteriormente. o Las especies químicas nitrato-nitrito-amoníaco pueden presentar variación en su cantidad relativa.2. como son el oxígeno y el dióxido de carbono. en las 14. Estos son: temperatura. el yoduro y el cianuro se pueden perder por oxidación. a demorar la hidrólisis de los compuestos químicos y a reducir la volatilidad de los componentes. DQO. fluoruros. ámbar u opacos La adición de conservantes químicos. además. cuando estos se requieran. acidez. detergentes. Los análisis físicos comprenden los siguientes ensayos: 160 . previa verificación de que no alterarán el análisis que se vaya a realizar a la muestra. además. a continuación. para realizar los diferentes análisis requeridos. OD. sodio. deberá realizarse en el envase antes de colocar la muestra. se muestran para parámetros específicos las técnicas de conservación recomendadas. compuestos de azufre. Lección 15: Parámetros químicos de análisis PALABRAS CLAVE: alcalinidad. sílice. En la Tabla 8. compuestos de fósforo.  Presencia o ausencia de organismos coliformes. hierro y manganeso. para garantizar que la totalidad de ésta entrará en contacto con el conservante en el momento de la recolección. Recopilación de algunos criterios técnicos para la toma de muestras. los biológicos y físicos de mayor interés. compuestos de nitrógeno. Los análisis biológicos comprenden un examen bacteriológico de la muestra de agua. Los análisis básicos del agua permiten la caracterización y. Teniendo en cuenta que una técnica de conservación puede ser adecuada para un tipo de análisis y para otros no. suministran información para definir los tratamientos. según tipo de análisis. Se llevan a cabo dos ensayos básicos:  Número de bacterias estimadas mediante conteo total en placa. se puede presentar la necesidad de hacer varias veces la recolección de una muestra y mantener y conservar las diversas tomas por separado. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Refrigeración o Congelación Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Uso de envases hechos de ciertos materiales y. dureza. DBO. grasas y aceites.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. En esta lección se hará énfasis en los parámetros químicos y sólo se enumeran. potasio. cloruros. Potenciométrica Tiene gran importancia en el tratamiento del agua. por medio de indicadores.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. por hidrólisis. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Turbidez  Color Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Olor y sabor  Temperatura  Sólidos  Conductividad Análisis químicos básicos PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Tiene mucha influencia en una serie de reacciones que ocurren en el agua. Sirve para evaluar Titulación la capacidad potenciométrica o tampón del agua. desinfección y estabilización. puede generar [H+] mayores o iguales a 1 x 10-4 M Un agua con pH< 6. especialmente en la coagulación. con El valor también una solución de un En aguas naturales se es necesario para ácido. La presencia de sales como las de aluminio. Capacidad para neutralizar ácidos o medida del contenido total de iones OH-.0 se considera agresiva y corrosiva para los metales. pH Alcalinidad La concentración de H+ en el agua no necesariamente indica la presencia de ácidos. como el 161 . sulfúrico. (especialmente: Ca++. Se realiza en dos etapas sucesivas determinadas por los puntos de equivalencia de los bicarbonatos y el ácido carbónico. Fe++ y 162 . ablandamiento y control de la corrosión. es cada uno de los mineral y la hidrólisis corrosiva o es compuestos que de ácidos conjugados incrustante.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. determinar la viabilidad de los procesos de coagulación. en el agua. Sr++. proceso de de cationes divalentes ablandamiento. la si un agua es equivalencia de presencia de acidez estable. Se expresa como mg/L de carbonato de calcio Capacidad para neutralizar bases o medida del contenido total de sustancias ácidas. de bases débiles. Acidez Dureza Titulación con una solución de NaOH y determinación de Puede deberse a la Sirve para evaluar los puntos de presencia de CO2. carbonatos e hidróxidos. con el uso de determinar la EDTA o de sus necesidad de Se debe a la sales de sodio adelantar un presencia. Sirve para evaluar primordialmente de si un agua es calcio y magnesio apropiada para presentes en Titulación uso doméstico e determinada cantidad complexométrica industrial y para de agua. originan la acidez. Mg++. de bases conjugadas de ácidos débiles y de sales de cationes trivalentes y algunos divalentes. Concentración de sales minerales. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental debe a la presencia de bicarbonatos. Las diversas formas son indicadores del tipo de contaminación. HS-. destilación y titulación) Sulfatos: método turbidimétrico Sulfuros y sulfitos: método yodométrico 163 . indica ocurrencia de la contaminación con bastante anterioridad respecto al momento de hacer el análisis. Para el nitrógeno orgánico y total el método de Kjeldahl (digestión. HSO4-. nitritos y orgánico. De acuerdo con la concentración de sulfatos se pueden determinar problemas potenciales de Para las formas amoniacales. La presencia de nitratos. H2S. Compuestos de nitrógeno Compuestos de azufre Las diferentes formas del nitrógeno existentes en la naturaleza y las reacciones de transformación no son una excepción en el agua. SO32-. Dependiendo de las condiciones del agua se presentan diferentes formas del azufre: SO42-. como compartimento ambiental.y SiO32-) que pueden formar incrustaciones. Se estudian las siguientes formas del nitrógeno: amoniacal. S2O32-. SO2. NO3. HSO3-. Cl-. así: Predominio de nitrógeno orgánico y amoniacal indica contaminación reciente y peligro potencial alto. en un alto porcentaje. nitratos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental Mn++) que forman precipitados al reaccionar con los jabones y de aniones (especialmente: HCO3-.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. nitratos y nitritos se utilizan métodos colorimétricos. SO42-. por su reducción a H2S. Compuestos de fósforo Se estudian las siguientes formas del fósforo: ortofosfatos. En aguas que contienen oxígeno disuelto están presentes como Mn4+ y como Fe3+ La subsecuente oxidación del H2S puede ocasionar ataques a los materiales de concreto de. para establecer sistemas de tratamiento y La forma que se va a cuantificar se convierte a un ortofosfato. y para establecer los mecanismos de purificación y tratamiento de las aguas. Absorción atómica: para ambos elementos. por ejemplo. El ortofosfato se hace reaccionar para formar un complejo coloreado (usualmente fosfomolibdato azul) y la concentración se determina por colorimetría. debido a su incidencia en la eutrofización. De acuerdo con los 164 . Estas formas pueden existir bien sea como soluciones o como suspensiones Hierro y manganeso En aguas subterráneas están presentes como Fe++ y Mn++. Se requiere. Colorimétricos: para hierro dos métodos principales: con fenantrolina y con tripiridina. La información sobre concentración se requiere para determinar la aptitud de uso de aguas subterráneas. para manganeso el método del persulfato. La información sobre concentración se requiere para estudios de contaminación de cuerpos naturales de agua.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. polifosfatos y fosfatos orgánicos. por ejemplo en alcantarillas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental olor y corrosión. también. las alcantarillas. y el tipo de equipos requeridos para dicho fin. por descargas de aguas residuales. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental purificación y para el control de la corrosión en tuberías. 165 . en niveles de concentración la técnica de llama o la de horno de grafito. De acuerdo con la concentración de sílice se pueden determinar problemas potenciales de incrustaciones. Fluoruros Los fluoruros son compuestos poco solubles en agua Cloruros Están presentes en todas las aguas naturales: en las aguas de mar es el anión predominante. en las aguas de consumo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. a los ríos llegan por la acción disolvente del agua sobre la capa vegetal de los terrenos. Métodos colorimétricos y electrodos de membrana selectiva Método de Mohr Formación de ácido molibdosilícico y determinación colorimétrica. en aguas para consumo. por ejemplo. La información sobre concentración se requiere para determinar la necesidad de adición o de remoción. La concentración de cloruros se utiliza para determinar la necesidad de desalinización. ácido silícico e iones silicato. se puede encontrar en las siguientes formas: partículas coloidales de SiO2. Las pruebas de cloruros son útiles para establecer la trayectoria de contaminación de pozos. Sílice Dependiendo del pH del agua. un período de 5 días . a compuestos .DBO > 8 ppm orgánicos de O2 biodegradables que corresponde a pueden ser inclusive aguas compuestos contaminadas aromáticos. Determina la existencia de condiciones aeróbicas o anaeróbicas. Método de las modificaciones de Alsterberg al método de Winkler Técnica de dilución 166 . Proviene de la mezcla agua aire y del oxígeno producido por Permite la fotosíntesis de las establecer si se plantas acuáticas constituye en un agente de corrosión para el hierro y el acero Permite determinar la cantidad de materia orgánica presente en Medida de la cantidad aguas. en aguas muy puras.DBO < 3ppm de mineralización de la O2 corresponde a materia orgánica.DBO entre 3-5 a 20°C ppm de O2 corresponde a La materia orgánica aguas con pureza oxidada corresponde intermedia.DBO entre 100400 ppm de O2 corresponde a aguas residuales urbanas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental Oxígeno disuelto (OD) Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) calderas y turbinas. .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. de oxígeno requerida por los Se manejan los microorganismos siguientes heterótrofos durante indicadores: el proceso de oxidación o . 5 indica materia orgánica muy biodegradable.DBO > 400 hasta 10. Digestión y titulación colorimétrica del dicromato residual DQO/DBO = 2. También se tienen establecidos 167 . No se oxidan los compuestos aromáticos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.0 indica materia orgánica moderadamente biodegradable. oxidable por dicromato en solución ácida. permite establecer las condiciones de biodegradabilidad y se requiere para determinar la eficiencia de las unidades de tratamiento.000ppm de O2 corresponde a aguas industriales. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental . La relación DQO/DBO se conoce como índice de biodegradabilidad: DQO/DBO = 1. El valor DQO junto con el de DBO. Demanda química de oxígeno (DQO) Medida del contenido orgánico total de una muestra. DQO/DBO = 10 indica materia orgánica poco biodegradable. 2 corresponde a contaminantes no biodegradables. Absorción atómica o emisión con llama. Electrodos de membrana selectiva para sodio. Sodio Potasio En las aguas naturales. pero en menor concentración Aunque es un nutriente esencial. Absorción atómica o emisión con llama.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. así: DBO/DQO < 0. se encuentra en forma iónica proveniente de sales muy solubles. De acuerdo con la concentración.6 corresponde a contaminantes biodegradables. sodio. Pero para en En aguas residuales aguas para riego proviene de la orina y se debe controlar de las sales de uso su contenido industrial. Electrodos de membrana selectiva para potasio 168 . no hay límites de concentración establecidos. DBO/DQO > 0. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental indicadores con la relación DBO/DQO. generalmente cloruros. De acuerdo con la concentración. junto con el remoción. En el caso de aguas para consumo. se En aguas naturales se determina la encuentra en forma necesidad de iónica. se determina la necesidad de remoción. porque afecta las propiedades físico-químicas del suelo y el crecimiento de las plantas. por esto. ésteres de ácidos grasos de cadena larga e hidrocarburos de cadena larga con un grupo ácido carboxílico en un extremo. En las aguas existen en forma coloidal.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. por encima de los cuales resultan Formación de complejo coloreado y medición espectrofotométrica a 652 nm Existen diversos métodos cuya selección para una aplicación particular debe tener en cuenta factores como la sensibilidad. indican el potencial de formación de espuma y el riesgo de eutrofización De acuerdo con la concentración. por encima de ciertos valores (> 2000 mg/L) no es recomendable en aguas para consumo. principalmente. De acuerdo con la concentración. se determina la necesidad de remoción. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental es catártico y. procesos de Evaporación del remoción solvente orgánico y pesada del residuo seco. Grasas y aceites Detergentes METALES PESADOS Comprenden varias clases de lípidos que incluyen en su estructura química. la exactitud y la precisión del método. Algunos de estos 169 . se posterior extracción determina la mediante freón-113 necesidad de o hexano sobre un pretratamiento y frasco de la eficiencia de los destilación. principalmente. Las formas Separación de las sustancias por De acuerdo con la acidificación y concentración. de partículas y en fases disueltas. procedentes de las actividades industriales y comerciales. Estos metales tienen niveles óptimos de concentración. Conformados por varios tipos de compuestos. Uno de ellos el surfactante que puede ser de dos tipos principales: sulfonatos de alquilbenceno lineales y sulfatos de alquilbenceno de cadena ramificada Los metales pesados están presentes en el agua superficial. Espectrometría de absorción atómica con horno de grafito. métodos son: La concentración máxima permisible de estos metales depende del uso que se la vaya a dar al agua que los contiene.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Se consideran de interés para los sistemas acuíferos superficiales los siguientes: Cr. Espectrometría de emisión atómica por plasma acoplado inductivamente (ICP). Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental solubles generalmente son iones. quelatos o complejos organometálicos no ionizables. Espectrometría de emisión atómica con técnica de llama. la concentración de los ligandos con los cuales el metal puede enlazarse y por el estado de oxidación de los componentes del sistema. Espectrometría de masas acoplada con ICP Ejercicios: 1) Alcalinidad: 170 . Espectrometría de absorción atómica con técnica de llama. As. Hg. Cd. La solubilidad depende del pH. Espectrometría de absorción atómica mediante vapor frío. Espectrometría de absorción atómica por generación de hidruros. Sb y Pb. tóxicos. libres se neutraliza a un valor de pH > 8.3.3 Química y 20 Ambiental mL adicionales del mismo ácido. Los bicarbonatos se neutralizan a pH 4.5. c.T 2(T – F) 0 T 0 0 F=T 171 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.5 y se denomina T y la alcalinidad a pH 8. en la titulación con el ácido sulfúrico se presentan los siguientes equilibrios químicos: H+ + OH- H2O H+ + CO32- HCO3- H+ + HCO3- H2CO3 Las respectivas curvas de titulación. para una muestra de 210 mL de agua con un pH de 10.3 se denomina de fenolftaleína. carbonatos e hidróxidos.5.02 N para Contenidoun didáctico alcanzar pH del de curso 8. la cual requirió 12 mL de H 2SO4 0. La mitad de los carbonatos se neutraliza a pH 8. De acuerdo con lo anterior. la alcalinidad total comprende la alcalinidad por bicarbonatos.5. La concentración de iones OH. Las relaciones entre los diferentes tipos de alcalinidad pueden calcularse con base en la tabla siguiente: Resultado de la Alcalinidad de Alcalinidad titulación hidróxidos como carbonatos CaCO3 como CaCO3 de Alcalinidad de bicarbonatos como CaCO3 F=0 0 0 T F<½T 0 2F T – 2F F=½T 0 2F 0 F>½T 2F . Por tanto. F.3 y el total a pH 4. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Determinar la alcalinidad total del agua y sus diversas formas. b. carbonatos e hidróxidos. corresponde a pH 4. Solución: Como ya se mencionó la alcalinidad se debe a la presencia de bicarbonatos. presentan los siguientes resultados: a. con igual concentración para alcanzar un pH de 4. 10 mg/L – CaCO3 172 . se puede concluir que para la muestra de agua del problema: Alcalinidad total = 152.02 x 50. Cálculo dedidáctico alcalinidad total (T): Ambiental Contenido del curso Química Alcalinidad total = (32 x 0. como CaCO3 = 0 Alcalinidad de carbonatos.14 mg/L – CaCO3 De acuerdo con estos resultados y la información de la tabla anterior. como CaCO3 = 114. como CaCO3 = 38.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.38 mg/L – CaCO3 Alcalinidad de hidróxidos.28 mg/L – CaCO3 Alcalinidad de bicarbonatos.000) / 210 = 57.02 x 50.000) / 210 = 152. se tiene.38 mg/L – CaCO3 Cálculo de alcalinidad de fenolftaleína (F): Alcalinidad F = (12 x 0. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental De acuerdo con los datos del problema. Calcular la cantidad de NH3 no ionizado.5 tiene un contenido de nitrógeno amoniacal de Contenido didáctico del curso Ambiental 1.5 mg/L-N.6 x 10-10 [NH4+] 173 . conQuímica pH = 7. Solución: El equilibrio químico que se presenta es el siguiente: NH4+ NH3 + H+ [NH3] [H+] K = = 5. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 2) Compuestos de nitrógeno: Una muestra de agua.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 6 mg/L Al3+ = 2.6 Solución: El cálculo se hace con base en la concentración.7 9.2 12. La diferencia entre la suma de los aniones y los cationes se asume que es igual a la cantidad de sodio más potasio.47 SO42- 25. Ca2+ = 16.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.30 HCO3- 112. expresada en meq/L.80 Mg2+ 12. la cual se acostumbra expresar como sodio.02 Fe2+ 7.0 1.= 25.0 0.0 1.2 61.84 CO32- 44. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 3) Sodio y potasio: Contenido didáctico del curso Química Ambiental Calcular la concentración de sodio y potasio de una muestra de agua con los siguientes resultados de análisis. de los demás cationes y aniones presentes en la muestra de agua.1 30.2 mg/L Fe2+ = 7.0 0.0 20.2 mg/L CO32.0 mg/L Mg2+ = 12.0 48.27 Al3+ 2.0 0. Entonces: Especie química mg/L en la muestra Masa de 1 meq (mg) No.0 mg/L Cl.0 1.= 44.6 28.= 112.7 mg/L HCO3.1 mg/L SO42.52 174 .= 25.0 0. de meq/L en la muestra Ca2+ 16. Solución: El valor del DBO entre 100-400 indica un tipo de agua residual urbana.7 indica la presencia de materia orgánica moderadamente biodegradable.6 35.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.55 meq/L Luego: Na + K = Σ aniones . 175 .16 meq/L Expresando la concentración como Na se tiene: Na + K = 2.72 Contenido didáctico del curso Química Ambiental Σ cationes = 2.55 – 2. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Cl- 25.39 meq/L Σ aniones = 4.39 = 2.7 mg/L – Na 4) Oxidación de la materia orgánica: El análisis de una muestra de agua presenta los siguientes resultados: DBO5 = 210 mg O2 /L y DQO = 569 mg O2 /L Establecer el posible tipo de agua y la naturaleza de la materia orgánica que contiene.16 meq/L x 23 mg/meq Na + K = 49. La relación DQO/DBO = 2.Σ cationes Na + K = 4.5 0. planta de tratamiento (para determinar su eficiencia). 3) Con base en lo desarrollado en la Actividad # 11 complete el siguiente cuadro relacionado con características del muestreo según tipo de aguas (cuando alguno de los ítems no aplique al tipo de agua. de las cuales se requiere un análisis de del curso Química parámetros químicos. 2) Indique los criterios técnicos que garantizan la integridad y representatividad de las muestras de agua recolectadas para análisis. río con variaciones en composición según ancho y profundidad. indique el tipo de muestra que tomaría: agua superficial con variaciones estacionales. explicando para cada caso su incidencia en los resultados analíticos. En cada caso justifique su respuesta.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. escriba NA en la celda correspondiente): TIPO DE AGUA RESIDUAL SUBTERRÁNEA Tipo de muestra Operaciones previas al muestreo Equipos principales Envases para muestreo Parámetros para análisis en campo Manipulación y conservación de muestras para análisis en el laboratorio Operaciones en campo Métodos de aforo de caudales Procedimientos especiales de aforo 176 . lago natural. incluyendo los criterios de sitio y tiempo de muestreo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PREGUNTAS Y EJERCICIOS 1)Contenido Para lasdidáctico siguientes fuentes deAmbiental agua. s/U Establezca el número de muestras de agua que se deben recolectar para el análisis de los analitos que se presentan en la siguiente tabla.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental (indicar cuándo se usan) Purgado del pozo Contenido didáctico del curso Química Ambiental Orden del muestreo Comentarios específicos 4) Con base en el método gráfico de N vs. 177 . UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.1 Cr 0.4 0. 8) Para un agua con contenido de nitrógeno amoniacal de 14 mg/L-N y pH = 6. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental S N (número de muestras) U (desviación (incertidumbre) Analito estándar) Contenido didáctico del curso Química Ambiental mg/L mg/L pH 0. mientras que en aguas subterráneas son apreciables. Determine el DBO del agua residual.+ 2H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 8CO2 178 .1 Fosfatos 0. determine la concentración de NH3 no ionizado y de ión NH4+.05 0.03 0.02 Fe 0.025 Nivel de confianza 99% 95% 90% ¿Qué concluye respecto a los valores de la relación s/U y los diferentes niveles de confianza? ¿Cuáles son las implicaciones prácticas en el muestreo y cuáles en los resultados analíticos? 5) Indique al menos cinco parámetros cuya determinación analítica se debe realizar directamente en campo (en el momento de recolección de la muestra).025 N para alcanzar un pH = 4. 10) En aguas superficiales las concentraciones de hierro ferroso en solución son muy bajas (< 1 mg/L).0. 6) Establezca la finalidad de las técnicas de conservación de las muestras de aguas y los controles que se ejercen en la práctica.3 0. de acuerdo con la siguiente reacción: 4Fe2+ + 8HCO3.0 mg/L.6 mg/L y la mezcla se somete a un ensayo de DBO. Justifique su respuesta. 9) Considere la siguiente situación: a 10 mL de agua residual con OD (oxígeno disuelto) = 0 mg/L se le adicionan 290 mL de agua de dilución con OD = 9. después de la incubación el OD de de la mezcla es 6. 7) Determine la alcalinidad de una muestra de 60 mL de agua que requiere de 7 mL de ácido sulfúrico 0.5. Explique si la del Ambiental hierro puede tener efecto sobre el pH del agua. Contenido didáctico deloxidación curso Química 179 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Calcule cómo afectarán la alcalinidad. 4 mg/L de Fe2+ disueltos en agua. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental a. b. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Actividades de Autoevaluación de la UNIDAD Contenido didáctico del curso Química Ambiental 180 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. En J. p. España: Reverté.html. GARZA-CUEVAS. Freddy. T.html. 1978. 1968. J. Facultad de Ingeniería y Arquitectura. 2001.com/agua-municipal. Ernesto et al. Departamento de Ingeniería Civil.aquapurificacion. AWWA & WPCF. Sede Manizales. M. http://fisexpscs.htm. Figueruelo (Ed.edu. y Mc NEAL. Consultado http://racalviz. Madrid: Alhambra. D.asp?idp=653. Brian.com/2007/11/estructura-qumica-del-agua. Amsterdam: Elsevier. La regla de las fases. G.com/index.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Química física. Basic Elements.blogspot. AQUA PURIFICACIÓN SYSTEMS. Universidad Nacional. Consultado en: http://www.unal. M. Madrid: Díaz de Santos. En: ENKERLIN. 1992. Ciencia ambiental y desarrollo sostenible. Potabilización de aguas.). Consultado en: FRANCO. 1997. Consultado en: APHA. 2004 Fisicoquímica experimental: Agua. Principios de ciencia ambiental. en: DOMÈNECH. Membranas para tratamiento de agua. Soil Chemistry. España: Reverté. Barcelona.com/LoNuevo/membranas.blogspot. New York: John Wiley & Sons.acsmedioambiente. Del ambiente y de los procesos medioambientales (pp. G. Química ambiental de sistemas terrestres. BOHN. J. H. M. 457-571).htm. Consultado en: http://www. Rafael.html. México: Thomson. H y BRUGGENWERT. AQUATECNIA Ingeniería Ambiental. X. Introducción a la química de la atmósfera. E.aquatecnia. 102. Consultado en: http://www. Soil Chemistry A. y JONES. Raúl y GONZÁLEZ. CALVO. BOLT. Estructura química del agua. Métodos normalizados para el análisis de aguas potables y residuales. & PERAL. Ósmosis http://www. inversa. 181 .com/2009/10/agua. FIGUERUELO. F. 2006 FERGUSON. & MARINO. K. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Fuentes Documentales de la Unidad 1 Contenido didáctico del curso Química Ambiental ACS Medio Ambiente. Leticia.co/cursos/sedes/manizales/4080004/index. Barcelona. Acueductos y alcantarillados.virtual. México: Thomson. Una visión desde la química. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental HARRISON. México: International Thomson. 401-413).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. S. Consultado en: http://www. & SEAGER. 1997 WASER.udlap. PARKER. RAMÍREZ. E. 1981 Textos Científicos. VOGUEL. Consultado en: www.es/tipo-delodos. J. Colombia: Escuela Colombiana de Ingeniería. Termodinámica. Contaminación del agua (pp. Alhambra. El medio ambiente. Química Ambiental. Consultado en: http://purepro. Consultado en: http://www. D. Química ambiental: Contaminación del aire y del agua. 2003. Contaminación ambiental. US Geological Survey. y SEAGER. 2003 Contenido didáctico del curso Química Ambiental LENNTECH. R.com/quimica/inorganica/metales-transicion. & RIVAS. ¿Qué es la ósmosis inversa y en qué consiste?. Madrid: SKOOG. H. Química fundamental. C. Francisco. 182 . 2005. En : STOKER. México. Desinfección del agua con cloro y cloraminas.com. Barcelona: Reverté. Universidad de las Américas Puebla. En E. Raymond.html.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/hammeken_a_am/capitulo8. E. Zaragoza. OROZCO.ve/osmosis.gov/. Fundamentos de química analítica. Pure-Pro Drinking Water System. España: Blume. España: Acribia. Calidad del agua. S. STOCKER.). Madrid: Thomson. J. Los compuestos de los metales de transición. 1972..tecnicaindustrial. H.textoscientificos. Introducción a la química medioambiental y a la contaminación. Consultado en: http://www. D.htm. et al. J. Barcelona. Enkerlin (Ed.usgs. Contaminación del aire y del agua. A. ROMERO. F.pdf. 1977. Bogotá. Tratamiento de lodos.L. “Composition of the Earth’s Crust”. 2005 SHAW. M.es/TIAdmin/Numeros/20/42/a42. S.p df. C.lenntech. Introducción a la química de superficies y coloides. Tratamiento de lodos. Douglas et al. Consultado en: http://catarina. Ciencia ambiental y desarrollo sostenible. tratamiento y remediación. Justificación El suelo es uno de los recursos naturales más importantes que existen en la naturaleza.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. la litosfera y la biosfera. dinámica de las especies químicas (nutrientes y contaminantes) a través del perfil del suelo. especialmente por contaminación química. La degradación puede conducir a un impacto 183 . muchos suelos del mundo y de nuestro país se encuentran en proceso de degradación. Es responsable del control de los procesos bioquímicos superficiales y. la hidrosfera. es susceptible de contaminarse como consecuencia de las actividades antropogénicas. Introducción El suelo es uno de los soportes de nuestra vida. sin embargo. factores y procesos formadores. reacciones químicas en la solución del suelo y en la interfase sólidolíquido. Es un sistema abierto. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental UNIDAD Contenido2 didáctico del curso Química Ambiental Nombre de la Unidad QUÍMICA Y COMPONENTE SUELO Palabras clave Composición del suelo. Como tal filtro. alteración de su calidad. además. se comporta como un filtro a través del cual se producen y regulan los flujos de materia y energía. lo cual puede conducir a su deterioro y a impedir que cumpla con alguna de sus funciones. actualmente. análisis de sus parámetros de calidad. complejo y polifuncional que interacciona con la atmósfera. Denominación de capítulo 4 CONTAMINACIÓN Y QUÍMICAS DEL SUELO PROPIEDADES Denominación de Lección 16 Conceptos básicos Denominación de Lección 17 Propiedades de los suelos Denominación de Lección 18 Reacciones y equilibrios en el suelo 184 . para contribuir a establecer procesos de control y seguimiento. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental negativo en el medio ambiente debido a que de la salud del suelo depende el Contenido didáctico del curso Química Ambiental abastecimiento de nutrientes para las plantas. Por lo anterior. que favorezcan la preservación del medio ambiente. a partir del conocimiento y análisis de los principios que rigen los fenómenos químicos que tienen lugar a lo largo del perfil del suelo. sus reacciones y sus equilibrios. la capacidad de amortiguación. para tomar medidas preventivas de protección o de remediación. que le permitan seguir cumpliendo las funciones tanto agrícolas como ambientales que desempeña en los ecosistemas terrestres. Intencionalidades Formativas Contribuir al desarrollo de la capacidad analítica e investigativa del estudiante.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. es importante conocer sus propiedades químicas y la naturaleza y la dinámica de las especies químicas contaminantes. Desarrollar en el estudiante la capacidad de relacionar el comportamiento de las especies químicas presentes en el suelo. la destrucción de patógenos y la inactivación de compuestos tóxicos. con las problemáticas propias de las prácticas ambientales. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Denominación de Lección 19 Calidad del suelo y compuestos que lo alteran Contenido didáctico del curso Química Ambiental Denominación de Lección 20 Análisis de la calidad del suelo Denominación de capítulo 5 TRATAMIENTO DEL SUELO Denominación de Lección 21 Importancia tratamientos Denominación de Lección 22 Tratamientos por contención o aislamiento Denominación de Lección 23 Tratamientos por transferencia o extracción Denominación de Lección 24 Tratamientos por transformación química Denominación de Lección 25 Tratamientos por transformación biológica Denominación de capítulo 6 MUESTREO DE SUELOS Denominación de Lección 26 Variabilidad de los suelos Denominación de Lección 27 Tipo de muestreos Denominación de Lección 28 Criterios técnicos para el muestreo Denominación de Lección 29 Equipos y materiales para muestreos Denominación de Lección 30 Parámetros químicos de análisis y clasificación de los 185 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. especialmente por contaminación química. lo cual puede conducir a su deterioro y a impedir que cumpla con alguna de sus funciones. la destrucción de patógenos y la inactivación de compuestos tóxicos. Es responsable del control de los procesos bioquímicos superficiales y. El conocimiento tanto de sus propiedades químicas como de la naturaleza y la dinámica de las especies químicas contaminantes es indispensable. CAPITULO 4: CONTAMINACIÓN Y PROPIEDADES QUÍMICAS DEL SUELO Introducción El suelo es un cuerpo complejo constituido por componentes tanto sólidos (minerales y orgánicos). Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental UNIDAD 2 Contenido didáctico del curso Química Ambiental QUÍMICA Y COMPONENTE SUELO El suelo es uno de los soportes de nuestra vida. la litosfera y la biosfera. En calidad de filtro.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. que le permitan a este recurso natural seguir cumpliendo las funciones tanto agrícola como ambiental que desempeña en los ecosistemas terrestres. la capacidad de amortiguación. además. 186 . muchos suelos del mundo y de nuestro país se encuentran en proceso de degradación. complejo y polifuncional que interacciona con la atmósfera. como líquidos y gaseosos que le proporcionan una naturaleza dinámica. Es un sistema abierto. la hidrosfera. se comporta como un filtro a través del cual se producen y regulan los flujos de materia y energía. es susceptible de contaminarse como consecuencia de las actividades antropogénicas. si se trata de adoptar medidas preventivas de protección o de remediación. Actualmente. La degradación puede conducir a un impacto negativo en el medio ambiente debido a que de la salud del suelo depende el abastecimiento de nutrientes para las plantas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental La presencia de las tres fases en el suelo establece la existencia de un sistema complejo en el cual tienen lugar reacciones y equilibrios químicos múltiples, en los Contenido didácticosólidodel cursolíquido Químicay Ambiental que las interfases líquido-gas son determinantes. Aunque hoy en día se reconoce la importancia del suelo y su impacto en el bienestar de la humanidad y el ambiente, muchos suelos del mundo y de nuestro país se encuentran en proceso de degradación. En términos generales, se puede hablar de degradación química del suelo, como el resultado de la acumulación de sustancias que ocasionan un desequilibrio en sus condiciones. Entre esas sustancias son de especial importancia los metales pesados y los agroquímicos que en la práctica se asocian con el término contaminación química. En este capítulo se abordan los conceptos necesarios para entender la composición del suelo, la reactividad de las especies químicas presentes y el tipo de contaminantes que pueden afectar su calidad. Lección 16: Conceptos básicos PALABRAS CLAVE: cuerpo natural, sistema trifásico, factores formadores, perfil del suelo, horizontes maestros. 1. Definición El suelo es un constituyente natural de la corteza terrestre, con el que todos los seres humanos tenemos contacto y acerca del cual nos hemos formado algún tipo de concepto. Como lo menciona Thompson29 para un ingeniero civil puede ser el soporte y fuente de material para la construcción de edificaciones, para el agricultor el medio para la producción de cultivos y para la mayoría de nosotros la fuente de la cual derivamos nuestro alimento. El suelo es un material de gran complejidad que tiene múltiples definiciones que dependen de la formación y enfoque hacia su utilización que tenga la persona que las elabore. 29 THOMPSON, Louis M y TROEH, Frederick R. Los suelos y su fertilidad. 4 ed. Barcelona : Reverté, 1982. p. 1. 187 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Para los fines de este módulo se trabajará con una definición formulada a partir de puntos de vista más técnicos, por USDA: Contenido didáctico del curso Química Ambiental El suelo es un cuerpo natural compuesto de sólidos (minerales y materia orgánica), líquidos y gases que existe sobre la superficie de la tierra, ocupa un espacio y se caracteriza por uno o por los dos aspectos siguientes: presentar horizontes o capas que se diferencian del material inicial como resultado de las adiciones, pérdidas, transferencias y transformaciones de energía y de materia, o por la capacidad para soportar plantas arraigadas en un ambiente natural30. 2. Importancia Desde el punto de vista agroecológico y ambiental, su importancia radica en el hecho de que allí crecen y se nutren de él las plantas, las cuales proporcionan alimentos para el hombre y elementos necesarios para el vestido y la vivienda. También sustenta los pastos y otras plantas que sirven de alimento para los animales de los cuales se utiliza la carne, la piel y la lana. Además, el suelo es soporte y fuente de materiales para las vías, los puentes, las construcciones y otras obras en las ciudades y el campo. El suelo hace parte de los ecosistemas terrestres y, en consecuencia, de la vida misma. Es regulador del ciclo del agua. 3. Composición A partir de la definición arriba planteada es evidente que en el suelo están presentes los tres estados de la materia. Por esto, se conoce como un sistema trifásico. La parte sólida forma el esqueleto del suelo y está constituida por los minerales provenientes de la roca madre y por la materia orgánica de los organismos vivos. Las partículas sólidas no están perfectamente empaquetadas entre sí, sino que entre ellas existen espacios vacios que se denominan poros. Las fases líquida y gaseosa del suelo se alojan en los poros. La fase líquida se conoce como el agua del suelo, pero en realidad es una solución acuosa con diversas sales y gases disueltos. La fase gaseosa es el aire del suelo que en las 30 UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICULTURE. Soil taxonomy : a basic system of soil classification for making and interpreting soil surveys. 2 ed. Washington : USDA, 1999. p. 9. 188 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental capas más cercanas a la superficie del suelo tiene una composición similar a la del aire atmosférico. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los poros más pequeños usualmente contienen agua y los más grandes contienen aire. Los componentes de las tres fases se hallan mezclados en diferentes proporciones en los suelos; sin embargo, la Figura 20 muestra una proporción que se considera promedio y típica. Figura 20. Proporciones relativas (en volumen) de los componentes del suelo Los componentes minerales del suelo provienen de su roca madre y varían grandemente en cuanto a composición química, tamaño y forma de las partículas individuales y velocidad de meteorización. El tamaño de las partículas minerales varía en un rango amplio: los fragmentos de diámetro superior a 76 mm se denominan piedras, los fragmentos menores de 76 mm y mayores de 2 mm se conocen como gravas. Tanto las piedras como las gravas no proporcionan las condiciones requeridas para el crecimiento de plantas y tienen efectos adversos en las propiedades físicas del suelo, como la permeabilidad y susceptibilidad a la erosión; además se constituyen en una limitante para las labores de cultivo. 189 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Las partículas con diámetro igual o menor de 2 mm se subdividen, a su vez, en tres clases principales, que según las normas del Departamento de Agricultura de 31 Contenido Química Ambiental los Estadosdidáctico Unidosdel decurso América (USDA) corresponden a los siguientes tamaños: o Arena que comprende partículas con diámetros entre 2 mm y 0,05 mm, las cuales se observan a simple vista. La composición mineralógica de las arenas varía de acuerdo con el tipo de roca de la que proceden, lo cual guarda relación con la región geográfica a la cual pertenecen. En términos generales, el cuarzo es el mineral predominante en la arena, pero se encuentra acompañado por otros minerales, entre los cuales se destacan los siguientes: feldespatos, anfíboles, micas y piroxenos. o Limo que comprende partículas con diámetros entre 0,002 mm y menores de 0,05 mm. o Arcilla que comprende partículas con diámetros menores de 0,002 mm. La estructura de las arcillas corresponde a una serie de láminas dispuestas paralelamente, cuya unidad básica comprende dos láminas tetraédricas dispuestas una encima y otra debajo de una lámina octaédrica central (Ver Figura 21 Estructura general de las arcillas). Cada lámina tetraédrica consta de tetraedros en los cuales el catión dominante es el Si4+, el cual puede ser sustituido frecuentemente por Al 3+ y ocasionalmente por Fe3+. Los tetraedros se unen entre sí a través de iones O2- situados en sus vértices basales, el vértice apical queda libre. Cada lámina octaédrica consta de octaedros con un catión metálico en el centro, el cual usualmente puede ser alguno de los siguientes: Al 3+, Mg2+, Fe2+ o Fe3+. También se han encontrado, aunque con menor ocurrencia, el litio y los otros elementos de transición, excepto el escandio. En los vértices de cada octaedro se localizan aniones que pueden ser O2-, OH- y F-. Los octaedros se unen entre sí mediante aristas comunes. Las láminas tetraédricas y octaédricas se unen unas a otras en ensambles estructurales que se conocen como capas. 31 UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICULTURE. manual. Lincoln, Nebraska : USDA, 1995. p. 13. Soil survey laboratory information 190 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental A B 191 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Unidad básica Espacio interlaminar C Figura 21. Estructura general de las arcillas: A. Tetraedro de silicio y lámina tetraédrica; B. Octaedro y lámina octaédrica; C. Unidades básicas separadas por un espacio interlaminar La materia orgánica del suelo está constituida por restos de plantas y animales bien sea frescos o en diferentes grados de descomposición y por tejidos vivos y muertos de los microorganismos. La materia orgánica, a medida que se descompone, libera varios de los elementos necesarios para la nutrición de las plantas. Las cantidades y los tiempos empleados para la liberación varían de acuerdo con la naturaleza de los elementos. Además de la provisión de nutrientes, otra función importante de la materia orgánica en el suelo es actuar como agente cementante de las partículas minerales para formar agregados que favorecen una estructura del suelo, con una cantidad adecuada de poros, para una buena aireación. Esta función es de especial relevancia en suelos con contenidos medio a alto de arcillas. 192 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental El agua, o mejor la solución acuosa del suelo es de gran importancia porque contiene los elementos disponibles para la nutrición de las plantas y es necesaria Contenido didáctico del curso Química Ambiental para los diferentes procesos fisiológicos de éstas. El agua del suelo se encuentra en permanente movimiento debido a que partcipa en diferentes procesos, como son:  la entrada del agua en el suelo mediante la infiltración, las entradas laterales y el ascenso a partir de una capa freática.  La redistribución que se da por transferencia y acumulación.  Absorción por las plantas.  Evaporación Las fuentes de agua para el suelo son la lluvia y el riego. Parte de esta agua penetra la superficie del suelo y es absorbida y retenida por las diversas partículas del suelo; otra parte se puede acumular en la superficie y constituye una causa potencial de erosión; otra parte vuelve a la atmósfera debido a la evaporacción y a la transpiración de las plantas y otra fracción se infiltra hacia la profundidad y eventualmente reaprovisiona la reserva de agua del suelo. El aire o fase gaseosa del suelo es determinante en su productividad. Debe existir una permanente aireación, es decir, debe haber intercambio entre el aire del suelo y el aire atmosférico para prevenir una deficiencia de O2 y un exceso de CO2 en la zona radical; de esta manera se favorece la respiración adecuada de las raíces. Por otra parte, los microorganismos del suelo también respiran y cuando la aireación no es suficiente compiten por el O2 con las raíces. La aireación del suelo depende del volumen de los poros que se encuentre ocupado por el aire, por tanto, su transferencia disminuye a medida que estos se saturan de agua. Se requiere, entonces, un balance adecuado entre la cantidad de agua y de aire presentes en un suelo. 4. Formación de los suelos Existen cinco factores formadores que explican su conformación y desarrollo: 1) Material parental, del cual se forman. 2) Relieve, donde se encuentran. 193 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 3) Clima, que permite su evolución. 4) Organismos, que lo asocian con un medio viviente. Contenido didáctico del curso Química Ambiental 5) Tiempo o edad de los mismos, que es la dimensión en la cual actúan los otros factores formadores. Los materiales parentales se originan a partir de las rocas, los sedimentos y la materia orgánica sobre los que actúan agentes físico-químicos y biológicos. El clima con sus componentes, la lluvia, la temperatura, los vientos y la radiación solar influyen o determinan la formación de los suelos. La lluvia y la temperatura contribuyen a la fragmentación de las rocas. La temperatura, además, influye en la velocidad de los procesos físico-químicos y biológicos, en tal forma que, por ejemplo, en las zonas de páramo la actividad biológica es muy lenta, lo cual ocasiona acumulación de materia orgánica, en determinadas altitudes. Los organismos. El hombre, las plantas y otros organismos ejercen su acción aportando sustancias orgánicas y minerales que contribuyen a la formación del suelo. La lombriz de tierra, los insectos, las larvas y otros estados inmaduros habitan el suelo y participan en su formación. Además, ingieren materia orgánica y mineral para producir deyecciones que constituyen material transformado y agregado. El relieve o forma de la superficie terrestre, modifica la acción de otros factores y procesos al determinar la exposición al sol, a las lluvias y a los vientos. También influye en otras características como la presencia del nivel freático y en la suceptibilidad de los suelos a la remoción de partículas, generalmente mediante la erosión. El tiempo durante el cual interctuan los factores formadores, tiene mucha importancia debido a que de éste depende que se alcancen estados de madurez, juventud o vejez en los suelos. 5. Los procesos de formación de los suelos. Los procesos generales constituyen los eventos responsables de su formación. Actúan de forma permanente y se agrupan en cuatro categorías principales: ganancias, pérdidas, translocaciones y transformaciones. 194 El perfil del suelo Como resultado de la acción de los factores y de los procesos. y de acuerdo con el predominio de uno u otro y de su intensidad. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental 6.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. se originan capas que se denominan 195 . Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 22.edu.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Perfil general del suelo).virtual. Perfil general del suelo32 32 Tomada de: http://www.htm 196 .unal.co/cursos/ciencias/2000088/lecciones/seccion1/capitulo04/tema03/01_0 4_03. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental horizontes maestros y su conjunto constituye el perfil del suelo (ver Figura 22. 197 . Lección 17: Propiedades de los suelos PALABRAS CLAVE: textura. o Horizonte D: corresponde al lecho rocoso consolidado. Se conoce también como mantillo o litter. Éstas pueden ser de naturaleza física. porosidad. funciones de microorganismos. o Horizonte C: es el más profundo y el menos afectado por la acción de los factores y procesos formadores del suelo. densidad. Estas capas sintetizan y revelan la historia del suelo. de hojas y otro tipo de materiales orgánicos parcialmente descompuestos. a Contenido didáctico del curso Química Ambiental través de los procesos que los generan. Los horizontes O. A. o Horizonte B: es subsuperficial y allí han ocurrido más intensamente los procesos de formación del suelo. poblaciones de fauna. bases intercambiables. o Horizonte O: se caracteriza porque su composición dominante es la materia orgánica que comprende restos. o migraciones. Los suelos tienen características y propiedades que los definen y son útiles para su uso y manejo. concentraciones de elementos o compuestos como arcilla. transformaciones de unos materiales en otros. o Horizonte E: se caracteriza por la pérdida de arcilla. estructura. B y C se denominan horizontes maestros. hierro y materia orgánica entre otros. disponibilidad de nutrientes. hierro. química. por ejemplo. E. acidez del suelo. aluminio o combinación de éstos. biológica y mineralógica. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Horizontes maestros.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. capacidad de intercambio catiónico. contenidos de minerales. permitiendo la acumulación de arenas y limos. infiltración. generalmente se asocia con el material parental. En esta lección se hará énfasis en las propiedades químicas. o Horizonte A: es la zona de máxima acumulación de materia orgánica humificada (humus). pero previamente se realizará una mención breve a los otros tipos de propiedades. por ejemplo. por lo menos de manera aproximada algunos aspectos químicos y biológicos de la fertilidad de los suelos. A partir de la textura se pueden inferir aspectos relacionados con la porosidad. la porosidad y el desarrollo de la estructura. evaluar la concentración y medir la velocidad de sedimentación de las partículas en suspensión. limo y arcilla.  Estructura: corresponde al arreglo u organización de las partículas y la configuración interna de la matriz del suelo. Se visualiza en forma de agregados que dan lugar a ciertos modelos estructurales. el crecimiento de las raíces. la retención de humedad. la permeabilidad y la capacidad de intercambio catiónico. Esta propiedad influye en el desarrollo radical y en la emergencia de las plántulas. Para un horizonte determinado tendrá un valor prácticamente constante en el tiempo porque la naturaleza de las partículas no cambia. Dependiendo de la proporción de estas fracciones en un suelo determinado se le asigna una clase textural (ver Figura 23. Presenta variaciones grandes en sentido vertical y horizontal del perfil del suelo. Entre las propiedades físicas del suelo están las siguientes:  Textura: corresponde al porcentaje en peso de cada una de las tres fracciones minerales. El conocimiento de las propiedades físicas permite inferir. entre otros. tráfico sobre la superficie y la erosión y la degradación (ver Figura 24.  Densidad aparente: corresponde a la relación masa-volumen incluyendo la parte sólida y los poros. el riesgo de erosión hídrica. arena. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 1. 198 . de las cantidades relativas de cada uno de ellos y de la forma en que se interrelacionan entre sí. los cuales pueden estar llenos de agua o de aire. Es un concepto cualitativo e influye en las propiedades mecánicas y en procesos como la germinación. Triángulo de clases texturales). Es importante porque permite calcular la porosidad del suelo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.  Densidad real o de partículas: corresponde a la densidad media de su fase sólida. debido a que se relaciona con otras propiedades como la humedad. Tipos de estructura del suelo). Propiedades físicas Los suelosdidáctico presentan propiedades físicas que dependen de la naturaleza de sus Contenido del curso Química Ambiental componentes. mx/meteoro/progde/textu/index.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.colpos.cm. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 23. Se mide en unidades de velocidad y por esto se denomina. por flujo vertical desde su superficie a lo largo de todo el perfil. se relaciona con la estructura de cada horizonte. Con algunas limitaciones se puede calcular a partir de los valores de densidad real y aparente. velocidad de infiltración. también.htm 199 . Esta propiedad está relacionada con la cantidad de agua que entra a la zona radical y la cantidad que escurre. 33 Tomado de: http://www. Porosidad = 1 – (densidad aparente / densidad real)  Infiltración: se aplica a los procesos de entrada de agua al suelo. Triángulo de clases texturales de los suelos33  Porosidad: se define como la relación entre el volumen de poros y el volumen total del suelo. químicos y biológicos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Temperatura: corresponde a un valor en un sitio y un momento determinados.madrimasd. Propiedades mineralógicas Corresponden básicamente a la caracterización de las fracciones arena y arcillas de los suelos.  Color: es una de las propiedades más visibles del suelo. Es un indicador de aspectos importantes: origen geológico.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Figura 24. grado de intemperismo. De forma indirecta tiene relación con la temperatura y la humedad.org/blogs/universo/2007/09/28/74849 200 . Tipos de estructura del suelo34 2. desde el punto de vista de los minerales que contienen. presencia de materia orgánica y procesos de lixiviación y acumulación de compuestos orgánicos. Determina las Contenido didáctico del curso Químicade Ambiental velocidades y direcciones los procesos físicos. porque cambia en el tiempo y el espacio. fenómenos de oxidación-reducción. El conocimiento del contenido y el tipo de arenas y de arcillas permite conocer su 34 Tomada de: http://www. no es un método absoluto y es recomendable utilizar métodos complementarios como el análisis térmico diferencial y el térmico gravimétrico. 201 . fijadores de nitrógeno y denitrificantes  Reductores de sulfato. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental capacidad para retener el agua y los nutrientes. Propiedades biológicas Se relacionan principalmente con el tipo de organismos presentes en el suelo y sus actividades. Esta fracción se lava para eliminar residuos de arcilla o materia orgánica.  Fracción arcilla: el método más utilizado en la determinación de la mineralogía de las arcillas es la difracción de rayos X. la cantidad y clase de poros. los iones adsorbidos sobre la superficie de las partículas sólidas se encuentran en mayor cantidad que la presente en la solución del suelo y se establece un equilibrio químico dinámico entre ellos. la zona de contacto entre las fases líquida y sólida es fundamental y tiene que ver con la química coloidal. Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Fracción arena: para su estudio se separa la fracción con diámetros entre 150µ y 200µ. Sin embargo. Propiedades químicas La química del suelo encierra aspectos de la química de soluciones y de la química de fases sólidas. por lo general. amonificantes. Con base en este equilibrio se puede estudiar una importante propiedad química. como también su estado de evolución y de fertilidad. En especial. bacterias anaerobias  Microorganismos anaerobios o extremófilos  Solubilizadores de fosfatos 4. en la cual las fuerzas superficiales son importantes. 3. su facilidad de drenaje. Algunos análisis al respecto se enumeran a continuación. El análisis se hace con microscopio de luz polarizada.  Poblaciones de fauna en el suelo: taxonomía e índices de diversidad  Microorganismos del ciclo del nitrógeno: nitrificantes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Es así como. la capacidad de intercambio catiónico. excepto los caoliníticos. Las cargas negativas también aparecen en los bordes rotos de los minerales. Como ya se mencionó en la lección anterior. el aluminio (Al3+) puede sustituir al silicio (Si4+) y en las capas dioctaédricas el magnesio (Mg2+) o el hierro (Fe2+) pueden sustituir al aluminio (Al3+).html 202 . éstas atraen cationes. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Capacidad de Intercambio catiónico (CIC) Los minerales quedel constituyen la Ambiental fracción arcilla (complejo de cambio o coloidal Contenido didáctico curso Química mineral) y el humus (complejo de cambio o coloidal orgánico) poseen esta propiedad. porque sus estructuras se mantienen por secuencias continuas de enlaces iónicos. Figura 25. En los minerales de las arcillas tienen lugar sustituciones de cationes que se conocen también como sustituciones isomórficas. sin cambiar la forma de las láminas de los minerales. cuando en el borde quedan cargas negativas. dando lugar a un desbalance de cargas que resulta en cargas negativas que se neutralizan con cationes retenidos en la superficie de las láminas o entre ellas (ver Figura 25) . Representación de mineral de arcilla con carga negativa superficial35 35 Tomado y adaptado de: http://www. estas sustituciones ocurren porque en la capa tetraédrica de los minerales arcillosos.org/hojaredsuelo/paginas/13hoja.sagan-gea. debido a que poseen sitios con cargas negativas que atraen cationes. Las cargas negativas responsables de la capacidad de intercambio catiónico tienen orígenes diversos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. del pH siendo menor en condiciones ácidas y aumentando hacia los valores básicos. La magnitud de la capacidad de intercambio catiónico depende. 36 Tomado de: http://www.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. El intercambio de cationes es un proceso reversible entre las fases líquida y sólida del suelo.madrimasd.org/blogs/universo/2007/05/30/66696 203 . es decir. Figura 26. Representación de sustancias orgánicas con grupos ionizados36 Los cationes en los minerales o en las sustancias orgánicas se denominan intercambiables si pueden ser sustituidos por otros disueltos en el agua que rodea las partículas. Los aniones resultantes didáctico curso Química Ambiental seContenido neutralizan con del cationes (ver Figura 26). Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Otro origen de las cargas negativas está en la ionización de H+ de los grupos carboxilo y fenólico de sustancias orgánicas humificadas. en parte. en la solución del suelo. la suma de estos cationes corresponde a la capacidad de intercambio catiónico que usualmente se expresa en miliequivalentes por 100 g de suelo que en unidades del Sistema Internacional corresponde a centimoles carga por kilogramo de suelo (cmol (+) /kg suelo). Acidez del suelo A esta propiedad se han referido varios autores. los cuales la han relacionado con diferentes especies químicas. así:  Fassbender y Bornemisza: “depende del contenido de hidrógeno ionizable. del aluminio disociable en numerosas formas y. Tabla 9. Valores de capacidad de intercambio catiónico COMPONENTE PRINCIPAL DEL COMPLEJO COLOIDAL CIC (cmol (+) / kg suelo) Caolinita 3-15 Ilita y clorita 10-40 Montmorillonita 80-150 Vermiculita 100-160 Humus 300-500 La capacidad de intercambio catiónico es un indicador de la fertilidad potencial del suelo debido a que se relaciona con la cantidad de nutrientes que puede retener para poner a disposición de las plantas bajo condiciones determinadas. en menor grado. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental ACTIVIDAD # 12: Establezca porque la capacidad de intercambio catiónico Contenido didáctico del curso Química Ambiental aumenta a valores de pH básicos. de los 204 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. ¡Discuta su respuesta con su tutor en foro virtual! Otro factor que influye en la magnitud de la CIC es la naturaleza del complejo coloidal (ver Tabla 9). Acidez intercambiable: corresponde a los iones aluminio e hidrógeno intercambiables con una sal neutra como cloruro de potasio normal (ver Figura 27). al hidrógeno unido a la materia orgánica y al de los grupos Si-OH de las arcillas. 423. Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Garavito: “depende del hidrógeno y el aluminio intercambiables o no intercambiables y del hidrógeno de la materia orgánica”38. Garavito39 ha definido diferentes tipos de acidez en el suelo. Propiedades químicas de los suelos. Acidez total: es la suma de las anteriores.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. W. p. todos en equilibrio con la solución del suelo donde ocurren variadas reacciones de hidrólisis”37. 38 GARAVITO. 205 . distribución y uso. F. Se disocia poco a poco en la medida que se aumente el pH y no se extrae con una sal neutra. 1995. y BORNEMISZA. se determina al medir el pH (ver Figura 27). Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental iones de hierro y manganeso. así: Acidez activa: corresponde a los iones hidrógeno en la solución del suelo. evolución. 39 Ibíd. Suelos de Colombia : origen. citado por MALAGON CASTRO et al. Suelos de Colombia : origen. H. Química de suelos con énfasis en suelos de América Latina. Acidez no intercambiable: Corresponde a los iones Al (OH)2+. p. 423. evolución. Santafé de Bogotá : Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Santafé de Bogotá : Instituto Geográfico Agustín Codazzi. 1995. clasificación. distribución y uso. Teniendo en cuenta consideraciones como las anteriores. E. clasificación. citado por MALAGON CASTRO et al. 37 FASSBENDER. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 27. se consideran bases intercambiables el calcio. En la práctica. el magnesio.htm 206 .edu.unlpam. las cuales constituyen el 99% de las bases de cambio. Representación de la acidez activa y de la intercambiable40 Bases intercambiables y saturación de bases Comprenden los metales alcalinos y alcalinotérreos adsorbidos sobre las arcillas o en la materia orgánica que pueden cambiarse entre sí o con otro ión cargado positivamente en la solución del suelo.exactas.ar/academica/catedras/edafologia/practicos/reaccion%20del%20suelo. 40 Tomada y adaptada de: http://www. el sodio y el potasio. S 41 Elaborada por la autora del módulo 207 . Mn2+ y Zn2+ cuya presencia es importante. en relación con la nutrición de las plantas tradicionalmente se consideran tres grandes grupos: o Macronutrientes: N. K+ y Na+) es 18 cmol(+) / kg suelo. Por ejemplo. si se encuentra que la suma de las cantidades de las bases intercambiables (Ca 2+. P. y el suelo tiene una CIC de 34 cmol(+) / kg suelo. las cuales son suficientes para cubrir sus necesidades. Cu2+. K o Elementos secundarios: Ca. con el avance en los métodos y técnicas de la química analítica se ha incrementado la lista de los elementos químicos presentes en el suelo y en las plantas. Sin embargo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Si la misma cantidad de bases se encuentra en un suelo con una CIC de 26 cmol (+) / kg suelo. El denominado porcentaje de saturación de bases corresponde al de sitios de intercambio catiónico ocupados por las bases. el porcentaje de saturación de bases es de 53. El 1% de otras bases incluye micronutrientes como Fe2+. debido a que son indispensables para las plantas en cantidades trazas. el porcentaje de saturación de bases es ahora de 69. Mg. Proporción promedio de bases en el suelo41 Las bases presentes en mayor cantidad en los sitios de intercambio catiónico son por lo general el calcio y el magnesio. Disponibilidad de nutrientes A través de los años. Mg2+. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 28. excepto con el hierro para el cual esta situación se presenta a valores de pH superiores a 6. se puede establecer que a valores de pH menores a 5. Por ejemplo.com/alfalfa/requerimientos-del-suelo/disponibilidad-denutrientes 208 . Mn. B.5. La Figura 29 es una representación aproximada de la correspondencia entre los valores de pH y la disponibilidad adecuada (franja más ancha) o la deficiencia (franja más angosta) para cada uno de los nutrientes. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Micronutrientes: Fe.5 se aumenta la posibilidad de deficiencia de la mayoría de los elementos. Mo. en la solubilidad y en la cantidad de iones almacenados en los sitios de intercambio catiónico.pasturasyforrajes. En este punto un factor crítico es el pH debido a que influye en la tasa de liberación de nutrientes por meteorización.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Figura 29. Representación de la disponibilidad de nutrientes a diferentes valores de pH42 42 Tomada de: http://www. Zn. Cl LaContenido disponibilidad a queAmbiental los elementos se encuentren en el suelo en didáctico se del refiere curso Química condiciones de ser tomados por las plantas para su nutrición. Cu. almacenamiento de nutrientes y velocidad de infiltración? b) Entre el sitio 1 y 2 la composición porcentual del componente mineral del complejo de cambio es idéntica. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Ejercicios: Contenido didáctico del curso Química Ambiental En un estudio ambiental realizado en tres sitios de la Sabana de Bogotá se encuentra la siguiente información: Sitio 1: Suelo con 30% de arcilla. de cada tipo de partículas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Sitio 2. veamos cómo se maneja el triángulo. que tienen los diferentes sitios en estudio. 20% de limo y 50% de arena y una CIC (capacidad de intercambio catiónico) de 25 cmol (+) /kg suelo. permeabilidad. para interpolar los porcentajes. 209 . ¿A qué se puede atribuir esta diferencia? Solución: a) Para determinar la clase se debe utilizar el triángulo textural. 20% de limo y 51% de arena y una CIC (capacidad de intercambio catiónico) de 39 cmol (+) /kg suelo. Antes de hallar la clase textural para el ejercicio propuesto. 15% de limo y 75% de arena y una CIC (capacidad de intercambio catiónico) de 12 cmol (+) /kg suelo. Sin embargo. Suelo con 10% de arcilla. retención de humedad. la CIC del sitio 2 es mayor que la del sitio 1. Suelo con 29% de arcilla. Sitio 3. Analizar la información anterior y responder: a) ¿Cuál es la clase textural de los sitios y ésta qué relación guarda con otras propiedades como porosidad. 33% de arena y 33% de limo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Franco arcillosa Tomado de:ftp://ftp. que para este ejemplo es franco arcillosa (ver Figura 23 que corresponde al triángulo con los nombres de las clases texturales)  Dos valores ubicados en el triángulo son suficientes para hallar la clase. que aparece al lado derecho del triángulo. Se siguen los siguientes pasos:  Se ubica el valor del porcentaje de arcilla (33%) a lo largo del lado izquierdo del triángulo y se sigue la línea horizontal paralela a la base del triángulo. porque se está trabajando con porcentajes. debe llegar al valor de 33% 210 .htm La ilustración muestra como se interpolan los valores en el triángulo para un suelo con 33% de arcilla. a partir del punto de corte siga la línea con inclinación hacia la derecha hasta alcanzar la escala de porcentaje de limo.  A manera de comprobación. hasta el punto de cruce con la horizontal que se siguió para la arcilla.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. con este punto se encuentra la clase textural.fao.  Luego se ubica el valor del porcentaje de arena (33%) en la base del triángulo y se sigue la línea ascendente con inclinación hacia la izquierda.org/fi/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/General/x6706s/x6706s06. En la gráfica. el corte corresponde al punto central donde se encuentran las flechas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 15% de limo y 75% de arena. 211 . la composición porcentual es 10% de arcilla. 20% de limo y 51% de arena. se encuentra la clase francoarcillosa-arenosa. Para establecer la relación de la clase textural con otras propiedades es importante tener en cuenta lo estudiado en la lección que se puede sintetizar de la manera siguiente: Tipo de partícula Propiedad Arena Limo Arcilla Alta (macroporosidad) Alta (microporosidad) Alta (microporosidad) Velocidad de infiltración Alta Baja a media Baja Permeabilidad Alta Baja a media Baja Retención de humedad Baja Baja Alta Almacenamiento de nutrientes Bajo Bajo a medio Alto Porosidad Según lo planteado en este ejercicio. debido a presencia en el sitio 2 de una mayor cantidad de materia orgánica. para la cual se encuentra la clase franco-arenosa. que es la fracción predominante. b) Aunque la textura de los suelos del sitio 1 y el sitio 2 son iguales. para los suelos de los tres sitios se presenta una relación más marcada de las propiedades respecto a la arena. Para el sitio 3. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Ahora para el ejercicio propuesto. la CIC del sitio 2 puede ser mayor que la del sitio 1. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Siguiendo los pasos anteriormente indicados. Esto se deduce del hecho de que la capacidad de intercambio catiónico se debe tanto al complejo coloidal mineral como al orgánico. los sitios 1 y 2 tienen la misma composición porcentual: 29% de arcilla. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 18: Reacciones y equilibrios en el suelo Contenido didáctico del curso Química Ambiental PALABRAS CLAVE: interfase sólido-líquido. como un segmento en la cercanía de la superficie coloidal con un gran número de contraiones y. que se visualiza.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Sin embargo. en la Figura 30. doble capa difusa. Lo anterior da lugar. es decir. otro segmento en donde la distribución de cargas se va haciendo más uniforme. tanto en la estructura como en la composición iónica. a la superficie coloidal. Por otra parte. a la consideración de la teoría de la denominada doble capa difusa. interfase líquido-gas. en los que las interfases sólido. a medida que aumenta la distancia. después. El efecto combinado de las fuerzas eléctricas y la agitación térmica origina. la capa de líquido adyacente a la fase sólida se encuentra modificada en relación con el seno de la solución.líquido y líquido-gas son determinantes. el movimiento térmico impide la formación de la capa compacta y tiende a producir una distribución uniforme de los co-iones y contra-iones. debido a que las moléculas polares del agua poseen una tendencia fuerte a causar disociación de los grupos superficiales del sólido. 212 . sistema CO2-H2O. el hierro en suelos aeróbicos y anaeróbicos La presencia de las tres fases en el suelo establece la existencia de un sistema complejo en el cual tienen lugar reacciones y equilibrios químicos múltiples. en el plano de contacto entre la fase sólida iónica y la fase líquida acuosa juega un papel de primordial importancia la constante dieléctrica alta de la solución del suelo. en los suelos. una doble capa difusa. En la superficie de interacción sólido-líquido. En esta teoría se plantea que se esperaría que un gran número de contra-iones se uniera firmemente a la superficie de la partícula coloidal cargada eléctricamente formando una doble capa eléctrica compacta. capacidad amortiguadora. en consecuencia. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Superficie coloidal cargada positivamente Concentración de contra-iones Solución más uniforme eléctricamente Figura 30. Esquema de una doble capa difusa43 Lo anterior muestra que el equilibrio sólido-líquido no es simple porque se dan diferentes niveles de atracción electrostática. En términos prácticos, se considera que existe una región en la fase líquida, la cual no tiene mayor influencia de la fase sólida (en el esquema está representada por la denominada “solución más uniforme eléctricamente”) y por esto se trata como cualquier solución acuosa. En consecuencia, se simplifica la representación del equilibrio de las dos fases, así: Suelo – A+ + B+ Suelo – B+ + A+ Donde: A+ = cationes adsorbidos en el complejo coloidal del suelo B+ = cationes presentes en la solución del suelo 1. Reacciones ácido-base 43 Elaborada por la autora del módulo 213 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Con base en este equilibrio tienen lugar reacciones, por ejemplo, de tipo ácidobase, que explica la capacidad amortiguadora del suelo. Contenido didáctico del curso Química Ambiental 1.1. Capacidad amortiguadora (buffer) del suelo La adición de ácidos o de bases produce una variación en el valor del pH; sin embargo, cuando los suelos están tamponados, la variación puede ser relativamente pequeña respecto a las cantidades de los compuestos añadidos. La capacidad amortiguadora de un suelo tiene que ver con:  La presencia de complejo de cambio o coloidal en su composición. A mayor contenido de arcillas y/o materia orgánica mayor será la capacidad amortiguadora.  La capacidad de intercambio catiónico. A mayor CIC mayor será la capacidad amortiguadora. Las situaciones que se presentan son las siguientes: al adicionar un ácido al suelo, una cantidad pequeña de los iones H+ permanece en la solución y los restantes se intercambian con los cationes adsorbidos en el complejo de cambio y ocupan su lugar. La reacción contraria tiene lugar cuando se adiciona una base, los iones H+ que están unidos al complejo de cambio son reemplazados por los cationes de la base y pasan a la solución y reaccionan con los iones OH- para formar agua. Lo anterior muestra claramente que las adiciones de ácidos o bases al suelo afectan ligeramente el pH y, a la vez, modifican el porcentaje de saturación de bases. A medida que aumenta el pH se incrementa el porcentaje de saturación de bases y viceversa. Los suelos con complejos de cambio con mayor CIC presentan valores de pH menores para cualquier nivel de saturación de bases (ver Figura 31). 214 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 31. Relación entre pH y la saturación de bases44 1.2. Equilibrios del sistema CO2-H2O en presencia de carbonatos sólidos. Por otra parte, la interacción de las fases líquida y gaseosa también da origen a reacciones ácido-base, la más relevantes las relacionadas con el sistema CO 2H2O. Para una revisión de los equilibrios y las correspondientes reacciones, remítase a la lección 3, en el aparte “reacciones ácido-base”. En relación con este sistema, es importante resaltar que el gas CO2 siempre presente en el suelo delimita las concentraciones máximas posibles de muchos cationes en la solución del suelo. El ión Ca2+ es uno de los cationes más abundantes, entre los que forman carbonatos con baja solubilidad, lo cual 44 Tomada y adaptada de: THOMPSON, Louis M y TROEH, Frederick R. Los suelos y su fertilidad. 4 ed. Barcelona : Reverté, 1982. p. 215. 215 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental concuerda con la situación que se encuentra en la práctica, esto es, que muchos suelos contienen carbonatos de calcio sólidos. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los carbonatos de calcio cristalinos que se encuentran, en mayor proporción, en el suelo son la calcita y la aragonita. Otros carbonatos presentes son la dolomita, CaMg (CO3)2 y magnesita, MgCO3. La siderita, FeCO3, se encuentra en ciertos suelos anaeróbicos. La presión local del CO2 en el suelo, junto con el pH del sistema, controla la concentración máxima de los cationes relevantes, en cambio la presencia de carbonatos sólidos en el suelo establecerán la concentración real de los cationes relevantes en la solución del suelo, sin que dejen de influir el pH y la presión del CO2. De acuerdo con lo anterior, es común que se presente que bajo condiciones de lavado excesivo por el agua de lluvia, lo cual genera un nivel total bajo de electrolitos en la solución del suelo, el complejo de cambio de los suelos que contienen CaCO3 esté casi completamente saturado con iones Ca2+. Para las reacciones y equilibrios del sistema CO2-H2O en presencia de carbonatos sólidos, remítase nuevamente a la lección 3, en el aparte “reacciones ácido-base”. 2. Reacciones de oxidación-reducción Algunas de las reacciones de oxidación-reducción más frecuentes en el suelo se deben al hierro, el cual está presente en cantidades que varían ampliamente. En suelos aeróbicos el hierro puede estar presente en la forma de α-Fe2O3 (hematita), γ-Fe2O3 (maghematita), α-FeOOH (goethita), γ- FeOOH (lepidocrocita) o Fe(OH)3. nH2O (hidróxido férrico hidratado). Los cuatro primeros compuestos son formas cristalinas, mientras que el hidróxido es una forma amorfa. Ésta última, frecuentemente, regula la solubilidad del hierro en el suelo. En suelos anaeróbicos la solubilidad del hierro puede estar regulada por compuestos como el hidróxido ferroso, Fe (OH)2, la siderita, FeCO3, el sulfuro ferroso, FeS2 y la magnetita, Fe3O4, que es un compuesto férrico-ferroso. Los minerales de Fe (II) en las rocas del material parental se oxidan espontáneamente en suelos aeróbicos, aunque lo hacen muy lentamente. La disponibilidad de electrones para las reacciones de oxidación-reducción en los suelos está determinada por la oxidación de compuestos de carbono (materia orgánica) realizada por microorganismos. La reducción del Fe (III) en soluciones ácidas es: 216 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Fe3+ + e- Fe2+ (4.1) LaContenido concentración (III) a los Ambiental valores más usuales de pH en los suelos (4,0 a didácticode delFe curso Química 6,5) es muy baja debido a que los hidroxi-óxidos de Fe (III) son muy insolubles. La reacción en la cual el Fe (III) acepta electrones en los suelos es en la reducción del hidroxi-óxido de Fe (III) sólido: FeOOH + e- + 3H+ Fe2+ + 2H2O (4.2) Si se sustituye (4.1) en la ecuación de Nernst se obtiene: Eh = Eho – 0,0059 (log [Fe2+] + 3pH) (4.3) El diagrama Eh-pH para el Fe (ver Figura 32) muestra que el Fe3+ es predominante bajo condiciones extremadamente ácidas y oxidantes. El Fe2+ y el FeOOH son las formas predominantes en suelos típicos bien aireados. La región de estabilidad del FeCO3 aumenta cuando aumenta PCO2. Figura 32. Diagrama Eh – pH para diferentes especies químicas del Fe45 45 Tomada y adaptada de: BOHN, H. y Mc NEAL, Brian. Soil Chemistry. New York: John Wiley & Sons, 2001. p. 124. 217 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Ejercicios: 1)Contenido Para losdidáctico mismosdel suelos del ejercicio de la lección 17, esto es: curso Química Ambiental Sitio 1: Suelo con 30% de arcilla, 20% de limo y 50% de arena y una CIC (capacidad de intercambio catiónico) de 25 cmol (+) /kg suelo. Sitio 2. Suelo con 29% de arcilla, 20% de limo y 51% de arena y una CIC (capacidad de intercambio catiónico) de 39 cmol (+) /kg suelo. Sitio 3. Suelo con 10% de arcilla, 15% de limo y 75% de arena y una CIC (capacidad de intercambio catiónico) de 12 cmol (+) /kg suelo. a) Ordene de mayor a menor la capacidad amortiguadora de los suelos. Explique. b) Para el sitio con menor sensibilidad al cambio de pH, explique a que se debe esta característica. Solución: a) De mayor a menor capacidad amortiguadora: sitio 2 > sitio 1> sitio 3 porque a mayor capacidad de intercambio catiónico mayor capacidad amortiguadora. b) El sitio con menor sensibilidad al cambio de pH, esto es, con mayor capacidad amortiguadora y mayor CIC se explica porque cuando hay adición de un ácido, una gran cantidad de iones H+ se intercambian con cationes adsorbidos en el complejo de cambio y ocupan su lugar, y son pocos los que quedan en la solución del suelo. Cuando se adiciona una base una gran cantidad de los iones H + que están unidos al complejo de cambio son reemplazados por los cationes de la base y pasan a la solución y reaccionan con los iones OH- para formar agua. En ambas situaciones el pH de la solución del suelo no sufrirá cambios significativos. 2) En un suelo, donde predominan las condiciones reductoras, se encuentran en equilibrio las especies disueltas HS- y SO42- y se midió un valor de pe de -4,0. a) Establezca la reacción de reducción y la ecuación de pe b) Con base en lo anterior determine la relación de concentraciones SO 42- / HS-. El valor obtenido hacia donde indica que está desplazado el equilibrio en este suelo. 218 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental NOTA: pH del suelo = 8 y pe° = 4,25 Solución: Contenido didáctico del curso Química Ambiental a) La semi-reacción que se considera es: 1/8 SO42- + 9/8 H+ + e- 1/8 HS- + ½ H2O La ecuación de pe se establece con base en la ecuación de Nernst: [SO42-]1/8 pe = pe° + log + log [H+]9/8 [HS-]1/8 b) Relación de las concentraciones SO42- / HS-: [SO42-]1/8 -4,0 = 4,25 + log 9 - [HS-]1/8 [SO42-]1/8 -4,0 = 4,25 + log pH 8 9 - - 1/8 [HS ] (8) 8 De donde: [SO42-] / [HS-] = 1 x 10-3 El equilibrio está desplazado hacia la especie química reducida: HS - 219 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 19: Calidad del suelo y compuestos que la alteran Contenido didáctico del curso Química Ambiental PALABRAS CLAVE: indicadores de calidad, degradación química, salinización, sodificación, nitrificación, acidificación, acumulación, movilidad, metales pesados, agroquímicos. 1. Calidad del suelo El concepto de calidad del suelo ha tenido varias acepciones desde que a finales de la década de los ochentas empezó a cobrar importancia. Puede decirse que las diferentes definiciones surgen de las diversas funciones que tiene el suelo, las cuales se pueden englobar en dos aspectos principales: 1. Fertilidad y productividad 2. Sostenibilidad y calidad ambiental Alrededor de estas funciones se espera que el suelo mantenga sus propiedades, físicas, químicas y biológicas para mantener la productividad sostenible y que, a la vez, actúe como filtro para atenuar contaminantes ambientales. Aunque hoy en día se reconoce la importancia del suelo y su impacto en el bienestar de la humanidad y el ambiente no se ha establecido una directriz única y universal que establezca los criterios de selección de parámetros que sirvan de indicadores de la calidad del suelo y de interpretación de los resultados de su medición. De cualquier forma, el establecimiento de criterios debería tener en cuenta que los suelos pertenecen a determinados ecosistemas con características y potenciales específicos y variados. Dentro de los indicadores de calidad del suelo se han considerado sus propiedades físicas, químicas y biológicas, así como los diferentes procesos que allí tienen ocurrencia. Debido a la diversidad de suelos y ecosistemas no existen valores únicos para estas propiedades sino rangos y apreciaciones promedio que permiten establecer tendencias o cambios en las condiciones de un suelo en relación con su calidad, de acuerdo con funciones específicas. 220 221 . 423. Contenido didácticogenerales del curso Química Ambiental análisis de suelos46. evolución. Suelos de Colombia : origen. 46 ORTEGA. clasificación. p. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental En esta lección se hará énfasis en las propiedades químicas como indicadores de la calidad del suelo. Consideraciones generales para interpretar análisis de suelos. Para tal fin se presenta a continuación la Tabla11. citado por MALAGON CASTRO et al. F. 1995. distribución y uso. sus rangos de valores y apreciaciones acerca de los mismos. la cual presenta Consideraciones para interpretar las principales propiedades químicas. Santafé de Bogotá : Instituto Geográfico Agustín Codazzi. que sirven de base para establecer tendencias de cambio en la calidad de los suelos. D.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental 222 . se puede determinar que una cierta sustancia proviene de la actividad humana. haciendo una comparación con muestras no expuestas. como se ha podido observar en las lecciones precedentes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. se puede hablar de degradación química. como el resultado de la acumulación de sustancias que ocasionan un desequilibrio en las condiciones del suelo y pueden dar origen a procesos como los siguientes: 223 . en cuanto a componentes y reacciones químicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental 2. en muchos casos. el agua y el aire. esto es. Compuestos que alteran la calidad química del suelo. directamente relacionada con el ecosistema al que pertenece y. Aunque. esto no es suficiente para establecer si un suelo está deteriorado o no. por tanto. la contaminación del suelo no se puede medir fácilmente en términos de la composición química porque. un suelo “puro” es indefinible. el suelo presenta una gran dinámica. En términos generales. En contraste con los otros dos compartimentos ambientales. con el término contaminación química. 47 Elaborada por la autora del módulo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Procesos resultantes de la degradación química de suelos47 El proceso de acumulación de metales pesados y agroquímicos es. 224 . el que en la práctica se asocia. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 33. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 2. Cu.  Ser absorbidos por las plantas. por acumulación progresiva resultado del uso excesivo y continuo de fertilizantes e insumos agrícolas. esta situación puede corregirse mediante la adición de compuestos que contengan dichos elementos. de acuerdo con la cantidad y distribución de los poros del suelo. la presencia de ligandos orgánicos e inorgánicos. Zn. la concentración de cationes. la competencia de cationes. por adición de fertilizantes. óxidos de Fe y Mn.  Movilizarse a las aguas superficiales o subterráneas. capacidad de intercambio catiónico. La acumulación de estos metales ya se ha detectado en suelos de Colombia y de acuerdo con su dinámica pueden presentarse las siguientes situaciones:  Permanecer disueltos en la solución del suelo o ser fijados por procesos de adsorción. pero la contaminación. contenido de carbonatos.2. Los fertilizantes pueden ser inorgánicos (minerales) u orgánicos. complejación y precipitación dependiendo de características del suelo como: textura. 225 . Metales pesados Se consideran principalmente los Ambiental siguientes: Cr. en la gran mayoría de casos. Sn. para así incorporarse a las cadenas tróficas. As. 2. entre otros. Hg y Pb. según el pH. Ni. pH. es de origen antropogénico.  Pasar a la atmósfera por volatilización. Cuando el suelo tiene una cantidad insuficiente de alguno o varios de los elementos requeridos.1. así como del contenido de humedad. Mo. este fenómeno puede describirse en términos de la conductividad hidráulica. mineralogía de las arcillas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Co. la depositación atmosférica proveniente de humos industriales o la utilización de aguas de riego contaminadas por efluentes industriales y desechos urbanos. contenido de materia orgánica. la utilización de lodos. es decir. residuos industriales y urbanos. Los fertilizantes Las plantas toman del suelo los elementos químicos que requieren para su nutrición. condiciones redox. Contenido didáctico del curso Química Ba. Cd. Agroquímicos Se pueden agrupar en dos grandes categorías: fertilizantes y pesticidas. Estos metales pueden estar presentes en el suelo en forma natural. los cuales por lixiviación pueden pasar a las aguas subterráneas o por arrastre incorporarse a los cauces y reservorios superficiales. lo cual puede causar el crecimiento rápido de las plantas acuáticas. Los suelos con capacidad de intercambio catiónico alta. si se tiene en cuenta la baja solubilidad de los fosfatos y. A este fenómeno ya se hizo referencia en la lección 4. esto es. la amenaza es menor que en el caso del nitrógeno. los fosfatos se adsorben o precipitan. repelen los aniones y. a su vez. En general. los fertilizantes que los contienen se utilizan en Contenido didáctico delbien cursosea Química grandes cantidades. Los daños se presentan porque los nitratos que se consumen en el agua se transforman en nitritos. por la acción de bacterias existentes en el estómago. y estos. Sin embargo. deficiencia de vitamina A.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. dificultades en la reproducción. por tanto. Cuando se realiza una aplicación excesiva de los fertilizantes pasan a ser contaminantes del suelo. Fertilizantes nitrogenados: el problema de contaminación tiene que ver con la acumulación de nitratos. como en el caso del nitrógeno. se transforman en nitrosaminas que son compuestos cancerígenos que afectan el estómago y el hígado. se presentan los efectos de la fertilización inadecuada con N y P. lixiviarán los nitratos. 226 . En relación con los peligros para la salud. por tanto. En el ganado también se puede presentar la metemoglobinemia. El tipo de suelo y el régimen de pluviosidad influyen en la cantidad de nitratos que alcanzan las aguas subterráneas. abortos y pérdidas en la producción de leche. Fertilizantes fosfatados: el peligro. que se conocen como fertilizantes compuestos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Debido a que las plantas requieren en cantidades altas los denominados macronutrientes (N. A continuación. puede causar metemoglobinemia o cianosis en los niños. su inmovilidad en el suelo. con Ambiental cada elemento por separado. Respecto a los aspectos ecológicos. o en mezclas de los elementos. el nitrógeno en forma de nitratos. Las concentraciones indeseables de nitrógeno en el agua tienen repercusión en aspectos ecológicos y de salud. está relacionado con el fenómeno de eutrofización. que por lixiviación puede ir a las aguas subterráneas y de allí al agua de consumo. caso en el cual se denominan fertilizantes simples. el mayor peligro es la eutrofización que significa enriquecimiento con elementos nutrientes. P y K). partículas coloidales minerales u orgánicas con cargas negativas. fungicidas. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los pesticidas Estas sustancias se conocen también como plaguicidas y sirven para combatir los parásitos de los cultivos. molusquicidas y alguicidas. Toxicidad residual: a) residuos de plaguicidas en alimentos. carbamatos y naturales. 227 . en concentraciones alrededor de 1 x 10-5 M. conlleva a la aplicación de dosis mayores de los pesticidas para lograr un determinado índice de mortalidad. El uso de los pesticidas causa efectos adversos relacionados con los siguientes aspectos: 1. del ganado y de los animales domésticos. Desequilibrios ecológicos: a) multiplicación de algunas especies que compiten naturalmente con una determinada especie contra la cual actúa el pesticida. Ejemplo: mortandad de especies de aves. lo cual. entre los principales. y en zonas más amplias a las que llegan los residuos arrastrados por el viento. Entre los grupos principales están: hidrocarburos clorados. cuando la aplicación de los compuestos químicos se realiza en zonas ubicadas en las cercanías de ríos y lagos. esto es. las corrientes marinas y las cadenas biológicas. Resistencia: los parásitos desarrollan mecanismos de defensa frente a los plaguicidas dando lugar a organismos resistentes a esos compuestos químicos. en las zonas de utilización de los pesticidas. en la flora y la fauna de las zonas en que se realizan los tratamientos. Ejemplo: desequilibrios en el plancton y población de peces y crustáceos. b) residuos en el medio biológico. 2. Frente a esta situación se ha hecho necesario establecer las tolerancias de residuos de plaguicidas en los alimentos. Desde el punto de vista de los organismos que combaten se pueden clasificar en: insecticidas. herbicidas. por la utilización masiva de los compuestos químicos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental mientras que una fracción pequeña se puede mover con el agua de lavado. en primera instancia. acaricidas. Composición química de los pesticidas Los pesticidas también se pueden clasificar de acuerdo con su estructura química. producto del tratamiento de cultivos y cosechas con esos compuestos químicos. 3. b) disminución continúa de la población de una especie. organofosforados. roedoricidas. c) afectación de organismos en cuerpos de agua. Ejemplo: incrementos notables de algunos ácaros con el uso de DDT. A continuación se presentan las estructuras correspondientes a los cuatro isómeros de mayor interés. 228 .5. gas) que contienen cloro en su molécula y poseen una Contenido didáctico del curso Química alta toxicidad especialmente paraAmbiental insectos.1-tricloroetano y análogos Estructura general de compuestos análogos del DDT En la estructura general.3. X puede ser un halógeno o un radical.4.2. según la posición axial o ecuatorial de los átomos de cloro.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.2-bis-(p-clorofenil)-1. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Hidrocarburos clorados: son compuestos químicos sintéticos derivados de hidrocarburos (petróleo. Z generalmente es un hidrógeno y R en la mayoría de los casos mantiene la estructura –C-Cl3 o HCH = 1. Dentro de este grupo existen cinco subgrupos principales: o DDT = 2.6-hexaclorociclohexano La molécula de HCH tiene ocho isómeros cis y trans.1. son el aldrín. La denominación dada a estos compuestos se debe a la forma como se obtiene el doble enlace. o Ciclodienos clorados: se caracterizan por tener. un ciclo con un doble enlace y por ser moléculas policloradas. ɣ y δ pierden HCl y forman triclorobenceno. al menos. No tienen una 229 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los isómeros del HCH son estables a la luz. Dimetannaftaleno o Terpenos clorados: son compuestos resultantes de la cloración por adición y sustitución de terpenos naturales o modificados. mientras que en presencia de bases. al calor. los isómeros α. De estos compuestos algunos. al aire y a los ácidos fuertes. por la síntesis de Diels-Alder o síntesis diénica. dieldrín y endrín que son derivados clorados del dimetannaftaleno. esto es. el nombre no significa que tiene dos enlaces dobles. el isómero β se descompone lentamente en estas condiciones y con rapidez a altas temperaturas. de los más conocidos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. por tanto. aún a temperatura ambiente. pueden ser: (a) ortofosfatos de alquilo. a su vez. Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Derivados alifáticos: a este grupo pertenecen los fumigantes halogenados alifáticos que son gaseosos o volátiles y tóxicos para muchos seres vivos. (a) (b) (c) o Ésteres tiofosfóricos o tiofosfatos de alquilo o arilo de dos formas principales: (a) fosfotionatos y (b) fosfotiolatos. (b) ortofosfatos de arilo y (c) pirofosfatos de alquilo. el 1. 230 . sino que corresponden a mezclas complejas de productos más o menos clorados y de diversos isómeros. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental composición definida. Son ésteres o amidas que se subdividen en los siguientes grupos: o Ésteres fosfóricos que. el 1.3-dicloropropeno y la cloropicrina (Cl3CNO2) Organofosforados: son derivados orgánicos del ácido fosfórico que tienen una acción tóxica relativamente selectiva.2-dibromoetileno.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Entre este tipo de compuestos los de mayor utilización en la práctica son: el bromuro de metilo. (a) (b) o Ésteres ditiofosfóricos o ditiofosfatos de alquilo o arilo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Amidas del ácido fosfórico o Ésteres fosfónicos o alquilfosfonatos de alquilo o arilo. o Ésteres fosfínicos o dialquilfosfinatos de alquilo o arilo Carbamatos: son compuestos derivados del ácido carbámico. 231 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. su acción es fundamentalmente herbicida. 232 . o Nicotina y sus análogos: la nicotina es un alcaloide. o Rotenona y sus análogos: se obtiene de las raíces de varias leguminosas de la subfamilia de las Papilionáceas. especialmente los géneros Derris. la rotenona y la piretrina. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tienen fórmula general: Los compuestos con esta estructura actúan principalmente como insecticidas y cuando la estructura corresponde a N-fenilcarbamatos. que se obtiene de las especies Nicotiana tabacum y Nicotiana rustica. Naturales: se obtienen básicamente de plantas. De la primera se obtiene el tabaco y la segunda se cultiva únicamente para extraer la nicotina. de estructura sencilla. Los subgrupos principales son la nicotina. la cual es inducida por la atracción electrostática entre los compuestos cargados y los constituyentes del suelo con carga opuesta. Adsorción. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lonchocarpus. La estructura química corresponde a dos ésteres activos conocidos como piretrina I y piretrina II 3. Usualmente. Los tipos principales de interacciones son: 1. Tephrosia y Milletia. Para el conocimiento del fenómeno de contaminación se debe necesariamente abordar el tema de los procesos de transporte y acumulación en los suelos. La estructura química de la rotenona es la siguiente: Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Piretrina: se obtiene de las flores del pelitre o Pyrethrum que comprende varias especies del género Chrysanthemum.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. este es el caso con 233 . Repulsión electrostática cuando la carga eléctrica del compuesto y la del constituyente del suelo son del mismo signo. 2. Transporte y acumulación de los contaminantes en el suelo. La movilidad y la acumulación de los contaminantes están regidas grandemente por la interacción de los compuestos con la fase sólida del suelo y en casos específicos por su degradabilidad. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Un aspecto de importancia crucial en los problemas de contaminación del suelo es la velocidad de las reacciones. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental ciertos aniones y la carga predominantemente negativa de. Un ejemplo de esto es el destino de los pesticidas o productos químicos orgánicos que incluyen. esta situación es una de las causas de la energía de adsorción alta. simultánea o alternadamente. por ejemplo. ya sea de manera sucesiva. en el caso de compuestos orgánicos. que es considerablemente mayor en el caso de la quimisorción. Muchos compuestos están sujetos a reacciones como la degradación fotoquímica. 4. Este mecanismo de interacción. es uno de los factores principales respecto a los posibles efectos peligrosos para el ambiente. la persistencia en el suelo. Tienen que ver con los equilibrios químicos en los sistemas tratados en la lección 18. Reacciones de precipitación y disolución. Esta última se caracteriza. de puentes de sales y puentes de iones metálicos pueden contribuir a las uniones. a menudo. Estos equilibrios pueden jugar un papel predominante en el control de la movilidad de ciertos compuestos como los metales pesados y el fósforo. Así. aire o agua. excepto por el valor de la energía de adsorción. precisamente. ciertos acondicionadores del suelo. Entonces. porque el intercambio con otros compuestos es muy limitado y. Descomposición y reacciones de transformación. Contenido didáctico del curso Química Ambiental 3. Quimisorción. Los mecanismos de interacción mencionados anteriormente pueden ocurrir bien sea en forma separada o en combinación de unos con otros. como las de London. 234 . usualmente. es difícil de distinguir de la adsorción electrostática. Aunque los tres mecanismos constituyen las mayores interacciones entre los iones y los constituyentes del suelo. 5. por ejemplo. por ejemplo. fuerzas de atracción de van der Waals. para compuestos específicos pueden prevalecer mecanismos diferentes de enlace. los minerales de arcilla. el estudio de la cinética de las reacciones. formación de puentes de hidrógeno. la degradación microbiana o a la combinación de estas reacciones. esto es. la cual está regida por la degradabilidad del compuesto. por otra. La cantidad total de cada elemento presente puede determinarse mediante la “digestión” total de la muestra de suelo y la posterior cuantificación. solución extractante. la fertilidad química y las sustancias contaminantes. en muestras tamizadas a 2 mm. con el estudio del pedón. entre otros aspectos. relacionadas principalmente con sus propiedades físicas y prosigue con la toma de muestras (perturbadas y no perturbadas) para análisis en el laboratorio. colorimetría. titulación potenciométrica y volumétrica. así: análisis químicos. A continuación se presentan algunos conceptos básicos relacionados con las metodologías utilizadas en la ejecución de análisis químicos. Las metodologías y técnicas de trabajo en el laboratorio se agrupan usualmente de acuerdo con las propiedades a estudiar. establecer la génesis y evolución del suelo y. por una parte. esto es. continua con el estudio de campo para hallar la relación suelo-paisaje. La información obtenida en el laboratorio contribuye a establecer el modelo de distribución de suelos en el paisaje. análisis físicos. a interpretar cual es el comportamiento esperable. cual su respuesta frente a acciones externas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 20: Análisis de la calidad del suelo Contenido didáctico del curso Química Ambiental PALABRAS CLAVE: cantidad total. Análisis Químicos: Los análisis químicos de laboratorio. las relaciones entre los distintos suelos. la realización de algunas pruebas de campo. El análisis del suelo en el laboratorio forma parte del “continuum” de observación de este cuerpo natural. Este tipo de análisis es de utilidad en estudios donde se requiere información relacionada 235 . con el fin de separar los diferentes paisajes. que se inicia con la fotografía aérea. así como a determinar los componentes y procesos de flujo en el sistema suelo-medio ambiente. Todo esto enfocado a. la descripción morfológica de los distintos horizontes. disponibilidad del nutriente. para determinar los elementos constituyentes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. principalmente las de origen antrópico y a determinar con fines prácticos su calidad con miras a su uso y manejo. absorción y emisión atómica y cromatografía líquida de alta resolución. análisis mineralógicos y micromorfológicos y análisis biológicos. constituyen la metodología clásica para caracterizar el suelo. en el laboratorio se siguen metodologías basadas en una “simulación” de los equilibrios e interacciones entre componentes del suelo-nutrientes y nutrientes-planta. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental principalmente con el modelo de intemperismo. por ejemplo para uso agrícola. por tanto. Es así como. Estas simulaciones se hacen mediante la utilización de “soluciones extractantes”. la concentración del analito puede ser calculada. las cuales son sustancias químicas en disolución que en contacto con una muestra de suelo reproducen. con un determinado grado de precisión estadística. los análisis químicos permiten cuantificar la disponibilidad del nutriente e interpretarla a la luz del conocimiento de la dinámica del elemento bajo determinadas condiciones del suelo (pH. o por un cambio brusco de potencial en el caso de la titulación potenciométrica. Durante la etapa de cuantificación se determinan los contenidos de los nutrientes disponibles o de los contaminantes presentes en la solución extractante mediante la utilización de diversas técnicas analíticas que se pueden agrupar de la siguiente forma:  Titulación potenciométrica y volumétrica  Colorimetría  Absorción y emisión atómica  Cromatografía líquida de alta resolución En términos generales los principios que fundamentan estas técnicas son: Titulación potenciométrica y volumétrica: determinación del punto de equivalencia de una solución de concentración exacta y conocida. de la relación entre la disponibilidad de nutrientes y la toma de nutrientes por la planta. para la cuantificación de la disponibilidad del nutriente. esto es. 236 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. El punto de equivalencia puede ser detectado por el cambio de color de una solución indicadora de pH. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Desde el punto de vista de la relación suelo-planta. para el caso de la titulación volumétrica. Esta etapa se denomina de extracción y va seguida por la de cuantificación propiamente dicha. contenido de materia orgánica. la “fuerza” con que una planta promedio tomaría un nutriente sometido a las condiciones de equilibrio del suelo bajo estudio. contenido de arcillas. pero no es adecuado cuando se busca determinar la calidad del suelo. En este punto el número de equivalentes del analito (elemento o compuesto en estudio) es igual al número de equivalentes de la solución valorante y. entre otros). potenciales redox. por ejemplo). Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC): separación. La fase móvil es un líquido que fluye a través de una columna que contiene a la fase estacionaria. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Colorimetría: determinación de la concentración de un analito (molécula) en solución con base en la propiedad que tienen las moléculas de absorber energía Contenido didáctico curso proveniente de un del haz de Química luz de Ambiental una longitud de onda seleccionada de acuerdo con el color de la solución.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. lo cual hace más eficiente la separación. En este caso la concentración es proporcional a la absorción o a la emisión de energía. Es un método físico de separación basado en la distribución de los componentes de una mezcla entre dos fases inmiscibles. identificación y cuantificación de compuestos orgánicos (pesticidas. La concentración del analito es proporcional a la cantidad de luz absorbida. en este tipo de cromatografía las partículas de la fase estacionaria son del tamaño de los micrones. y requiere de altas presiones para lograr que fluya la fase estacionaria. 237 . A diferencia de la cromatografía clásica. una fija o estacionaria y otra móvil. Absorción y emisión atómica: determinación de la concentración de un analito (elemento) en solución con base en la propiedad que tienen los átomos de absorber o emitir energía de determinada longitud de onda cuando son llevados a un estado excitado o cuando regresan a su estado fundamental. 7) Describa los eventos responsables de la formación del suelo. en la estructura de este componente del suelo: Si4+. Al3+. NOTA: pH del suelo = 6 y pe° = 14. 8) ¿Cuál es el resultado de la acción de los procesos y factores formadores del suelo. 3) Entre los componentes de la fase sólida del suelo están las arcillas. Establezca el lugar que ocupan las siguientes especies químicas. O2-. establezca la clase para cada uno de los siguientes casos:  Suelo A: arcilla 43%. Enumérelos e indique su incidencia.  Establezca la semi-reacción de reducción y la ecuación de pe. 4) ¿Cuál es la constitución de la materia orgánica del suelo y cuáles sus funciones principales? 5) ¿Cuáles son las fuentes de agua para el suelo y en qué procesos interviene? 6) En la conformación y desarrollo del suelo intervienen factores formadores. 9) Utilizando el triángulo textural. arena 15% y limo 42%  Suelo B: arcilla 5%. Mg2+. Fe2+.y F-. El valor obtenido hacia dónde indica que está desplazado el equilibrio en este suelo.  Con base en lo anterior determine la relación de concentraciones NO 3/NO2. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PREGUNTAS Y EJERCICIOS 1)Contenido El suelodidáctico se conoce como un sistema del curso Química Ambientaltrifásico. arena 80% y limo 15%  Establezca un paralelo entre las clases texturales encontradas en relación con las siguientes propiedades: CIC. Describa los constituyentes de cada una de las fases y su importancia.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.15 238 . OH.15. 2) Establezca el papel y la importancia de los poros del suelo. Explique detalladamente. Fe3+. capacidad amortiguadora y retención de agua y nutrientes. 10) En un suelo se encuentran en equilibrio las siguientes especies disueltas: NO2 y NO3 y se mide un valor de pe de 7. 15) Explique los tipos principales de interacciones entre los contaminantes del suelo y la fase sólida de éste.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 16) Establezca la diferencia entre un análisis de contenido total de una especie química presente en el suelo y un análisis de contenido disponible. 13) Indique los principales metales pesados encontrados en los suelos y las actividades antropogénicas que determinan su presencia. ¿Cuál es la utilidad de cada tipo de análisis? 239 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 11) ¿Con qué funciones del suelo se asocia el concepto de calidad del suelo? Defina calidad del suelo. Contenido didáctico del curso Química Ambiental 12) ¿A qué tipo de degradación del suelo se le denomina contaminación química? Justifique su respuesta. 14) Establezca la influencia de las propiedades físicas y químicas del suelo en la movilidad de los metales pesados. erosión y bioacumulación en organismos vivos. arrastre de las corrientes superficiales. En esta interacción. a través de su fase sólida y (b) considerar los mecanismos de movilización (lixiviado. Lo anterior hace imperativo que se eviten o detengan los procesos de degradación por contaminación o que. Lección 21: Importancia y clasificación de los tratamientos PALABRAS CLAVE: clasificación de tratamientos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. se adelanten procesos para su recuperación y posterior aprovechamiento. lugar del tratamiento. técnicas de descontaminación. volatilización. que actúan sobre los contaminantes en el lugar en el que se localizan. En este capítulo se presentan técnicas que incluyen tratamientos in situ. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental CAPITULO 5: TRATAMIENTO DEL SUELO Contenido didáctico del curso Química Ambiental Introducción El suelo es un elemento frágil del medio ambiente. el agua y el aire. En la actualidad se cuenta con una amplia gama de tecnologías de recuperación de suelos contaminados. lo cual implica su transporte (off-site). naturaleza de los procesos. esto es. en última instancia. es decir. En el capítulo anterior se estableció que el suelo es un receptor de contaminantes de gran relevancia debido a que interactúa permanentemente con los otros dos compartimentos ambientales. que bien puede considerarse un recurso natural no renovable debido a que su velocidad de formación y recuperación es muy lenta comparada con la de los procesos que contribuyen a su degradación. entre otros) que transfieren los contaminantes a los otros compartimentos ambientales y a través de la cadena trófica. y tratamientos ex situ que son los que requieren la excavación previa del suelo para su posterior tratamiento ya sea en el mismo lugar (on-site) o en instalaciones externas. criterios de clasificación. La última situación está más acorde con la realidad debido a que el suelo como filtro retenedor tiene limitaciones que están relacionadas con los tipos de suelos y 240 . la presencia de contaminantes puede verse desde dos perspectivas: (a) considerar que el suelo en sí mismo es un remedio suficiente para inmovilizar los contaminantes. distribución entre las diferentes fases (adsorbidos. pero tiene un impacto ambiental relativamente bajo. porosidad. Con base en la información anterior se puede pasar a la etapa de selección de la técnica apropiada de tratamiento del suelo. la técnica se aplica en un lugar externo donde se encuentra el contaminante. Para esto se deberá obtener información relacionada con los siguientes aspectos:  De la zona donde se presenta la contaminación: datos geográficos. Del área específica donde se presenta la contaminación: tipo (difusa o localizada).  Del suelo: propiedades fisicoquímicas como textura. extracción y transporte del contaminante hasta el lugar donde se realizará el tratamiento. Los dos criterios más utilizados son: el lugar donde se realiza el tratamiento y la naturaleza del proceso utilizado. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Para determinar cuándo se hace necesaria la aplicación de las técnicas y cuál de ellas es la más apropiada. se debe devolver la masa del suelo tratado a su lugar de origen.  De los contaminantes: naturaleza química y su especiación. entre otras. Después del tratamiento. contenido de materia orgánica. en lo posible. hidrológicos y climatológicos. Ex situ: contrariamente al caso anterior. profundidad (superficial o profunda) y existencia o no de afectación de aguas subterráneas. Este tratamiento requiere de un tiempo largo para su realización de forma completa (meses. disueltos o precipitados).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. años). pH. potencial redox. Tipos de tratamientos Se pueden clasificar de acuerdo de varias formas. Lugar donde se realiza el tratamiento: In situ: la técnica se aplica en el lugar donde se encuentra el contaminante. Se deben realizar operaciones de excavación. CIC. Por esto es conveniente su depuración por medio de técnicas apropiadas. grado de humedad. 241 . y predecir la posible evolución de los contaminantes. Para establecer la prevalencia y evolución de los procesos de transporte y acumulación de los contaminantes. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental con las cantidades y clases de contaminantes adicionados. se debe realizar un estudio de las características de la contaminación y el entorno. por lo cual el consumo energético es intermedio entre los dos tratamientos anteriores. En relación con el tratamiento ex situ. Tratamientos del suelo) 242 . Tiene como limitantes el alto consumo energético. la alteración del ecosistema y el impacto Contenido por didáctico del curso Química Ambiental ambiental las operaciones realizadas. Naturaleza del proceso utilizado (ver Figura 34. Se deben realizar operaciones de excavación y adecuación de la superficie En este tipo de tratamiento el tiempo de realización es menor que el del tratamiento in situ y un consumo energético intermedio entre los dos tratamientos anteriores.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. se suprime la operación de transporte. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se utiliza cuando se requiere un tratamiento rápido e intensivo. On site: la técnica se aplica en la superficie de la zona donde se localiza el contaminante. Esta relación se presenta en la Tabla 10. por esto.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 34. Interrelación de criterios para la selección de tratamientos de suelos. es muy útil establecer la interrelación entre los criterios utilizados para la clasificación de los tratamientos y la naturaleza de los contaminantes. 243 . Tratamientos del suelo48 La selección de la técnica de tratamiento dependerá de cada situación particular. 48 Elaborada por la autora del módulo. algunos pesticidas In situ Medio TRANSFERENCIA Química TRANSFORMACIÓN Biológica 49 Adaptada de: http://www. compuestos orgánicos In situ Medio Extracción al vacío Hidrocarburos del petróleo In situ Medio Oxidación Compuestos orgánicos. pesticidas In situ Medio Disminución de la volatilización Compuestos orgánicos volátiles In situ Corto Estabilización Metales pesados In situ o ex situ Corto Extracción de vapores Compuestos orgánicos volátiles In situ Medio Inyección de aire Compuestos orgánicos volátiles In situ Medio Aireación Compuestos orgánicos volátiles Ex situ Largo Enjuague Metales pesados In situ Medio Lavado Metales pesados. pesticidas In situ o ex situ Largo Vitrificación Metales pesados.miliarium. Interrelación de criterios para la selección de tratamientos de suelos PROCESO TÉCNICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental CONTENCIÓN O AISLAMIENTO 49 CONTAMINANTE LUGAR TIEMPO Sellado Metales pesados.htm 244 . pesticidas Ex situ Corto Campo eléctrico Metales pesados. pesticidas In situ Largo Ventilación Compuestos orgánicos. pesticidas In situ Corto Compuestos orgánicos y pesticidas halogenados In situ Corto Deshalogenación Estimulación Compuestos orgánicos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tabla 10.com/prontuario/tratamientosuelos/TratamientoSuelos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PROCESO TÉCNICA CONTAMINANTE LUGAR TIEMPO Uso de geomembranas Lodos de refinería Ex situ Medio Biopilas Compuestos orgánicos volátiles. previa instalación de una estructura de varillas huecas inyectoras. que se introduce armado en la excavación.  Vertedero controlado. se retiran las varillas. cemento. el relleno cumple dos funciones. (b) de hormigón. previa realización de la excavación. vitrificación . opcionalmente. la masa contaminada se retira y se traslada a un vertedero controlado. se realiza la adición a alta presión. se inyecta por debajo del área contaminada y no debe alcanzar el nivel freático. se excavan alrededor del área contaminada.9 m y se aplican capas de relleno que consta de una mezcla de arcillas del mismo suelo o arcillas especiales y. macro encapsulación. en donde. así: (a) verticales con relleno. que reducen la permeabilidad del suelo y controlan la diseminación del contaminante. volatilización. Sellamiento Dentro de este tipo de proceso la técnica de sellado comprende dos procedimientos. localizadas alrededor del área contaminada. estabilización. (c) con inyección de cemento.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 1. El proceso de contención o aislamiento comprende el uso de barreras que impiden bien sea la movilidad y transferencia de los contaminantes hacia otros compartimentos ambientales o la ampliación del área contaminada. uno in situ conocido como macro encapsulación y el otro ex situ conocido como de vertimiento controlado. vertedero.  Macro encapsulación que se basa en la construcción de barreras de diferentes tipos. (d) con adición de sustancias químicas. el cual 245 . evitar el derrumbamiento y limitar las propiedades filtrantes. cuando la adición del cemento se termina. pesticidas Ex situ Medio Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 22: Tratamientos por contención o aislamiento PALABRAS CLAVE: barreras. hasta profundidades de alrededor de 15 m y con espesor promedio de 0. son los que debido a su composición y características corrosivas. en general. Para seleccionar el tratamiento se debe tener en cuenta la naturaleza del residuo. los recursos naturales y el medio ambiente. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental tiene barreras naturales de arcillas o artificiales como polietileno. reactivas. 246 . tóxicas. la característica deseada del efluente resultante y los aspectos ambientales. pero todos tienen como objetivo la recuperación de recursos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. la descontaminación y la reducción de volumen previamente a su disposición en la tierra. No son exclusivos para los residuos sólidos tóxicos y algunos de ellos se presentan en la lección 24. precipitación y recuperación de solventes y combustibles. mediano o largo plazo. Respecto al resto de los residuos industriales difieren en los siguientes aspectos principales:  Tienen efectos nocivos a corto. explosivas. Los tratamientos a los que se pueden someter son de diferente naturaleza: físicos. el tratamiento se puede realizar a tres niveles:  Primario: corresponde a una preparación del residuo para otros tratamientos. Los tratamientos químicos más utilizados se realizan mediante reacciones de oxidación. químicos y biológicos. reducción. el suelo se somete a un tratamiento similar al de los residuos sólidos tóxicos (ver a Contenido didáctico del Química Ambiental con esta temática).  Requieren tratamientos en condiciones exigentes y bajo un mayor control por el riesgo que generan.  Secundario: elimina los constituyentes peligrosos. continuación elcurso recuadro relacionado RESIDUOS SÓLIDOS TÓXICOS Los residuos tóxicos y peligrosos. Al igual que para las aguas residuales. inflamables o biológicamente infecciosas representan un riesgo para la salud humana y no humana.  Terciario: comprende el tratamiento del efluente generado previamente al vertido final. Se utiliza para la descontaminación de metales pesados que quedan confinados dentro del suelo vitrificado o para la eliminación de compuestos orgánicos que por las altas temperaturas se transforman en compuestos volátiles. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 2. menor es la eficiencia en la conducción y acción de la corriente eléctrica.  Porosidad del suelo: a mayor porosidad. a través de los cuales se conduce corriente eléctrica hasta lograr temperaturas promedio altas de cerca de 1800°C.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. los cuales se recuperan en la superficie mediante sistemas especiales. dispuestos en un diseño rectangular Contenidoen didáctico del curso Química alrededor del área contaminada. aire. que contiene los electrodos. es decir.  Presencia de sales: a mayor cantidad de sales. mayor es el gasto energético. Vitrificación Consiste la introducción de dosAmbiental electrodos. lo cual dificulta el aumento en la temperatura. Se pueden utilizar tres procedimientos:  Disminución de la porosidad: específicamente de los poros que contienen aire. De esta manera se logra la fusión del suelo presente entre los electrodos. semejante al vidrio. 3. inutiliza el suelo tratado. aumenta la conductividad eléctrica. Tiene gran utilidad en la descontaminación de compuestos muy refractarios pero tiene dos limitantes importantes: (1) es efectivo sólo en situaciones de contaminación superficial (máximo 6 metros). Existen varios factores que afectan la efectividad del procedimiento:  Humedad del suelo: a mayor contenido de humedad. Disminución de la volatilización de compuestos Tiene como función evitar que los compuestos volátiles. por el consumo de energía para lograr la vaporización del agua. (2) desactiva. Este procedimiento debe considerar la solubilidad y 247 . para impedir que pasen al compartimento. posteriormente se permite el enfriamiento que da origen a la conformación a un bloque sólido del suelo. antes de iniciar la fusión. mediante su saturación con agua. especialmente los orgánicos se evaporen y se depositen en la atmósfera. se adicionan mezclas de cal y sulfuro y cementos poliméricos de sulfuro. Estos adsorbentes deben tener un área superficial alta y ser químicamente estable. Esta técnica proporciona una solución temporal que debe complementarse con alguna otra de las técnicas disponibles por transferencia o transformación. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental movilidad del contaminante para controlar la lixiviación hacia aguas subterráneas. a exposición excesiva a la radiación solar. excepto As y Cr. silicatos laminares.  Valores de pH de moderadamente ácidos a moderadamente básicos: precipitación de los metales pesados en forma de fosfatos. así:  Rango amplio de pH desde valores ácidos a básicos: precipitación de sulfuros insolubles de diferentes metales pesados. 4. Otra forma de lograr la estabilización es mediante la adición de adsorbentes que pueden fijar el contaminante mediante el mecanismo de sorción. materia orgánica humificada.  Valores de pH básicos: precipitación de metales pesados. Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Control de la temperatura: evitar el calentamiento debido. como hidróxidos y silicatos. carbón activado y bentonitas. por ejemplo. son de diferente naturaleza. 248 . lo cual favorece la volatilización de los compuestos. se adiciona cemento Portland. Este proceso está relacionado directamente con el valor de pH del suelo donde se encuentra el contaminante.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Estabilización Consiste básicamente en modificar la solubilidad de los contaminantes de manera que se favorezca la formación de sales insolubles.  Sellado de la capa superficial: mediante la aplicación de una capa de hormigón para impedir el paso de los compuestos volátiles hacia el aire atmosférico. tales como óxidos de hierro. para la extracción de compuestos orgánicos volátiles que tengan una presión de vapor > 0. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 23: Tratamientos por transferencia o extracción Contenido didáctico del curso Química Ambiental PALABRAS CLAVE: extracción.5 m y 90 m. es decir. aireación. 249 . electroforesis. electroósmosis. depende del tipo de suelo y de la magnitud de la contaminación y puede variar entre uno y decenas o cientos. inyección. por debajo del nivel freático. Extracción de vapores Esta técnica se utiliza. en el sentido de la vaporización favoreciendo la volatilización de inclusive los compuestos orgánicos volátiles más insolubles. mediante canales excavados en forma vertical o en forma horizontal.vapor. enjuague. para una situación específica. Dependiendo del medio que se utilice para la transferencia y las operaciones que se lleven a cabo. donde los poros no estén llenos de agua. 2. El proceso tiene como finalidad sacar el contaminante del suelo. El aire inyectado hace desplazar el equilibrio líquido.5 mm de Hg. Inyección de aire Se aplica en la zona saturada del suelo. principalmente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. allí se perforan los pozos que deben estar por encima del nivel freático y se genera vacío para expulsar los contaminantes volátiles. usualmente se utilizan las técnicas siguientes: 1. electromigración. Cuando se requiere mejorar la eficiencia se combinan con pozos de inyección de aire Los gases generados se recolectan para someterlos a un tratamiento posterior o para almacenarlos mediante confinamiento. Los pozos se trabajan en la práctica a profundidades entre 1. Se aplica en la zona no saturada del suelo. para realizar su tratamiento en el exterior. a los cuales se les inyecta aire. El número de pozos que se deben perforar. mediante transferencia a un medio líquido o un medio gaseoso. lavado. Enjuague En esta técnica se utiliza una solución de constitución específica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. la cual aumenta a condiciones de humedad baja del suelo.  Aplicación de riego para favorecer la desorción y disolución de los contaminantes en el agua. Algunas actividades. por ejemplo. todo lo cual favorece la volatilización de los contaminantes. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los caudales de aire permiten mantener en contacto el suelo y las aguas subterráneas y tratar una cantidad grande de las aguas. como las presentadas a continuación. la cual al evaporarse los arrastra hacia la superficie. Sin embargo en la práctica se ha observado que este tipo de contaminantes. una vez en la atmósfera se degradan rápidamente por reacción con radicales hidroxilo o por acción de las radiaciones ultravioleta. Es un proceso lento. Aireación Esta técnica consiste en excavar el suelo. y de los contenidos bajos de materia orgánica que disminuyen las posibilidades de adsorción del contaminante sobre el complejo coloidal orgánico. 4. sin tratamiento previo.  La acción de extender el suelo favorece el aumento de su temperatura y lo expone a la acción de los vientos. Las soluciones más utilizadas son las siguientes: 250 . en forma de una capa fina y esperar a que los compuestos orgánicos se volatilicen. tomar una determinada cantidad de éste. sirven para mejorar la eficiencia de esta técnica:  Remoción periódica mediante el arado. extenderla sobre una superficie impermeable. Contenido didáctico del curso Química Ambiental La eficiencia de esta técnica depende de la permeabilidad. de eliminación pasiva y que presenta como limitante el hecho de que los contaminantes pasan directamente a la atmósfera. de acuerdo con la naturaleza de los contaminantes que se quieren movilizar a través de ella. 3. Cuando la contaminación se presenta a cierta profundidad. usualmente) para metales pesados y algunos contaminantes de naturaleza orgánica.  Soluciones que contienen sustancias tensioactivas para compuestos de naturaleza aceitosa. se recolecta el fluido a través de túneles o canales exteriores construidos previamente. posteriormente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. o por la acción de la gravedad.  Soluciones que contienen disolventes orgánicos para naturaleza orgánica. posteriormente. se puede reutilizar para nuevos enjuagues. ¡Discuta su respuesta con el tutor! 251 . surcos. Otra limitante de esta técnica es el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas con los componentes de las soluciones de enjuague utilizadas. o a través de sistemas de infiltración y sistemas de aspersión. si el suelo está en pendiente y. canales. excavaciones. porque las soluciones tienen cierta especificidad. La solución que contiene los contaminantes se somete a tratamiento en la superficie y. Esta técnica es eficiente para contaminantes cuya estructura química corresponde a la de hidrocarburos y en suelos con una porosidad adecuada en cuanto a tamaño y distribución a través del perfil. Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Soluciones acuosas básicas (hidróxido de sodio. Las condiciones adversas para la eficiencia de esta técnica son los suelos con contenidos altos de arcillas y con varios tipos de contaminantes. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Soluciones acuosas ácidas (ácido nítrico y ácido clorhídrico. la solución se aplica mediante inyección en pozos. Cuando la contaminación es superficial se aplica la solución y se deja fluir por medio de bombeo. principalmente) para metales pesados y compuestos fenólicos. ACTIVIDAD # 13: Establezca porque los suelos con contenidos altos de arcilla afectan la eficiencia de la técnica de enjuague en el tratamiento de suelos. contaminantes de  Solamente H2O para contaminantes muy solubles en este compuesto. se deja actuar y finalmente se bombea hacia la superficie. para posible reutilización. Al cátodo que es el electrodo negativo se dirigen las especies con carga positiva y al ánodo se dirigen las especies con carga negativa. 252 . La presencia del campo eléctrico da origen a tres mecanismos principales de movilidad de los contaminantes:  Electromigración: las especies químicas con carga eléctrica se desplazan hacia el electrodo de signo opuesto al de su carga iónica. se devuelven a su lugar de origen. Una limitante de esta técnica es la necesidad de realizar lavados secuenciales con diferentes soluciones. para controlar la eficiencia del tratamiento. con el fin de tratar por separado las partículas más pequeñas (arcillas y limos) que corresponden a las más contaminadas. Las fracciones sólidas tratadas se someten a secado y. La técnica comprende procesos físicos y químicos. para inducir la movilidad de las sustancias contaminantes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. La fracción líquida utilizada se somete a un proceso de tratamiento. Aplicación de un campo eléctrico En esta técnica de aplicación in situ. 6. fraccionamiento granulométrico. El proceso físico consiste en un fraccionamiento por tamaño de partículas del suelo. teniendo en cuenta que poseen una mayor capacidad de adsorción comparadas con las partículas gruesas (arenas). Las fracciones. posteriormente. cuando existen diferentes tipos de contaminantes en el suelo. se introducen en un reactor junto con la solución de lavado seleccionada según la naturaleza de los contaminantes. se aplica una corriente eléctrica de baja intensidad entre un par de electrodos colocados en el área contaminada del suelo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 5. por separado.Contenido Lavado didáctico del curso Química Ambiental A diferencia de la técnica anterior. la de lavado se realiza ex situ: se lleva a cabo la excavación del área contaminada y se transporta la correspondiente masa de suelo a un lugar destinado para realizar el tratamiento de lavado. en esta etapa se debe controlar el pH de la solución. 2) En consecuencia.  Electroósmosis: movimiento en masa del líquido. con separación de 2 a 10 m entre 253 . La diferencia de potencial entre los electrodos favorece la electrólisis del agua. H2O 2 H2O + 2e- 2H+ + ½ O2 + 2e- en el ánodo 2OH. se puede considerar la alternativa de utilizar membranas de intercambio iónico para impedir el paso de los iones OH.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Sin embargo se debe tener en cuenta que a medida que se lleva a cabo la electrólisis del agua.1) en el cátodo (5. La solución del suelo presenta un frente de cargas positivas. el frente positivo se dirige. permitiendo su extracción. lo cual afecta la conductividad de electrodo y exige un mayor consumo de energía para mantener el campo eléctrico. la velocidad del movimiento electroosmótico disminuye y la extracción es menos eficiente.a la solución del suelo. Para el tratamiento de una zona contaminada. el compartimento anódico se acidifica y el catódico se alcaliniza.+ H2 (5. Igualmente. Los iones H+ se desplazan rápidamente hacia el cátodo de manera que aparece un frente ácido que recorre la región bajo la influencia del campo eléctrico. se adicionan soluciones que neutralicen la acidez. En consecuencia. entonces. en este caso también se adicionan soluciones para neutralizar la alcalinidad. Para resolver esta dificultad. El frente ácido favorece la liberación de cationes metálicos adsorbidos en la superficie del complejo de cambio del suelo (fase sólida). que se genera por el efecto electrostático de las cargas negativas predominantes en la fase sólida del suelo. se requiere la instalación de varios pares de electrodos. En el compartimiento catódico se recolecta la solución que contendrá los contaminantes extraídos por el movimiento electroosmótico y se somete a un tratamiento para la descontaminación. en la práctica. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Electroforesis: movimiento de partículas sólidas coloidales en suspensión que se desplazan hacia el ánodo (electrodo positivo) con moléculas del Contenido didáctico deladsorbidas curso Química contaminante e Ambiental su superficie. En el compartimiento catódico se puede presentar la precipitación sobre el electrodo de hidróxidos de los metales. hacia el cátodo. 254 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental ellos y a profundidades de hasta 20m. control del pH.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. en muchos casos se prefiere extraer la masa de suelo contaminado y transportarla a un reactor donde se adicionan los reactivos químicos adecuados y se ajustan las condiciones para la reacción correspondiente. Se logran los siguientes efectos:  Favorecer el flujo de aire fresco en la zona contaminada para favorecer la actividad de los microorganismos.didáctico del curso Química Ambiental 7.5-5 A Contenido m-2. Se pueden aplicar in situ o ex situ. Cuando el tratamiento se hace in situ se requieren ciertas condiciones específicas que garanticen la eficiencia de la reacción. Entre las reacciones químicas utilizadas con mayor frecuencia están la oxidación y la deshalogenación. suministro de calor para reacciones endotérmicas y enfriamiento para reacciones exotérmicas. Lección 24: Tratamientos por transformación química PALABRAS CLAVE: oxidación. complejación Las técnicas mediante transformación química utilizan reacciones químicas que conducen a la transformación de las especies contaminantes en formas inocuas. Extracción al vacío La técnica consiste en extraer aire y agua del suelo utilizando vacío. En este último caso. Las diferencias de potencial del campo varían entre 40 y 200 voltios y la densidad de corriente de 0. reducción. así: mezcla homogénea de los reactivos. Teniendo en cuenta lo anterior. deshalogenación. al agua extraída con los sobrenadantes se le aplican tratamientos de separación de las fases acuosa y orgánica.  Extraer los contaminantes (especialmente hidrocarburos) con menor densidad que el agua que se encuentren como sobrenadantes en el nivel freático y en el agua capilar. en forma líquida. 255 . el cual favorece la formación de radicales hidroxilo. oxida los contaminantes por acción directa o por la formación de radicales hidroxilo. cuyos productos principales de la oxidación son el H2O y el CO2. pero la desventaja de que la reacción de oxidación es mucho más lenta. Tienen la ventaja de ser compuestos menos costosos que el ozono y el peróxido de hidrógeno. HO•. es muy reactivo e inestable. con valores entre 3. Actúan en un rango de pH mucho más amplio que en los dos casos anteriores.  Permanganato de potasio o de sodio: estos compuestos se utilizan en solución acuosa o en forma sólida. en presencia de Fe2+. son especies oxidantes muy fuertes que actúan sobre una gran variedad de compuestos orgánicos.4) Al igual que en el caso del ozono. HO•. especialmente en medios ácidos. por lo tanto. en la práctica.5-12. mezcla que se conoce como “reactivo fenton”.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. los cuales son compuestos inocuos.3 Fe3+ + H2O2 Fe2+ + HOO• + H+ (5. se produce en sitios cercanos al lugar donde se va a efectuar el tratamiento. es bastante rápida. Oxidación Se aplica en presencia deQuímica contaminantes Contenido didáctico del curso Ambiental que son susceptibles de ser oxidados. esto es.  Peróxido de hidrógeno: se acostumbra utilizar este compuesto. como son las diferentes clases de compuestos orgánicos. que como ya se mencionó en el caso anterior. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 1. Las reacciones que conllevan a la formación de los radicales son las siguientes: Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO• + OH- (5. Por lo anterior. Los oxidantes más utilizados son los siguientes:  Ozono: las reacciones con este compuesto son muy eficientes. La reacción es de primer orden y. la oxidación es eficiente a valores de pH muy ácidos y es poco efectiva a valores de pH moderadamente ácidos. Se presentan algunas dificultades en el manejo de este compuesto debido a que además de ser gaseoso. la descloración. La reacción es rápida. no es costosa energéticamente y los costos de operación y mantenimiento son relativamente bajos. de los contaminantes del suelo. situación en la cual los reactivos se aplican mediante inyección. 256 . Deshalogenación Se aplica para separar los halógenos. o más usualmente. La reacción es exotérmica y produce una elevación del pH a valores entre 9 y 11 que resulta en la deshalogenación. disminuyendo de esta forma su peligrosidad. Ca(OH)2 y NaOH. Estas técnicas de transformación química se pueden realizar in situ. Esta reacción se utiliza de manera especial para bifenilos policlorados. que facilita la Contenido didáctico del curso Química Ambiental reinyección del compuesto y favorece un mayor contacto entre el oxidante y los compuestos contaminantes. dioxinas y una gran variedad de pesticidas. se diseña un sistema cerrado. Los reactivos más utilizados son los siguientes:  Compuestos básicos. como CaO. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los oxidantes se adicionan al suelo mediante pozos ubicados a diferentes profundidades.  APEG (glicolato polietilénico): este reactivo comprende un hidróxido de metales alcalinos y un glicol polietilénico. También se pueden realizar ex situ y comprende las operaciones que se presentan en la Figura 35. La base puede ser de sodio o de potasio. La eficacia del tratamiento disminuye en suelos con altos contenidos de humedad.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Técnica de deshalogenación de contaminantes del suelo. 2. arcillas o materia orgánica. Durante la reacción el hidróxido reacciona con el halógeno formando una sal que no es tóxica y el glicol polietilénico pasa a ocupar el lugar del halógeno en la molécula del contaminante. haciéndolo así menos peligroso. generalmente. siendo la de potasio la de mayor utilización. especialmente el cloro. Técnica de deshalogenación de contaminantes del suelo50 3. Otras reacciones Además de las reacciones consideradas anteriormente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. otras tienen lugar en combinación con técnicas de tratamiento de suelos contaminados. 50 Elaborada por la autora del módulo. 257 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 35. como las siguientes:  Reacciones de complejación: en la técnica de lavado para la extracción de metales pesados. El principio de estas técnicas se basa en la actividad de diversos microorganismos. a) Establezca la reacción respectiva. como por ejemplo virutas de hierro mezcladas con material de relleno. ¿qué información le da respecto a la efectividad del tratamiento? ¡Discuta su respuesta con el tutor! Lección 25: Tratamientos por transformación biológica PALABRAS anaerobias CLAVE: biorremediación. degradan estos compuestos. los cuales metabolizan los compuestos orgánicos presentes en el suelo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Reacciones de precipitación: en la técnica de estabilización de metales pesados. Se utiliza como reactivo una solución de Na(OH). En estas barreras se colocan compuestos reductores. ACTIVIDAD # 14: Considere un suelo contaminado con Cd2+ al cual se decide aplicarle un tratamiento de contención. mediante la técnica de estabilización. 5.9 x 10-15.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tienen como finalidad coadyuvar en los procesos de biodegradación aeróbica o anaeróbica que se presenta como un fenómeno natural en los suelos. Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Reacciones de reducción: en la técnica de barreras activas utilizadas para la extracción del cloro presente en compuestos organoclorados. 1. Estimulación 258 . es decir. condiciones aerobias. condiciones Las técnicas mediante transformación biológica se conocen también como técnicas de biorremediación. b) La Ksp del hidróxido de cadmio. pero puede favorecer las reacciones de oxidación-reducción que los pueden estabilizar por adsorción o bioacumulación. Ventilación Esta técnica se usa en las zonas no saturadas del suelo contaminado. se requiere también una temperatura mayor de 15°C. Esta técnica no elimina los metales pesados. particularmente fósforo y nitrógeno. usualmente son más tóxicos que los iniciales. por esto en suelos contaminados. usualmente se utilizan mecanismos para aumentar la temperatura del suelo. H2O y una nueva biomasa celular. localizados en clima frío. que contiene nutrientes. hasta convertirlos en CO2. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Esta técnica tiene como finalidad favorecer las condiciones que facilitan la biodegradación natural. ¡Discuta su respuesta con el tutor! 2. la técnica responde a procesos de la siguiente naturaleza:  Aerobia: la técnica se aplica a través de pozos en los que se introduce una solución acuosa. microorganismos (opcionalmente) y una fuente de oxígeno.  Anaerobia: la técnica busca crear condiciones aerobias. Uso de geomembranas 259 . debido a que en ausencia de oxígeno los contaminantes son degradados a compuestos intermedios o finales que. como el peróxido de hidrógeno. a un valor de pH apropiado (5-9). Para que los microorganismos degraden los contaminantes orgánicos. mediante la aplicación de caudales bajos de aire que apoyan la actividad microbiana sobre hidrocarburos derivados del petróleo y algunos pesticidas. ACTIVIDAD # 15: Investigue las condiciones y productos del metabolismo de microorganismos que actúan sobre contaminantes presentes en el suelo. proporcionando principalmente nutrientes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 3. a los suelos contaminados con compuestos orgánicos. como la ubicación de mantas de calor que cubren la superficie del suelo. Teniendo en cuenta las condiciones naturales en que ocurre la biodegradación. adsorbidos por el complejo coloidal del suelo. ambos. nuevos Contenido didáctico odel curso Química Ambiental microorganismos. voltear periódicamente el suelo y mantener el pH en valores cercanos a la neutralidad. aireación y pH. de esta manera se aprovecha la actividad de los microorganismos presentes en la capa de suelo que permanece. El terreno o la pileta deben contar. Se utilizan cuando los contaminantes del suelo son muy volátiles o se requiere que la biodegradación tome un tiempo muy corto. Esta técnica no es muy recomendada. con anillos en la estructura o contienen cloro. sino que se deja una capa sobre la cual se coloca una nueva cantidad de suelo contaminado. donde la descontaminación se lleva a cabo por la acción de los microorganismos presentes en el suelo. Las masas de suelo descontaminadas se retiran y se pueden devolver a su lugar de origen. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Esta técnica se realiza ex situ. como son: contenido de humedad. Para hacer el proceso más eficiente. La masa de suelo a tratar se acomoda de manera que alcance alrededor de 50 cm de espesor. por su baja eficiencia. Las principales diferencias con respecto a la técnica descrita anteriormente son las siguientes: además del sistema de recolección de efluentes. conectadas con un generador de vacío o de presión negativa que obliga el paso del oxígeno atmosférico a través de la 260 . Esta técnica tiene la ventaja de que permite controlar las condiciones requeridas para la biodegradación de los compuestos contaminantes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. por lo cual se realiza le excavación del suelo contaminado. 4. con un sistema de drenaje para recolectar los efluentes. no se retira toda la masa de suelo tratado. Opcionalmente se pueden aplicar nutrientes e inocular microorganismos. también. cuando los contaminantes corresponden a hidrocarburos muy pesados. los cuales generalmente se someten a tratamiento especial. posee un sistema de aireación constituido por tuberías de PVC. Biopilas Esta técnica también se realiza ex situ y las características de diseño y operación son muy similares a la técnica de utilización de geomembranas. cuya masa se transporta y se coloca sobre una geomembrana Contenido didáctico del curso Química Ambiental (material geosintético utilizado como impermeabilizante) ubicada sobre la superficie de un terreno que puede ser cercano a la zona contaminada o en una pileta perforada para tal fin. Las operaciones para el mantenimiento de las condiciones consisten en aplicar riego. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental pila de suelo contaminado. En esta técnica se debe llevar un control de las variables temperatura. humedad. ACTIVIDAD # 16: Investigue sobre otras técnicas de biorremediación de suelos contaminados como son el compostaje. la parte Contenidode didáctico curso cubierta Química Ambiental superior la piladelestá por plásticos impermeables.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. para impedir la volatilización de los compuestos orgánicos. Para cada una establezca el principio. la masa de suelo que se va a someter a tratamiento puede alcanzar dos metros de altura hasta un máximo de tres metros. ¡Discuta su respuesta con el tutor! 261 . las ventajas y las limitaciones. la incineración y la fitorremediación. pH y cantidad de nutrientes. 3) Respecto a la técnica de vitrificación establezca: a. Para cada caso explique la naturaleza del proceso y el procedimiento general que se aplica en la técnica. b. Justifique su respuesta. determine los reactivos que se deben usar y el tipo de compuesto químico que se forma para la eliminación del contaminante. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Y EJERCICIOS Contenido didáctico del cursoPREGUNTAS Química Ambiental 1) ¿Qué tipo de información se debe recolectar previamente a la etapa de selección de una técnica de tratamiento de un suelo contaminado? Justifique su respuesta.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 2) Se determinó la presencia del siguiente tipo de contaminantes en un suelo: metales pesados. se basa en la modificación de la solubilidad del contaminante (principalmente metales pesados)? Teniendo en cuenta la influencia del pH del suelo. Factores o condiciones del suelo que afectan la efectividad del tratamiento. 5) En la técnica de enjuague ¿cuáles son las soluciones más utilizadas? Relacione cada solución con el tipo de contaminante para el cual es más efectiva y establezca la diferencia con la técnica de lavado 7) Respecto a la técnica de electroósmosis establezca: 262 . Tiempo corto a cualquier costo ambiental y energético. c. A valores de pH en el rango básico b. 4) ¿Qué tipo de técnica utilizada para el tratamiento de suelos contaminados. pesticidas y compuestos orgánicos volátiles. c. A valores de pH en el rango de moderadamente ácido a moderadamente básico. Rango amplio de pH desde ácido hasta básico. en los siguientes casos: a. Tipo de contaminantes para los que se utiliza comúnmente. Seleccione el proceso y técnica que utilizaría para tratar cada tipo de contaminante por separado de manera que se cumplan los siguientes criterios: a. b. Impacto ambiental y consumo energético bajos. a) Establezca la reacción respectiva. 8) Considere un suelo contaminado con Pb2+ al cual se decide aplicarle un tratamiento de contención. b) La Ksp del yoduro de plomo. b.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental a. El compartimento enQuímica el que Ambiental se recolectan los contaminantes. Contenido didáctico del curso c.1 x 10-9. La forma en que se afecta la efectividad de la extracción y la solución a esta dificultad. Se utiliza como reactivo una solución de NaI. 7. El tipo de proceso al que pertenece y la correspondiente finalidad. mediante la técnica de estabilización. 263 . ¿qué información le da respecto a la efectividad del tratamiento? 10) Establezca el principio de las técnicas de biorremediación y describa las características de las técnicas de estimulación y de biopilas. En el capítulo 4. Lo anterior permitirá la selección apropiada de los tipos de muestreo y la aplicación de criterios técnicos de muestreo. con la profundidad (horizontes) y a través del tiempo. Otra fuente de variabilidad. redes de muestreo. manipulación y conservación de las muestras. 264 . mineralógicas y biológicas. variabilidad inducida. Para minimizar al máximo esta fuente de error se deben manejar con claridad las causas de variabilidad de los suelos y la finalidad de los análisis que se realizan en el laboratorio. el laboreo. se estableció que el suelo es un cuerpo natural que ocupa un volumen y que es el producto de la acción de diferentes factores y procesos de formación que actúan a escala temporal y espacial. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental CAPITULO 6: MUESTREO DE SUELOS Contenido didáctico del curso Química Ambiental Introducción El muestreo es la fuente de error más importante en el uso e interpretación de los resultados de análisis de suelos. es la adquirida o inducida por el uso y el manejo a que se somete el suelo como. lección 16. el tipo de producción histórica de cultivos. mapas de suelos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. en su superficie o mediante excavaciones. requeridos para lograr el trabajo en el laboratorio sobre una muestra representativa del suelo bajo estudio Lección 26: Variabilidad de los suelos PALABRAS CLAVE: variabilidad natural. La variabilidad se presenta en forma lateral. químicas. geostadística. Las condiciones anteriores determinan una gran variabilidad que es de origen natural o inherente al suelo y se manifiesta directamente en la heterogeneidad de las propiedades físicas. que se suma a la anterior. la aplicación de agroquímicos o el depósito de lodos y residuos de origen doméstico o industrial. por ejemplo. C. su peligrosidad actual y potencial. por tanto. Pedology as a science: the role of data. 419 265 . se facilita la predicción de su comportamiento y. mediante el análisis de las posibles interacciones con la fase sólida. Los resultados obtenidos al aplicar técnicas geostadísticas se han utilizado para elaborar mapas de suelos. Por ejemplo: se tiene el siguiente segmento de un mapa de algunas propiedades químicas del suelo con tres áreas individuales. los cuales representan una ayuda para diseñar redes de muestreo en estudios de contaminación. en que el suelo dentro de un área espacial definida se puede considerar homogéneo y. 51 DIJKERMAN. J. de sus propiedades. La importancia de las redes de muestreo basadas en este tipo de mapas consiste. Las delineaciones o áreas individuales hechas en un mapa e identificadas con un mismo símbolo corresponden a una unidad de suelo con factores y procesos de formación similares. 1995. porque su variación sobre la superficie de la tierra está gobernada por la interacción de muchas escalas espaciales”51. 2 y 3. por una parte. p. Suelos de Colombia: IGAC. por otra. en que una vez muestreados. citado por MALAGÓN.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental LoContenido anteriordidáctico indica del que lasQuímica “propiedades curso Ambiental cuantitativas del suelo no pueden ser tratadas como simples variables estocásticas. para lo cual se han aplicado criterios estadísticos clásicos y de geostadística. Dimas et al. identificados y cuantificados los contaminantes en una zona determinada. por tanto. en donde la distribución de horizontes y las propiedades también son semejantes. Se han adelantado numerosos trabajos de investigación enfocados hacia la variabilidad de los suelos y. models and theories in the study of natural soils systems. identificadas con los números 1. líquida y gaseosa del suelo. Ni. Mn. los carbonatos de calcio con: V. Pb. En general los cationes de metales pesados tienen mayor movilidad bajo condiciones ácidas y el aumento del pH por encalado usualmente reduce su disponibilidad. Mn. 2. Zn. Diferentes mecanismos están involucrados en la adsorción.5 y buena aireación del suelo. Cu. Respecto al comportamiento de los metales pesados en el suelo se sabe: 1. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental 1 3 2 La información que acompaña el mapa establece para cada área lo siguiente: Área 1: Suelos con presencia de carbonatos de calcio. tales como el intercambio catiónico y los fenómenos de co-precipitación. Según el tipo de mineral presente en el suelo se favorece la co-precipitación de metales traza. sobre la fase sólida del suelo. Por ejemplo: los óxidos de hierro co-precipitan principalmente con: V. Área 2: Suelos arcillosos con presencia de óxidos de hierro e inundados y pH = 4 Área 3: Suelos con CIC alta debido a la presencia de materia orgánica. Co. 266 . pH = 8. presentes en la fase líquida. Fe. Ni.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 4. Zn. Co y Cd. Mo.8 Se realizó un muestreo en las tres áreas y se encontró la presencia de Cd en cada una de ellas. pH = 6. los óxidos de manganeso con: Fe. Los procesos químicos más importantes que afectan el comportamiento y la biodisponibilidad de metales son los relacionados con la adsorción de estos. 3. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Toma de muestras de suelo para determinar contaminación. Gestión ambiental. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 5. 1994. La exactitud se refiere aquí a la cercanía del valor del parámetro analizado respecto al promedio correspondiente al área homogénea del suelo en estudio. Bogotá. En el área 3: Disponibilidad y movilidad reducidas del metal por la CIC alta y pH con valor cercano a la neutralidad. 8 p. En el área 2: Se favorece una mayor disponibilidad y movilidad del metal debido a una disminución de la CIC del suelo que se presenta a valores bajos de pH. y la precisión indica la reproducibilidad de los resultados. las condiciones reductoras presentes por la inundación del suelo. con el fin de obtener muestras que permitan exactitud y precisión en la determinación de los parámetros en estudio. muestreos sistemáticos. Contenido didáctico del Química Ambiental La aparición decurso condiciones reductoras causa la disolución de los óxidos. como en la capacidad de adsorción del suelo. 52 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. ICONTEC. en la norma técnica colombiana NTC 365652. Además. muestreos no sistemáticos. Suelo. Lección 27: Tipos de muestreo PALABRAS CLAVE: unidad de muestreo. Es evidente. causan la disolución de los óxidos y con esto se produce la liberación de los iones del metal que pudieran estar adsorbidos sobre ellos. muestra compuesta. Con base en la información anterior se puede esperar el siguiente comportamiento del cadmio: En el área 1: Baja biodisponibilidad y movilidad del metal a través del perfil del suelo favorecida por el pH alto y la co-precipitación con el carbonato de calcio. que cualquier plan de muestreo debe establecer y delimitar la variabilidad inherente y la inducida del suelo. Los criterios expuestos a continuación se basan. en gran parte. entonces. Las condiciones de oxidación-reducción influyen tanto en la cantidad de óxidos hidratados presentes. muestra simple. 267 . por parte de profesionales capacitados en el tema. en donde la distribución de horizontes y las propiedades también son similares. Además de las unidades de muestreo. Proporciona información puntual respecto a los parámetros que se analicen.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. las unidades se establecen en el terreno mediante observación y aplicación de criterios derivados del conocimiento del terreno. Los muestreos de trazado más utilizados son en forma de N.  Muestra compuesta: corresponde a la mezcla de varias muestras simples que se toman al azar y deben cumplir con los siguientes requisitos: a) cada muestra simple debe tener el mismo volumen y representar la misma sección transversal del volumen total y b) el número de muestras simples debe ser el suficiente para que represente todo el volumen que se quiere analizar. Se subdividen en muestreo de trazado y muestreo en zig-zag. Unidad natural de muestreo: es una unidad de suelo con factores y procesos de formación similares. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Para evaluar el grado de contaminación de un suelo existen diferentes patrones de muestreo. Cuando no se cuenta con los mapas de suelos. W y X 268 . S. Unidad práctica de muestreo: corresponde a toda o una parte de una unidad natural. en donde el número de muestras compuestas que se colectan depende del tipo de contaminante. los patrones de muestreo contemplan dos clases principales de muestras:  Muestra simple: corresponde a una muestra individual de un volumen determinado de suelo. Los tipos de muestreo son de dos clases principales: irregulares y regulares Los muestreos irregulares se conocen también como no sistemáticos y se realizan en la unidad natural o en la unidad práctica de muestreo. los cuales se aplican en las unidades de muestreo que son de dos tipos Contenido didáctico del curso Química Ambiental principales: 1. 2. Corresponde a las áreas delineadas en los mapas de suelos antes mencionados. Los muestreos en zig-zag deben atravesar toda el área bajo estudio. Los muestreos no sistemáticos no se recomiendan cuando se busca determinar la localización de la contaminación. Este patrón de muestreo suministra observaciones igualmente separadas que son convenientes para aplicaciones estadísticas y de computación. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental La distancia entre puntos de muestreo sobre cada diagonal debe ser la misma. Así mismo. Este patrón de muestreo es el más utilizado para determinar la contaminación del suelo. El tipo de muestra que se obtiene y analiza es simple. La dimensión de la cuadrícula puede variarse de acuerdo con el detalle requerido y los puntos de muestreo también se pueden localizar en las intersecciones de las líneas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. con sistemas de simulación tridimensional manual o digitalizado cada sitio de muestreo puede ser georeferenciado. Los muestreos regulares se conocen también como sistemáticos o de rejillas regulares. 269 . en el sentido que debe reflejar las similitudes y diferencias encontradas en la realidad seleccionada para estudio y ejemplificar sus características. marcar la localización de los puntos de muestreo. naturaleza del contaminante. Seleccionar y aplicar el tipo de muestreo que se ajuste al propósito del estudio.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Antes de iniciar la toma de las muestras. en segundo. para definir el tipo de análisis y los indicadores que se van a evaluar. número de sitios. 4. tomar las medidas de seguridad necesarias para proteger a la persona que va a realizar el muestreo y. El concepto de representatividad de la muestra es el mismo aplicado en el muestreo de aguas. 3. de la unidad natural o unidad práctica contaminada. en los diferentes sitios de muestreo. 5. es indispensable tomar muestras testigo. Profundidad del muestreo: en general. el punto central es obtener una muestra representativa de la unidad de muestreo. de sectores contiguos no afectados. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección Criterios técnicos para el muestreo Contenido28: didáctico del curso Química Ambiental PALABRAS CLAVE: representatividad de la muestra. En el muestreo del suelo. La aplicación de los criterios técnicos establecidos para el muestreo permite garantizar la representatividad e integridad de la muestra. Los diversos criterios técnicos para la realización del muestreo se encuentran incorporados en los siguientes aspectos principales: 1. muestra testigo. en primer lugar. Determinar y especificar el tipo de contaminante que se va a evaluar para. 2. teniendo cuidado de que no se mezclen materiales de las diferentes capas. esto es. profundidad de muestreo. Con el objeto de establecer el grado de contaminación. 6. 270 . número y cantidad de muestra. de los sitios contaminados se deben tomar muestras horizonte por horizonte teniendo en cuenta los siguientes aspectos: a) Los horizontes se deben muestrear independientemente cada uno de ellos. Separar y delinear las unidades de muestreo del área afectada. el espesor de los horizontes y las profundidades a las cuales se han obtenido las muestras. se recomienda tomar muestras a profundidades previamente establecidas. Toma de muestras de suelo para determinar contaminación. Gestión ambiental. con el fin de definir las profundidades a muestrear. d) Para el caso específico de contaminantes solubles en agua y por tanto muy móviles dentro del suelo. pecuarias y/o forestales Áreas de influencia industrial (urbanas y rurales) TAMAÑO # DE SITIOS 4 ha 50 225 m2 16 8. debe considerarse la textura. 7. así54: 53 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental b) Registrar la profundidad total alcanzada. p. anotando en forma separada el espesor del horizonte de humus. 1994. la velocidad de infiltración. c) Cuando no se percibe en campo la profundidad a la que ha penetrado el contaminante o cuando el suelo no presente diferenciación de horizontes. los cuales pueden tomarse como guía y adaptarse a cada estudio en particular: TIPO DE UNIDAD DE MUESTREO53 Áreas agrícolas. 7 54 Ibíd. Número de sitios: debe ser suficiente para que la muestra sea representativa de las variaciones presentes en cada unidad de muestreo. si es el caso. Suelo. Número de muestras: depende del tamaño de la unidad natural o unidad práctica de muestreo. la conductividad hidráulica y la profundidad en que aparece el nivel freático. La EPA propone los siguientes criterios. e) En el sistema de muestreo de los sectores testigo se deberán contemplar las profundidades que se establecieron en el área contaminada.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 271 . Bogotá : ICONTEC. Estos datos se Contenido didáctico del curso Ambiental deben registrar en Química centímetros o metros por debajo de la superficie del suelo. Se recomiendan las siguientes cantidades: a) Para suelos arenosos y arcillosos: entre 500 y 1000 g. Para el muestreo del suelo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tamaño de las muestras: el volumen de muestra depende del tipo de suelo a muestrear. barrenos. nevera tipo picnic. bolsas plásticas. todos los elementos utilizados deben estar limpios. Durante todo el muestreo se debe recolectar el mismo volumen de suelo. se debe emplear la siguiente ecuación: n = 1 + (A)1/2. 9. formatos y tarjetas de identificación. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental ÁREA (A) (hectáreas) NÚMERO DE MUESTRAS COMPUESTAS (n) Contenido didáctico del curso Química Ambiental 0a2 1 >2a5 2 > 5 a 10 3 > 10 a15 4 > 15 a 20 5 > 20 a 30 6 Para tamaños superiores a los indicados en la tabla. 1) Pala cavadora: el uso de palas es recomendable para muestras que se tomen a una profundidad aproximada de 25 cm. Lección 29: Equipos y materiales para el muestreo PALABRAS CLAVE: pala cavadora. principalmente): entre 300 y 500 g. 272 . b) Para suelos con horizontes orgánicos (suelos forestales. Cada muestra compuesta debe obtenerse a partir de por lo menos 3 muestras simples o submuestras. y en la práctica se determina en peso de la muestra. balde. c) Para suelos con fracciones en aumento de grava y piedra: mínimo 1000 g. compactados o pedregosos.  Holandés: apropiados para muestreos de suelos a profundidades de hasta 1. mezclados con grava fina y saturados o secos. Si se trata de una muestra individual se empaca en bolsas plásticas y se rotula.  De taladro: apropiados para muestreos de suelos arcillosos. para suelos pesados. 2) Barrenos: Estas herramientas son las más utilizadas porque se pueden utilizar a diferentes profundidades de muestreo. b) suelos pedregosos.  Shelby (de pared delgada): apropiados para muestreos de suelos suaves (arenas) y duros (gravas) a profundidades desde 0 cm hasta el lecho de la roca. para atravesar horizontes muy duros y d) captura piedras. c) espiral.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Las muestras se obtienen en volúmenes uniformes y a la misma profundidad. si la muestra hace parte de una muestra compuesta se deposita en un recipiente dispuesto para la mezcla y homogenización de las diferentes muestras.5 m. En la Figura 36 se presentan diferentes tipos de puntas para barrenos desarmables: de izquierda a derecha: a) Riverside. Existen varios tipos de barrenos:  De sonda o tubo: apropiados para muestreos superficiales de suelos suaves. 273 . con alto contenido de grava. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental La muestra obtenida con la pala se manipula de la siguiente manera: se elimina el suelo contenido en los bordes alrededor de la pala (franja de alrededor de 5 cm Contenidodese didáctico del curso Química medidos el borde hacia el Ambiental interior de la pala) y se utiliza la muestra que queda en el centro de la pala. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 4) Bolsas plásticas (polietileno): se utilizan para empacar las muestras.ar/producto/muestreo-de-suelos/barrenos 274 .com. las cuales finalmente se mezclan y homogenizan. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 36. Se debe revisar el contenido de PBC (bifenil policlorados) que puede incidir en la presencia de sustancias contaminantes. Puntas para barreno55 3) Balde: se utiliza para depositar submuestras o muestras individuales que forman parte de una muestra compuesta. 5) Neveras tipo picnic: se utilizan para congelar o refrigerar las muestras con hielo seco. 55 Tomado de: http://www.interfasetres. cuando la naturaleza del contaminante y el tipo de análisis a realizar así lo requieran. Deben contener la siguiente información: fecha de muestreo. régimen de lluvias. nombre y profesión de la persona que Contenido didáctico dellocalización curso Químicageográfica Ambiental de la zona de muestreo. nomenclatura de los horizontes y observaciones generales. localización geográfica. presentación de un mapa o esquema de la zona muestreada. profundidad de muestreo. Las etapas características del proceso de muestreo con los equipos y materiales requeridos se presentan en la Figura 37. profundidad del muestreo. tipo de contaminante. presencia del nivel freático (profundidad en centímetros). nombre y/o código de la muestra y análisis solicitados. tipo de análisis solicitados. del área afectada. descripción realiza el muestreo. 275 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 6) Formatos de recolección de la información de muestreo: deben incluir la siguiente información: fecha de muestreo. 7) Tarjetas de identificación: se utilizan para identificar cada muestra claramente. Se deben proteger con plástico para evitar el deterioro y pérdida de la información. relación de las muestras recolectadas. uso actual del área. (2) Delimitación de las unidades de muestreo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 37. (5) Toma de muestra con pala y eliminación de parte de la muestra ubicada en los bordes de la pala. 56 Ibíd. p.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. (3) Equipos y materiales.. Esquema general del proceso de muestreo de suelos56: (1) Limpieza de la superficie del suelo. (7) Empaque y rotulación de las muestras. 8: il. (6) Obtención de una muestra compuesta a partir de la mezcla y homogenización de muestras individuales. (4) Aplicación del tipo de muestreo. 276 . CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO (PW) El agua eliminada a 105°C tiene relación con el agua móvil o no ligada y de ninguna manera puede reportarse como equivalente a la humedad correspondiente a capacidad de campo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Se determina a 105°C. el secado del material en estufa a 105°C DETERMINACIÓN ANALÍTICA Se utilizan las operaciones de secado y pesada. la fertilidad química y las sustancias contaminantes presentes en un determinado tipo de suelo. Se expresa en porcentaje 277 . previo secado del suelo al aire (máximo 40°C). esto es. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección Parámetros de análisis Contenido30: didáctico del cursoquímicos Química Ambiental PALABRAS CLAVE: caracterización del suelo Los resultados del estudio de los parámetros químicos conforman una parte importante de la información requerida para determinar los elementos constituyentes. IMPORTANCIA La determinación del PW se hace con el fin de relacionar los resultados de las determinaciones de otros parámetros del suelo a una base común. ni al agua combinada. Análisis químicos de caracterización para la interpretación de la calidad de los suelos PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN Es una de las propiedades menos constantes del suelo. pH La reacción del suelo se mide por la actividad de los iones hidrógeno expresada en términos de pH. El método electrométrico que es el más utilizado se basa en la medición de un potencial de un electrodo sensible al ión hidrógeno en relación con un electrodo de referencia.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Este método es de variables físico aproximado ya que en químicas. Los cationes intercambiables se reemplazan por amonio. sesquióxidos. bario. El método colorimétrico se utiliza únicamente en El pH es uno de campo y se basa en el los parámetros cambio de color más usados producido por la debido a que se actividad del ión relaciona e influye hidrógeno con un en el indicador del tipo ácidocomportamiento base. la cual influye en aspectos tales como la disponibilidad de los nutrientes y la actividad de los microorganismos. calcio o sodio y el catión adsorbido 278 . CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO (CIC). Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se utilizan métodos colorimétricos y electrométricos para medir el pH de los suelos. Los intercambiables son los que se pueden reemplazar por medio de soluciones de sales neutras que Probablemente la propiedad más importante y distintiva de los suelos consiste en que éstos pueden retener iones y liberarlos lentamente a la solución del suelo Los métodos utilizados pueden agruparse de la siguiente manera: 1. intercambiable y soluble. La presencia de los cationes se ubica en tres categorías: fase sólida. muchos casos se biológicas y enmascara el color mineralógicas debido a la presencia de fundamentales materia orgánica y/o del suelo. en los cuales la CIC no se determina directamente. 3. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental fluyen a través del suelo. Utilización de ácidos diluidos y titulación del hidrógeno y el aluminio que saturan el material de intercambio. hasta pH 7. Los cationes intercambiables son retenidos en la superficie de minerales del suelo y dentro del enrejado cristalino de algunos minerales o por algunos compuestos orgánicos. El orden de magnitud de la CIC para un mismo suelo depende del método utilizado para su determinación. pero pueden ser reversiblemente reemplazados por aquellos de soluciones salinas y ácidas. más el aluminio e hidrógeno de cambio. Los solubles se remueven con sólo agua.5. el catión utilizado para reemplazar los cationes intercambiables del suelo) se cuantifica posteriormente mediante titulación ácidobase. con una base. Mg++. (esto es. Operacionales. y a las plantas. 2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. cuando se reportan los valores es de gran importancia 279 . sino por la suma de bases intercambiables (Ca++. La suma de estos cationes se define como Capacidad de Intercambio Catiónico. Na+ . K+ ). por lo tanto.0 u 8. o por absorción atómica técnica de llama. de amonio. fundamentan en el especialmente desplazamiento de las calcio. calidad del suelo como acetato o cloruro para uso agrícola. acetato o cloruro de sodio o Los suelos fértiles cloruro de bario.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Las principales bases intercambiables son calcio. en relación con un uso agrícola. Ca y Mg mediante titulaciones complexométricas con indicador. magnesio bases adsorbidas sobre y potasio. presentan altos contenidos de Una vez extraídas las calcio y bases se cuantifican de magnesio. Na y K por emisión de llama. se el complejo de cambio utiliza como uno del suelo. mediante el de los criterios uso de soluciones para determinar la concentradas de sales. magnesio. Los métodos utilizados en la determinación de El contenido de las bases bases intercambiables se intercambiables. potasio y sodio. Se expresa en cmol (+) / kg suelo Las bases intercambiables están constituidas por metales alcalinos o alcalinotérreos unidos BASES a la arcilla y a los INTERCAMBIABLES constituyentes orgánicos de los suelos. Los resultados para cada base se expresan 280 . la siguiente manera: Una saturación de bases menor del 35% se considera baja y el correspondiente suelo se clasifica como de baja calidad. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental especificar el método utilizado en términos de pH de la solución reemplazante y la clase de sal empleada. es decir. Únicamente contempla la dispersión de las partículas en una solución acuosa mediante la presencia de una sal o mezcla de varias sales de sodio. CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA TEXTURA DEL SUELO Una solución electrolítica permite el paso de la corriente por la migración de los iones bajo la influencia de un gradiente de potencial. La textura se refiere específicamente a las proporciones relativas de las partículas de arena. Estos instrumentos constan básicamente de dos placas de un material como el platino a las que se aplica una diferencia de potencial. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental en cmol (+) / kg suelo La conductividad eléctrica en medios líquidos corresponde a su capacidad para transportar corriente eléctrica. mS/cm ó µS/cm En la caracterización básica del suelo se utiliza el método de Bouyoucos modificado que no emplea técnicas específicas por tipo de agente cementante. sirve como un estimativo del contenido de sales solubles en el suelo. su movimiento a través del perfil y la facilidad de abastecimiento de nutrientes y de aire. > 8 mS/cm fuertemente salinos y >16 mS/cm muy fuertemente salinos. La 281 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Los conductímetros miden una conductividad específica resultante de la conductividad medida multiplicada por la constante de la celda del instrumento. Los valores se expresan en dS/ m. limo y arcilla en la fracción fina. La textura es importante porque se relaciona con la cantidad de agua que puede almacenar un suelo. Se utiliza para indicar la concentración total de especies químicas iónicas presentes en la solución del suelo. Valores > 4 mS/cm indican suelos moderadamente salinos. todo esto de gran importancia La medición de la conductividad eléctrica se realiza mediante el uso de conductímetros. es decir tamizado a través de una malla con diámetro igual a 2mm. Esto es posible debido a que la profundidad del centro de flotación del hidrómetro varía con la densidad de la suspensión. para las plantas. se considera un método en la taxonomía y semicuantitativo. generalmente Se requiere agua. en la para la separación de las conservación de partículas se basa en la los suelos y en el relación entre su tamaño manejo de las y la velocidad con que cuencas caen a través de una columna de líquido hidrográficas. Se debe tener cuidado especial en controlar todos los parámetros que influyen en la velocidad de 282 . en la Después de la dispersión clasificación de se pueden diferenciar las las tierras con partículas por tamaño. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental efectividad de los agentes dispersantes Esta propiedad es depende de la adsorción también del sodio en los sitios de importante en la intercambio y de la determinación de neutralización de las la movilidad de propiedades coagulantes sustancias del calcio. fines de riego y La técnica más usada drenaje. viscoso. Por lo anterior contaminantes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. el mapeo de los suelos. partículas para determinar la El método consiste en determinar la cantidad clase textural. La distribución de conocer la las partículas por tamaño distribución por se basa en el diámetro tamaño de que presenten. de sólidos en suspensión por medio del hidrómetro. basados en el proceso de combustión (oxidación seca). La distribución de las partículas se expresa en porcentaje La cuantificación del carbono orgánico permite obtener un estimativo de la cantidad de materia orgánica presente en un suelo. CARBONO ORGÁNICO Esta información es importante para calificar un El carbono es el componente principal suelo debido a de la materia orgánica que la materia orgánica tiene que puede numerosas determinarse funciones: cuantitativamente. en los cuales el contenido de carbono se mide cuantitativamente por el CO2 desprendido y métodos indirectos o de oxidación húmeda. se realiza la adición subsecuente de ácido sulfúrico concentrado para elevar la temperatura a aproximadamente 120°C. después de la adición de la solución de dicromato de potasio a la muestra de suelo. especialmente la temperatura a la cual se realiza el proceso. Así se logra una eficiencia de la oxidación 283 . donde el contenido de carbono se mide por titulación del ión dicromato no reducido. mejora las propiedades físicas y contribuye en la CIC que es una propiedad química de primer Los métodos para estimar el contenido de carbono de los suelos son de dos tipos: métodos directos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental sedimentación. basados en la reducción del ión dicromato.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. determina la actividad biológica en el suelo. Para el método de oxidación húmeda. proporciona elementos necesarios para la nutrición de las plantas. La solución más comúnmente utilizada es el KCl. en el extracto.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. La acidez intercambiable se restringe a los suelos con un pH igual o inferior a 5. de cerca del 84% de C presente. ACIDEZ INTERCAMBIABLE Está constituida principalmente por aluminio monomérico y por pequeñas cantidades de hidrógeno de intercambio. alta concentración del ión desplazante y conservación del aluminio en forma soluble.724 (factor de Van Bemmelen) obtenido en el supuesto de que la materia orgánica del suelo contiene un 58% de carbono. multiplicando el porcentaje de carbono por el factor 1. La solución salina utilizada debe cumplir dos requisitos fundamentales. Se define como la parte de la acidez del suelo que se remplaza con una solución de sal neutra no amortiguada. 1 N. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental orden.5 y se constituye en la base para determinar los requerimientos de encalado. La determinación consiste en una extracción con sal neutra no amortiguada y la posterior titulación. de la acidez total. El contenido de C orgánico se expresa en porcentaje del elemento en suelo seco en la estufa a 105°C. También tiene funciones ambientales. como son la captura de carbono y la calidad del aire. dentro del minuto siguiente a la adición. Por este mismo método es 284 . También puede expresarse como materia orgánica del suelo. y resinas de intercambio aniónico. por lo cual es apropiado para extractos de suelo que contienen pequeñas cantidades de fósforo. Las determinaciones del fósforo en el suelo tienen dos etapas distintas. La solubilidad de las diferentes formas El contenido se utiliza como uno de los criterios para determinar la calidad del suelo para uso agrícola. soluciones de sales débilmente ácidas amortiguadas. La concentración en la solución del suelo refleja la cantidad de las formas solubles de fósforo presentes. soluciones alcalinas. Si el contenido de materia orgánica es bajo. para obtener una solución que contenga la forma de fósforo del suelo que se quiere evaluar y. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental posible diferenciar entre aluminio e hidrógeno intercambiables. la determinación cuantitativa del fósforo en dicha solución. en compuestos inorgánicos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. aproximadamente el 90% del total del fósforo se presenta en forma inorgánica. El fósforo en el suelo se puede encontrar en la materia orgánica (incluyendo los microorganismos). soluciones que contienen fluoruro. agua. adsorbido por minerales de arcilla y en la solución del suelo. Algunos de los métodos para la extracción son: soluciones extractoras ácidas no amortiguadas. Para la cuantificación se utiliza la colorimetría con base en la formación de azul de molibdeno. la segunda. Es un método de cuantificación muy sensible. La primera. la clase de mineral de arcilla y el tipo de compuestos inorgánicos de fósforo. en la cual la cantidad presente es muy pequeña. FÓSFORO DISPONIBLE La cantidad de fósforo presente en estas formas depende del contenido de materia orgánica. Valores de concentración < 30 ppm indican contenidos bajos que pueden afectar la nutrición de las plantas. es la extracción. El método se basa en la formación de 285 . Cu. un complejo de fosfomolibdato. con respecto a la cual se pueden evaluar los cambios Existen diversos métodos cuya selección para una aplicación particular debe tener en cuenta factores como la sensibilidad. azul de molibdeno. Co. Ni. la presencia de arseniatos. La determinación de los metales pesados se realiza por diversas razones. Los métodos son los mismos enumerados en el capítulo 3 para las aguas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental inorgánicas de fósforo depende del pH. La intensidad del color azul varía con la concentración de P. Mo. difiere el tratamiento preliminar de las muestras: Espectrometría de absorción atómica con técnica de llama. pero la mayor fuente de estos metales tiene origen en las actividades antropogénicas. pero se afecta también por otros factores como la acidez. silicatos y otras sustancias que pueden influir en las condiciones de oxidación-reducción del sistema. el cual se reduce con cloruro estanoso para producir un color denominado. Sn. Zn. Entre estas razones están las siguientes: 1) El establecimiento de una línea base de conocimiento de la cantidad total de los metales. Se consideran principalmente los siguientes: Cr. METALES PESADOS Los metales pesados están presentes en el material parental del suelo. Ba.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. As. Hg y Pb. Espectrometría de 286 . la exactitud y la precisión del método. Cd. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. relacionadas con deficiencia o toxicidad. Espectrometría de emisión atómica con técnica de llama. Espectrometría de absorción atómica por generación de hidruros. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental producidos en la composición del suelo por contaminación. toma por parte de las plantas o manipulación en las labores agrícolas. así como en la evaluación de problemas de contaminación 287 . el análisis de los metales pesados en el suelo juega un papel importante en la predicción de la toma por parte de las plantas y en la predicción y diagnóstico de enfermedades. Espectrometría de emisión atómica por plasma acoplado inductivamente (ICP). Espectrometría de absorción atómica mediante vapor frío. absorción atómica con horno de grafito. Espectrometría de masas acoplada con ICP Por lo tanto. 2) Para evaluar la disponibilidad de los metales para cultivos agrícolas y de esta manera la probabilidad de su entrada en la cadena alimenticia de animales y seres humanos. en cultivos y animales de granja. como sus metabolitos y productos de degradación o de reacción. Los pesticidas son compuestos orgánicos que se subdividen en grupos según el tipo de plagas que controlan. que estén presentes en la matriz de estudio. Se puede utilizar cromatografía de gases o líquida. 288 . 2) Extracción del analito de la muestra. agua y aire) y biológicas (alimentos. 5) Análisis cromatográfico. El análisis de estos compuestos se requiere para tener un control en los niveles de concentración de estos compuestos en matrices medioambientales (suelo. La magnitud de la contaminación por un metal determinado se puede medir determinando su concentración y comparándola con la obtenida en análisis previos o con los contenidos en suelos no contaminados. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PARÁMETRO DEFINICIÓN/ORIGEN IMPORTANCIA DETERMINACIÓN ANALÍTICA Contenido didáctico del curso Química Ambiental ambiental. El control incluye tanto los residuos de plaguicidas. con un detector adecuado. PESTICIDAS Los pesticidas que pueden descomponerse con facilidad son biodegradables. Generalmente se trabajan estos tipos de cromatografía acopladas con espectrometría de masas. 4) Preconcentración. El proceso de análisis consta de varias etapas: 1) Pre-tratamiento de la muestra. mientras que los resistentes a la desintegración se llaman persistentes. 3) Purificación del extracto.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. tejidos animales y tejidos vegetales). Indique la herramienta más adecuada para las siguientes situaciones:  Profundidad de muestreo 20 cm y suelos suaves  Profundidad de muestreo 100 cm y suelos arcillosos 4) ¿Qué parámetros del suelo son importantes para determinar la movilidad de los contaminantes? Justifique su respuesta y para cada uno indique el método utilizado para su análisis. 2) Un programa de monitoreo de contaminación de suelos delimitó como áreas de estudio las siguientes:  Agrícola con extensión de 10 ha. 6) En un suelo contaminado con pesticidas se decide aplicar técnicas de biorremediación y para determinar la viabilidad del tratamiento se solicita el resultado del análisis de carbono orgánico. 5) Se realizó la determinación del pH a dos muestras de suelos con los siguientes resultados: muestra 1: pH = 6.8. Para cuál de las muestras se esperaría encontrar una cantidad apreciable de acidez intercambiable. Explique la relación de este parámetro con la viabilidad del tratamiento. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental PREGUNTAS Y EJERCICIOS 1)Contenido Describa las características principales didáctico del curso Química Ambiental de los muestreos regulares y de los irregulares. Para cada área establezca el número de sitios de muestreo y el de muestras compuestas que se deben tomar. 3) El tipo de herramientas utilizadas en el muestreo de suelos depende de la profundidad a la que se va a realzar el estudio y de las características del suelo.  De influencia industrial con extensión de 35 ha. Justifique su respuesta.7 y muestra 2: pH = 4.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. ¿Qué muestra presenta más evidencia de degradación química del suelo? ¿de qué tipo de degradación se trata y cuáles son sus efectos? 289 . 7) El resultado del análisis de conductividad eléctrica de dos muestras de suelos arrojó los siguientes resultados: muestra 1: 7 mS/cm y muestra 2: 20 mS/cm. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Actividades de Autoevaluación de la UNIDAD 2 Contenido didáctico del curso Química Ambiental 290 . Soil Chemistry. Bogotá: ICONTEC. 291 . Gestión ambiental. 2 ed. 4ed. clasificación. 1995. 8 p. evolución. information manual. Los suelos y su fertilidad. y Mc NEAL. Frederick. 1995. Washington: USDA. 649 p. INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Barcelona: Reverté. distribución y uso. 1994. New York: John Wiley & Sons. Toma de muestras de suelo para determinar contaminación. Santafé de Bogotá: Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Soil survey laboratory UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICULTURE. H. MALAGÓN et al. THOMPSON. Suelos de Colombia: origen. UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICULTURE. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Fuentes Documentales de la Unidad 2 Contenido didáctico del curso Química Ambiental BOHN. Louis y TROEH. Soil taxonomy: a basic system of soil classification for making and interpreting soil surveys. 2001.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 1999. Suelo. 632 p. Brian. Nebraska: USDA. Lincoln. 307 p. 1982. reacciones químicas. debido a que alojan el aire que determina el funcionamiento de la ecosfera y. Justificación La composición promedio del aire se altera cada día más. lo cual ha generado efectos adversos medibles en la salud de los seres humanos. para seguimiento de la calidad del aire. sitios y técnicas de muestreo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental UNIDAD 3 Contenido didáctico del curso Química Ambiental Nombre de la Unidad QUÍMICA Y COMPONENTE ATMOSFÉRICO Palabras clave Características de la estratosfera y la troposfera. por ende. smog fotoquímico. la composición y comportamiento de la estratosfera y la troposfera son del mayor interés desde el punto de vista ambiental. daño físico en los materiales y desequilibrio climático. y análisis de muestras en el laboratorio. de la vida en la tierra. Introducción La atmósfera terrestre es el compartimento ambiental menos denso y constituye la capa más externa del planeta. El número creciente e incontrolado de actividades antropogénicas está causando una desviación notable en la composición promedio del aire. de los animales y de las plantas. tipos y fuentes de contaminantes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. De las capas que conforman la atmósfera. alteración de la capa de ozono. y a la adición de numerosas sustancias derivadas de procesos de síntesis química (industrias de fabricación de materiales) y procesos de 292 . debido a operaciones de conversión de energía. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental fundición. para contribuir a establecer procesos de control y seguimiento. Por lo Contenido didáctico del curso Química Ambiental anterior. Denominación de capítulo 7 PROPIEDADES QUÍMICAS DE LA ATMÓSFERA Denominación de Lección 31 Principales procesos químicos atmosféricos Denominación de Lección 32 Características químicas de la estratosfera Denominación de Lección 33 Características químicas de la troposfera Denominación de Lección 34 Reacciones del oxígeno atmosférico Denominación de Lección 35 Reacciones ácido-base Denominación de capítulo 8 CONTAMINACIÓN DE LA ATMÓSFERA Denominación de Lección 36 Tipos y fuentes de contaminantes Denominación de Lección 37 Consumo del ozono de la estratosfera 293 . Intencionalidades Formativas Contribuir al desarrollo de la capacidad analítica e investigativa del estudiante.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. si se trata de adoptar medidas preventivas para la minimización del impacto actual. a partir del conocimiento y análisis de los principios que rigen los fenómenos químicos que tienen lugar en la atmósfera. principalmente. sus reacciones y sus equilibrios. que favorezcan la preservación del medio ambiente. con las problemáticas derivadas de las actividades antropogénicas. Desarrollar en el estudiante la capacidad de relacionar el comportamiento de las especies químicas presentes en la atmósfera. el conocimiento de la naturaleza y la dinámica de las especies químicas tanto naturales como contaminantes son indispensables. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Denominación de Lección 38 Óxidos y compuestos orgánicos volátiles Denominación de Lección Efecto invernadero y alteración de la capa de Contenido didáctico del curso 39 Química Ambiental ozono Denominación de Lección 40 Smog fotoquímico y lluvia ácida Denominación de capítulo 9 MUESTREO ATMOSFÉRICO Denominación de Lección 41 Tipos de muestreo Denominación de Lección 42 Definición de sitios de muestreo Denominación de Lección 43 Técnicas de muestreo Denominación de Lección 44 Equipos y materiales para muestreo Denominación de Lección 45 Análisis de muestras en el laboratorio 294 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. ya. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental UNIDAD 3 Contenido didáctico del curso Química Ambiental QUÍMICA Y COMPONENTE ATMOSFÉRICO Figura 38.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. cuya composición varía con la altura y en orden ascendente son: 57 Tomada de: http://geo.com/ascensiones/atmosfera. Está conformada por varias capas.htm 295 . Capas de la atmósfera57 La atmósfera terrestre es el compartimento ambiental menos denso y constituye la capa más externa del planeta. soplando del este hacia el oeste en verano y en sentido contrario en invierno. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Troposfera: se extiende desde el nivel del mar hasta una altura de alrededor de 12 km. los cambios didáctico del curso en Química Ambiental y Contenido reacciones que ocurren ella inciden en los procesos de formación y sustento de los seres vivos y determinan el clima. En esta zona se ubican los transbordadores espaciales y los satélites de órbita baja (ver 5 en Figura 38). aún de noche. con vientos de hasta 200 km/h. También aquí se presentan “las estrellas fugaces” que se aprecian hasta alrededor de los 120 km y se reflejan las ondas de radio cortas y ultracortas. la temperatura aumenta. En esta capa. Su temperatura disminuye a medida que aumenta la altura. alcanzando un mínimo cercano a los -65°C en los 8000 m. Termosfera: comprende el espacio entre los 90 y 600 km. la dispersión de la luz solar origina el color azul característico del denominado cielo. que se debe a la resistencia que ofrece la atmósfera al material meteórico o a la basura espacial que penetra. su temperatura es estacionaria y los vientos se mantienen en calma. Comprende el 80% de la masa de la atmósfera y el 95% del aire. Estratosfera: comprende el espacio entre los 12 y 50 km de altura. se reflejan las ondas de radio cortas y ultracortas que permiten la comunicación a larga distancia (ver 2 en Figura 38) y también ocurre el fenómeno denominado de “estrellas fugaces” (ver 3 en Figura 38). debido a que la radiación no es retenida. Los vientos son de carácter estacional. 296 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Aloja el resto de la masa atmosférica. A partir de los 400 km. altura a partir de la cual empieza a disminuir. alcanzando 2000°C durante el día y 300° en la noche. están iluminadas por el sol. que abarcan una franja hasta los 300 km de altura. La temperatura que se encontraba bajo cero. Mesosfera: se extiende entre los 50 y 90 km de altura. pero a los 75 km vuelve a descender hasta alcanzar los -80°C. alcanzando su mayor concentración a los 50 km. por una parte. asciende a 0°C. El ozono hace presencia a partir de los 20 km de altura. Alrededor de los 70 km se presenta el fenómeno de “nubes noctilucientes” (ver 1 en Figura 38) que son nubes de polvo o cristales de hielo que debido a la altitud. A partir de los 80 km. En el intervalo 90-400 km se forman “las auroras polares” (ver 4 en Figura 38). oxígeno 21%. El conocimiento de la naturaleza y la dinámica de las especies químicas tanto naturales como contaminantes son indispensables. En esta capa se encuentra el resto de satélites artificiales y la basura espacial. cada día se altera la proporción de estos compuestos debido a operaciones de conversión de energía. y se adicionan numerosas sustancias derivadas de procesos de síntesis química (industrias de fabricación de materiales) y procesos de fundición. En este capítulo se abordan los conceptos necesarios para entender la composición del aire. Este último por ser menos denso permanece a grandes alturas. de los animales y de las plantas. en condiciones naturales. neón 0. Sin embargo. por ende. la siguiente composición promedio: nitrógeno. lo cual ha generado efectos adversos medibles en la salud de los seres humanos. en proporciones mucho más bajas. dióxido de carbono y metano. también contiene vapor de agua. 78%. de la vida en la tierra. daño físico en los materiales y desequilibrio climático. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Exosfera: se extiende desde los 600 hasta los 800 km. El número creciente e incontrolado de actividades antropogénicas está causando una desviación notable en la composición promedio del aire. Está compuesta principalmente de hidrógeno que tiene su origen en el vapor de agua que liberan Contenido didáctico del curso Química sufren Ambiental los océanos.0018%. 297 .93%. Entre las zonas anteriores. CAPITULO 7: PROPIEDADES QUÍMICAS DE LA ATMÓSFERA Introducción La mezcla de gases denominada aire tiene. cuyas moléculas fotólisis con producción de oxígeno e hidrógeno. la composición y comportamiento de la estratosfera y la troposfera son del mayor interés desde el punto de vista ambiental. la reactividad de las especies químicas presentes y el tipo de contaminantes que pueden afectar su calidad. si se trata de adoptar medidas preventivas para la minimización del impacto actual. argón 0. debido a que alojan el aire que determina el funcionamiento de la ecosfera y.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. principalmente. reacción fotoquímica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. S. reacciones de oxidación La atmósfera es un sistema complejo y de alta reactividad en el cual se presenta un gran número de procesos físicos y químicos de manera simultánea. El término ɣ es la frecuencia de la radiación electromagnética. Este estado se representa con un asterisco (*). Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 31: Principales procesos químicos atmosféricos Contenido didáctico del curso Química Ambiental PALABRAS CLAVE: radiación electromagnética (visible y ultravioleta). radicales libres. 3) Estado excitado: El producto de una reacción fotoquímica puede resultar con un exceso de energía electrónica que se conoce como estado excitado. 298 . especialmente la luz ultravioleta. 2007. p. fluorescencia. 58 MANAHAN.: Reverté Ediciones. Ejemplo: O3 + hɣ O* + O 2 El O* producido se encuentra en estado excitado. E = hɣ. Hay cinco conceptos importantes que de acuerdo con Manahan58 se deben considerar: 1) La constante de Plank. fosforescencia. Ejemplo: CH4 + 2O2 + hɣ CO2 + 2H2O 2) La radiación ultravioleta participa predominantemente en las reacciones fotoquímicas porque tiene una frecuencia mayor que la de la luz visible y por lo tanto posee mayor energía para romper los enlaces químicos de las especies químicas que la absorben. Para abordar los procesos químicos es importante manejar algunos conceptos directamente relacionados con la química de la atmósfera. Estas reacciones ocurren debido a que las moléculas que conforman el aire absorben la radiación electromagnética proveniente del sol. Se presenta en las reacciones fotoquímicas porque la energía que participa en estas reacciones. México D. estado excitado. desactivación. 354. F. E. la cual se representa con la letra h. Introducción a la química ambiental. el cual hace que la correspondiente especie química sea más reactiva. corresponde a la de un fotón de luz visible o ultravioleta. tercer cuerpo. reacciones de fase. caracterizada por la reacciones fotoquímicas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Ejemplo: O+ O2 + M O3 + M La participación de la radiación electromagnética. Son muy reactivos y participan en la mayoría de las reacciones Contenidoque didáctico del curso Química Ambiental Se representan con un punto (•). a las cuales transfiere energía con un incremento mínimo de la temperatura. Reacciones fotoquímicas.  Desactivación con emisión de radiación electromagnética. Ejemplo: O* + H2O HO• + HO• Los productos son dos radicales hidroxilo libres. HO•. 31. Posteriormente. Una reacción fotoquímica tiene lugar cuando una especie química en estado de baja energía (estable) absorbe un fotón de la radiación y como resultado pasa a un estado excitado. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 4) Radicales libres: corresponden a especies químicas con un electrón no apareado. En la desactivación por relajaciones sin emisión de radiación se pueden presentar dos mecanismos generales:  Conversión externa: el exceso de energía que tiene la especie excitada (átomos o moléculas) se pierde por choques entre esta especie y otras a su alrededor. Ejemplos: O2* + M O2 + M (con tercer cuerpo) 299 . en los procesos atmosféricos da lugar a las reacciones fotoquímicas. Se denomina con la letra M. proveniente del sol. tienen lugar otras reacciones determinadas por el tipo de proceso de desactivación que sufra la especie excitada. generalmente de O 2 o N2.1. Los procesos de desactivación se pueden dividir en dos grandes grupos:  Desactivación por relajaciones sin emisión de radiación. que no ocurrirían en ese compartimento ambiental sin la presencia de ese tipo de energía. 5) Tercer cuerpo: corresponde a una molécula. químicas se presentan en la atmósfera. que participa en reacciones absorbiendo la energía liberada y evitando de esta manera que la molécula del producto de la reacción se descomponga. toma un tiempo de millonésimas de segundo (< 10-6 segundos). pero en el cual el tiempo de desactivación es mayor.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. de las cuales se favorecen los niveles electrónicos que son de energía similar y puede ocurrir un traslapamiento. Este tipo de desactivación es muy rápida. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental O2* + O3 2O2 + O (directa) * O2* + Na (directa con formación de otra especie 2 + NaAmbiental Contenido didáctico del curso O Química excitada)  Conversión interna: el exceso de energía que tiene la especie excitada se pierde mediante relajaciones vibracionales.2.  Fosforescencia: proceso similar al anterior. La diferencia entre la energía absorbida y la emitida por la especie química se libera mediante vibraciones moleculares. Ejemplos: O2* O+O AB* AB† (transferencia intramolecular hacia un nuevo estado energético (†) que también puede ser excitado) (disociación) Otra reacción sin intervención de una especie diferente a la excitada es la conocida como fotoionización. es decir de menor energía. Ejemplo: N2* N2+ + e- En la desactivación con emisión de radiación electromagnética conocida como luminiscencia también se pueden presentar dos mecanismos generales:  Fluorescencia: la desactivación de la especie excitada se hace mediante la emisión de radiación de una longitud de onda mayor. Reacciones de fase 300 . en la cual hay pérdida de un electrón. Ejemplo de luminiscencia: NO2* NO2 + hɣ 31. puede durar varios segundos e incluso minutos. en la cual participa el oxígeno. Zaragoza: Editorial Acribia. A. como lo plantea Harrison59. M. 60 Ibíd. 61. 301 . aunque pueden formarse diversas especies químicas intermedias. 2003. 63-64.. cada Contenido del curso Química una con undidáctico papel importante en losAmbiental procesos químicos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. p. Los resultados globales de la combinación del oxígeno con sustancias comúnmente existentes en la atmósfera. S. En relación con la química de la fase gaseosa en la troposfera. p. R. El medio ambiente. 56. las cuales han sido estudiadas por Harrison60: 59 HARRISON.. los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre. La fase sólida comprende partículas de naturaleza inorgánica y orgánica que intervienen en las reacciones de superficie. NO2 SO2 HNO3 H2SO4 Para los hidrocarburos el proceso general es similar a la combustión. especies que se tratarán en mayor detalle en la lección 33. Introducción a la química medio ambiental y a la contaminación. Ejemplo del proceso global: CH4 HCHO CO En todos los casos anteriores se dan mecanismos de reacción en los cuales la especie química clave para iniciar el proceso es el radical libre hidroxilo y posteriormente participan otros radicales libres. uno de los procesos generales más importantes es la oxidación. como las que ocurren en los procesos siguientes. La fase líquida comprende las gotas que intervienen en las reacciones en fase acuosa. El comportamiento químico en estas dos fases comprende diversas reacciones químicas. fase líquida y fase sólida. como son el monóxido de carbono. se presentan a continuación: CO CO2 NO. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Otro aspecto importante a considerar en la química atmosférica es la coexistencia de los tres estados de la materia: fase gaseosa. El ozono actúa a valores de pH altos: 302 .(ión bisulfito) y H2SO3 (ácido sulfuroso sin disociar). las sustancias oxidantes más importantes son el ozono y el peróxido de hidrógeno. dependiendo de la humedad relativa. Cuando en la gota la especie dominante es el HSO3. HSO3. NH3 + HNO3 NH4NO3 NH3 + H2SO4 NH4HSO4 NH3 + NH4HSO4 (NH4)2SO4 Debido a que los nitratos y los sulfatos son compuestos solubles en agua podrán existir en la atmósfera como partículas sólidas o como gotas.(ión sulfito). en las que intervienen estos ácidos son las que se llevan a cabo con el amoníaco.este puede oxidarse en la fase acuosa. En las nubes. El predominio de una u otra especie dependerá del valor del pH. Ejemplo: La presencia de SO2 dentro de la gota de agua resulta en la presencia de una mezcla de las siguientes especies químicas: SO32. para convertirse en sulfato o nitrato de sodio. HNO3 + NaCl NaNO3 + HCl H2SO4 + 2NaCl Na2SO4 + 2HCl Otras reacciones.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. En la fase acusa (gotas de agua líquida en forma de nubes. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los ácidos nítrico y sulfúrico que se forman mediante reacciones en fase gaseosa siguen experimentando cambios. de origen marino. Por otra parte estos ácidos pueden reaccionar con partículas sólidas como las de NaCl. brumas y niebla) se pueden acumular sustancias (gaseosas o sólidas) y ocurrir reacciones químicas que transforman a las especies presentes. debido adelsucurso solubilidad en ella. como ser absorbidos por las gotas de agua Contenido didáctico Química Ambiental presentes. las cuales deben ser adsorbidos por la gota de agua. desde la fase gaseosa. de común ocurrencia. para llevar a cabo la reacción de oxidación. El ozono absorbe radiación ultravioleta de longitudes de onda entre 200 y 290 nm. ACTIVIDAD # 17: Investigue en el caso de los óxidos de nitrógeno las vías que conducen a la formación de nitrato en las nubes. ciclos acoplados. ¡Discuta su respuesta con el tutor! Lección 32: Características químicas de la estratosfera PALABRAS CLAVE: formación y destrucción del ozono. especies catalizadoras. El O3 y el O2 sufren fotodisociación y mediante una secuencia de reacciones. esto es. familias y reacciones catalizadoras. con la subsiguiente absorción en las gotas de agua. pero se sabe que. En la estratosfera que se encuentra ubicada después de la tropopausa (capa terminal de la troposfera) y que se extiende desde los 12 km hasta los 50 km ocurren reacciones fotoquímicas en las que intervienen principalmente el ozono (O3) y el oxígeno diatómico (O2). En conclusión.+ O2 ElContenido peróxidodidáctico de hidrógeno actuar a valores de pH bajos (rango ácido) del cursopuede Química Ambiental H2O2 + HSO3- H+ + SO42. especies almacén. para este ejemplo del ácido sulfúrico.  Oxidación en la fase acuosa. mientras que el O2 absorbe en valores menores de 200 nm. se puede decir que su presencia en la atmósfera tiene lugar a través de dos trayectorias diferentes:  Reacción fotoquímica para la formación del ácido. en la solución acuosa también participan radicales libres. al igual que en la fase gaseosa. entre ellas.+ H2O Las dos reacciones anteriores no muestran los mecanismos de formación del ácido sulfúrico. ciclos nulos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. radiaciones de mayor energía. de interacción entre el ozono y el oxígeno atómico: 303 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental O3 + HSO3- H+ + SO42. 304 . p.2) Una vez que se forma el ozono. La concentración de O3 en la estratosfera es de varias ppm. 32. Barcelona: Editorial Reverté.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. loQuímica cual daAmbiental como resultado una concentración estacionaria del curso de ozono. las cantidades totales de ozono son de hasta 450 UD en las regiones polares. 350 UD en las templadas y de 250 UD en las ecuatoriales. y DÁVILA.1) En seguida tiene lugar una reacción en la que participan especies de tercer cuerpo: O + O2 + M O3 + M (7. p. que se constituye en el filtro de las radiaciones ultravioleta necesario para mantener las condiciones de vida del planeta. E. 413-414.1. S. 62 MANAHAN. S. mucho mayor que la correspondiente a la de la troposfera donde máximo llega a algunos cientos de ppb. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental O + O3 2O2 seContenido forman didáctico y se disocian. En términos generales. la primera de ellas fotoquímica: O2 + h ɣ O+O (7. Cit. 2004.001 mm a una presión de 1 atm y temperatura de 273 K. Juan E. Se acostumbra expresar la cantidad total de ozono atmosférico sobre cualquier punto del planeta en unidades Dobson (UD).. A. Reacciones de formación y destrucción no catalítica del ozono. Óp. Química física del ambiente y de los procesos medioambientales. 381-382. Este tema ha sido presentado por diferentes autores entre ellos Figueruelo y Dávila61 y Manahan62 cuyos planteamientos principales se consideran a continuación. éste absorbe radiación ultravioleta que se transforma en calor y da lugar a la formación de O2. El ozono se forma mediante una serie de reacciones. Esta unidad es igual a una capa de ozono puro con espesor de 0.. fenómeno que se representa con las siguientes reacciones: 61 FIGUERUELO. Martín M. Cit.6) XO + O X + O2 (7. 416-420.1) a (7. Las reacciones (7.7) Las reacciones (7. Martín M. 64 MANAHAN. Las especies químicas (atómicas y moleculares) que actúan como catalizadores tienen origen. 32. Reacciones catalíticas de destrucción del ozono Como en el numeral anterior se consideran algunos planteamientos de Figueruelo y Dávila63 y Manahan64.. p. situación por la cual también se da la descomposición del ozono en presencia de especies químicas catalizadoras. NOx y ClOx. Op. Sin embargo la velocidad de esta reacción de descomposición del ozono es relativamente baja y no alcanza para mantener el nivel de oxígeno en la estratosfera.4) se pueden representar con una reacción global: 2O3 3O2 (7. De manera general estas especies se representan con la letra X y conforman familias denominadas XOx. Juan E. p. y DÁVILA.2. S.5) tiene una energía libre de formación negativa que indica que la reacción está favorecida termodinámicamente y. E. Las tres familias principales son: HOx. el ozono es inestable. hacia la tercera década del siglo XX. 382-383. La forma general en que actúan estas especies X se presenta en las reacciones siguientes: X + O3 XO + O2 (7.7) se pueden representar con una reacción global: 63 FIGUERUELO. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental O3 + h ɣ O2 + O (7.3) y (7. Óp. bien sea natural o por contaminación.6) y (7.4) se conocen como el ciclo de Chapman en honor al investigador que las estudió cuantitativamente.4) 2 Las reacciones (7. Cit.3) didáctico del Ambiental OContenido + O3 O2curso + OQuímica (7..UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. por tanto. 305 .5) Esta reacción (7. La especie determinante en la formación de los componentes de esta familia es el O * que es producto de la siguiente reacción: O3 + hɣ O* + O2 donde: λ < 310 nm (7.7) ocurre en zonas de la estratosfera con concentraciones de O apreciables.2. Otra reacción a partir de la cual se pueden formar especies HOx. estas vías de oxidación son de rendimientos muy bajos. Sin embargo. como especie clave que favorece la realización de un ciclo de reacciones conformado por (7. depende de la formación de O*.1.1. En ese evento participan el NO2 y el HNO3 de acuerdo con la siguiente secuencia de reacciones: 306 .9) y (7.10) se pueden representar con una reacción global: O3 + H2O (vapor) 2HO• (7.8) LaContenido especiedidáctico XO es del un curso radical (en adelante Química Ambiental sólo se representará como XO• cuando se quiera resaltar su naturaleza) y la reacción (7. La velocidad de formación de especies HOx.10) Las reacciones (7.1. sino que se presentan procesos químicos que conllevan la desaparición de estas especies.7).9) Para la formación de especies HOx. además. es la reacción principal en la formación de las especies HOx. Con el vapor de agua la reacción es la siguiente: O* + H2O (vapor) 2HO• (7.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 32. HO• o Cl•. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental O3 + O 3O2 (7. por cualquiera de las vías mencionadas. es la oxidación del metano que puede tener varias vías: reacción con O *.11) A pesar de que los contenidos de agua en la estratosfera son muy bajos.2. las especies HOx no permanecen constantemente en la estratosfera. La especie X actúa como catalizador y. 32. Por otra parte. el O* puede reaccionar con H2O en estado de vapor o con H2.6) y (7. Origen de las familias de especies catalizadoras. la cual está sujeta a la constante de la reacción de fotólisis del ozono y a su concentración. Familia HOx Su origen corresponde a la baja estratosfera. 2. Al llegar a la troposfera sólo se destruye una parte del CH 3Cl y el resto asciende a la estratosfera. 32. corresponde a una reacción del N2O con O*.14) NO2 + O La reacción global de desaparición de las especies HOx es: 2 HO• H2O + O Es importante tener en cuenta que la presencia de HNO 3 en estos procesos. determinante en la formación de los componentes de esta familia es el N2O.2. de acuerdo con condiciones específicas. La especie. Estas fuentes son los océanos.16) El N2O es un gas con efecto invernadero que tiene principalmente fuentes de origen natural.12) HO• + HNOdidáctico 3 2O + NO 3 Contenido del curso H Química Ambiental (7. 32. de las cuales la primera es de fotólisis: 307 . el ión Cl. también puede dar lugar a la formación de las especies HOx. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental HO• + NO2 + M HNO3 + M (7.13) NO3 + hɣ (7. aproximadamente el 6%.3. mediante una reacción fotolítica ocurre en aproximadamente un 94% y. los suelos tropicales (selvas húmedas y sabanas) y suelos templados (bosques y prados).interactúa con la vegetación en descomposición.2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.15) N2O + O* 2 NO (7. La especie determinante en la formación de los componentes de esta familia es el Cl• que es producto de la descomposición en la estratosfera de gases que contienen cloro. Las especies NO y NO2 también llegan a la troposfera por fuentes antropogénicas. donde se presentan las siguientes reacciones. Uno de estos gases es el cloruro de metilo que se forma naturalmente cuando. Las reacciones correspondientes son: N2O + hɣ N2 + O * (7. La oxidación del N2O. Familia ClOx Su origen corresponde a la troposfera de forma directa o indirecta. Familia NOx Su origen corresponde a la troposfera. y a la mesosfera y termosfera.1.1. de origen natural. en la superficie de los océanos. de forma directa o indirecta. 23) La reacción neta es: O3 + O 2 O2 Este ciclo de reacciones ocurre a alturas elevadas. O y O 2 y disminuye la de O3. 32.2.22) NO2 + O NO + O2 (7.2.19) HO2 + O HO• + O2 (7.17) Cl• + O3 didáctico del ClO• + Química O2 Contenido curso Ambiental (7. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Cl• + CH3• CH3Cl + hɣ (7.2.19) HO2 + O3 HO• + 2O2 (7.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 308 .1 Familia HOx HO• + O3 HO2 + O2 (7.2 Familia NOx NO + O3 NO2 + O2 (7.18) 32.2. 32.20) La reacción neta es: O3 + O 2 O2 Este ciclo de reacciones ocurre a alturas > 40 km También se presenta otra secuencia de reacciones: HO• + O3 HO2 + O2 (7. A mayor altura aumentan las concentraciones de HO•. Reacciones de las familias de especies catalizadoras.21) La reacción neta es: 2O3 3 O2 Este ciclo de reacciones ocurre a alturas < 30 km La diferencia en los dos ciclos la marcan las segundas reacciones de cada ciclo: en el primero participa el O y en el segundo el O3.2. lo cual explica la altura a la que predomina cada ciclo.2. 3 Familia ClOx Cl• + O3 ClO• + O2 (7. Interacciones entre reacciones de las familias Este tipo de interacciones también puede ocasionar la destrucción del ozono.2.30) La reacción neta es: 2 O3 3 O2 32.26) ClO• + ClO• + M Cl2O2 + M (7.3.27) La reacción neta es: O3 + O 2 O2 También se presenta otra secuencia de reacciones: Cl• + O3 ClO• + O2 (7.25) La reacción neta es: 2O3 3 O2 Este ciclo de reacciones ocurre a alturas bajas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.26) Cl• + O3 ClO• + O2 (7.29) ClO2 + M Cl• + O2 + M (7. 309 .2.24) NO3 + hɣ NO + O2 (7. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental También se presenta otra secuencia de reacciones: NO + O3 didáctico del NO (7.28) Cl2O2 + hɣ Cl• + ClO2 (7. Las diferencias entre ciclos y la altura a la cual ocurren son similares a las planteadas para las reacciones de la familia HOx. 32.2.22) 2 + O 2 Contenido curso Química Ambiental NO2 + O3 NO3 + O2 (7.26) ClO• + O Cl• + O2 (7. Ejemplo: Cl• + O3 ClO• + O2 310 .3.1 HOx y ClOx Cl• + O3 ClO• + O2 (7. este último parámetro tiene relación directa con la altura de la estratosfera.2.22) ClO + NO2 + M ClONO2 + M (7.26) HO• + O3 HO2 + O2 (7.2.19) ClO• + HO2 HOCl + O2 (7. Otras interacciones no conducen a la destrucción directa del ozono sino que dan origen a reacciones donde se producen los promotores de las familias.2.33) NO3 + hɣ NO + O2 (7.3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. NOx y ClOx Cl• + O3 ClO• + O2 (7.26) NO + O3 NO2 + O2 (7.32) ClONO2 + hɣ Cl• + NO3 (7. el cual finalmente desencadenará la secuencia de reacciones para la destrucción del ozono. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental El hecho de que tengan lugar unos u otros ciclos depende de las constantes de velocidad de las reacciones involucradas y de las concentraciones de las especies Contenido didáctico Química Ambiental que dan origen a del loscurso componentes de las familias. Este tipo de secuencia de reacciones se conoce como ciclo nulo. como O *.31) HOCl + hɣ HO• + Cl• La reacción neta es: 2 O3 3 O2 32. 32.25) La reacción neta es: 2 O3 3 O2 Las secuencias anteriores de reacciones se conocen como ciclos acoplados. Ejemplos: Formación de almacenes permanentes: HO• + NO2 + M HNO3 + M (7.35) ClONO2 + hɣ ClO• + NO2 (7. Estas especies pueden ser permanentes o transitorias. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental ClO• + NO Cl• + NO2 * NO NO + OQuímica 2 + hɣ didáctico del Contenido curso Ambiental La reacción neta es: O3 + hɣ O* + O2 32. se dice que se ha dado lugar a la formación de especies almacén. El hecho anterior ocurre porque en la estratosfera se producen reacciones competitivas (reacciones de terminación) frente a aquellas en que están involucradas las especies X y OX. la parte restante se mantiene relativamente estable en la estratosfera. Formación de almacenes transitorios: Cl• + NO2 + M ClONO2 (7.34) El ClONO2 actúa como almacén transitorio de las especies activas Cl• y ClO• debido a que estas pueden regenerarse mediante las siguientes reacciones: ClONO2 + hɣ Cl• + NO3 (7. Formación de especies almacén Cuando a través de diversas reacciones ocurre la transformación de las especies activas en la destrucción del ozono hacia especies relativamente inactivas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Una parte importante de este compuesto emigra a la troposfera donde se elimina.33) Esta reacción de terminación tiene como producto HNO3.36) La formación de cualquiera de los dos tipos de especies almacén es importante porque interrumpen la cinética de destrucción del ozono. 311 .4. ozono. alquilperoxilo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. los radicales libres no se representarán permanentemente con el signo “•”. alquinos. Contenido didáctico del curso Química Ambiental identifique los productos y establezca si son especies almacén. La troposfera con su espesor de 8-12 km (los valores más bajos en los polos y los más altos en el ecuador) contiene una gran cantidad de especies químicas. En esta lección se hará énfasis en la participación de las especies denominadas radicales libres en reacciones con compuestos orgánicos e inorgánicos presentes en la troposfera. que son muy reactivas. óxidos de nitrógeno. Entre los radicales libres se encuentran los siguientes:  Alquilo: representados en forma general como R•  Alquilperoxilo: RO2•  Alcoxilo: RO•  Hidroxilo: HO•  Hidroperoxilo: HO2•  Nitrato: NO3• NOTA: como se indicó en la lección anterior. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental ACTIVIDAD # 18: Investigue otros casos de reacciones de terminación. nitrato. 312 . alcanos. permanentes o transitorias. hidroxilo. hidroperoxilo. sólo ocasionalmente cuando se quiere resaltar su naturaleza. alcoxilo. alquenos. ¡Discuta su respuesta con el tutor! Lección 33: Características químicas de la troposfera PALABRAS CLAVE: radicales libres: alquilo. compuestos orgánicos oxigenados. además del ozono. Martín M.2. Op. para lo cual se consideran Contenido didáctico del curso Ambiental algunos planteamientos deQuímica Figueruelo y Dávila65 33. La eliminación de la energía en exceso es mucho más fácil a medida que aumentan la masa molecular y las ramificaciones del radical alquilo que participe en la reacción. con la intervención de un tercer cuerpo que absorbe la energía resultante de la interacción de los reactantes. Cit. 33. así: R• + O2 + M RO2• + M* (7. p..1. y DÁVILA. Radicales alquilo Se originan por la reacción de los alcanos presentes en la troposfera con los radicales HO•. a partir de los alcanos. Radicales alquilperoxilo 65 FIGUERUELO. Las reacciones generales de formación se presentan a continuación: La principal reacción de los radicales alquilo es con el oxígeno atmosférico. Juan E.37) El producto principal es la formación del radical alquilperoxilo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental A continuación se presentan el origen y las reacciones de los tres radicales enumerados anteriormente. 143-191 313 . NO3• y Cl•. Por otra parte. Reacción con NO (especialmente ambientes contaminados).3.40) 33.39) La formación de alquilnitratos aumenta cuando la cadena del radical alquilperoxilo aumenta su longitud y con radicales secundarios. Esta reacción puede ocurrir por dos vías: a) Transformación en radical alcoxilo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental En el numeral anterior se pudo observar que estos radicales se originan en la reacción de los radicales alquilo con el oxígeno atmosférico.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.2. RO2• + NO RONO2 (7. los alquilnitratos se pueden disociar mediante reacciones de fotolisis. y 33. debido a que pueden permanecer estables a temperatura ambiente durante varios días. los alquilnitratos se comportan como almacenes transitorios del radical alquilperoxilo y del óxido nítrico.38) b) Formación de alquilnitratos. RO2• + NO RO• + NO2 (7.41) 2 RO2• éster (ROOR) (7.3.4. 33. de todas maneras. 33.1. se presentan preferencialmente en ambientes no contaminados. 33.46) Las reacciones en 33.3. Reacción con NO3• RO2• + NO3• RO• + NO2 + O2 (7. Sin embargo ocurre en ausencia de la luz solar y a alta velocidad. Reacción con radicales hidroperoxilo RO2• + HO2• ROOH + O2 (7.2.38).47) Esta reacción.2. Radicales alcoxilo 314 .2. en cuanto da lugar a la formación del radical alcoxilo.2.2. 33.2.2. es equivalente a la reacción (7. Reacción de descomposición bimolecular 2 RO2• aldehído (RCHO) + alcohol (ROH) (7. Estos nuevos Contenido didáctico Química Ambiental radicales son losdel curso reactantes claves en reacciones tanto en ambientes contaminados con óxido nítrico como en sistemas naturales. 3. Reacción de isomerización intramolecular. mediante la toma de un hidrógeno del radical orgánico.3. por acción térmica. El compuesto carbonílico que se forma puede ser un aldehído o una cetona.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.3. Se presenta en cadenas de cinco. del radical alcoxilo para dar lugar a la formación de un compuesto carbonílico y un radical alquilo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se originan por transformación de los radicales alquilperoxilo. la reacción general es: RO• + O2 R1R2CO + HO2• cetona (7. Reacción con el oxígeno atmosférico.49) Donde: RO• es el radical secundario de estructura general R1R2CH-O• 33. así: a) Para un alcoxilo primario. por parte del oxígeno atmosférico. la descomposición ocurre de manera que se favorece la formación del radical alquilo más estable.2.1. en atmósferas contaminadas reaccionan con los óxidos de nitrógeno presentes. en didáctico del Química Ambiental unContenido alto porcentaje. Reacciones de descomposición Se produce el rompimiento. Ejemplo: 315 . Además. y de un compuesto orgánico que dependerá de la naturaleza del radical alcoxilo.3. 33.48) Donde: RO• es el radical primario de estructura general RCH2-O• b) Para un alcoxilo secundario. decurso isomerización y de descomposición. Se caracteriza por la formación de un radical hidroperoxilo. seis y siete miembros en donde ocurre una transformación del radical alcoxilo en un radical hidroxialquilo. Ejemplo: CH3(CH2)2CH2O• •CH2(CH2)2CH2OH 33. Presentan una gran dinámica química en la que tienen lugar reacciones con el oxígeno atmosférico. la reacción general es: RO• + O2 RCHO + HO2• Aldehído (7. Esta es la reacción primaria de estos radicales. Debido a su naturaleza química (doble enlace) son más reactivos que los alcanos y. Cl•.3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.4.4. En ambientes contaminados. su permanencia en la atmósfera es corta (del orden de horas). Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental R1R2R3CO• R1CO R2 + R3• Cetona Contenido didáctico del curso Química Ambiental 33. Las principales reacciones de los alquenos se presentan con los radicales HO•. estos radicales reaccionan con NO (óxido nítrico) y NO2 dióxido de nitrógeno. 33. Ejemplos: (CH3)CHO• + NO (CH3)CHONO Alquilnitrito (CH3)CHO• + NO2 (CH3)CHONO2 Alquilnitrato b) Formación de un compuesto carbonilo y de ácido hiponitroso o nitroso. 316 . Reacción con HO• Puede ocurrir por dos vías: a) Formación de radicales β-hidroxialquílicos Esta reacción es de adición electrofílica. en consecuencia. Reacciones con óxidos de nitrógeno. Reacciones de los alquenos En la atmósfera existe una gran cantidad de alquenos de origen natural y producto de actividades antropogénicas.1. Ejemplos: (CH3)CHO• + NO (CH3)CO + HNO cetona ácido hiponitroso (CH3)CHO• + NO2 (CH3)CO + HNO2 cetona ácido nitroso 33. en cada caso por dos vías diferentes: a) Formación de alquilnitritos o alquilnitratos. NO3• y con el ozono.4. 33. Debido a que se lleva a cabo tanto en atmósferas naturales como en contaminadas. b) Formación de radicales alquenílicos Ejemplo: R1R2C=CR3R4 + HO• R1R2C=CR3 + R4OH • 33.4.4. hidroperoxilo y óxidos de nitrógeno de formas análogas a las presentadas anteriormente para los radicales alquílicos. mediante adición del radical nitrato al doble enlace. Reacción con ozono Consiste en una oxidación atmosférica que se inicia sin la participación de un radical libre. Ejemplo: Estos radicales β-nitrooxoalquilo o β-alquilnitratos reaccionarán con oxígeno atmosférico. y en el día o en la 317 .3. hidroperoxilo y óxidos de nitrógeno de formas análogas a las presentadas anteriormente para los radicales alquílicos. Reacción con NO3• Produce la formación de radicales β-nitrooxoalquilo o β-alquilnitratos. en el carbono menos sustituido y la velocidad es mayor a medida que aumenta el tamaño y la ramificación de la cadena o el grado de sustitución con grupos electro donadores. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Ejemplo: R1CH=CHR HO• R1CH.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.2. pero como producto puede resultar el HO•.CHR2OH 2 + del Contenido didáctico curso Química Ambiental • Estos radicales β-hidroxialquílicos reaccionarán con oxígeno atmosférico. Esta reacción es predominante frente a la de HO• debido a la mayor afinidad electrónica del radical nitrato. en las reacciones de oxidación atmosférica. a) Formación de un molozónido u ozónido primario: b) Rompimiento del molozónido: c) Reacciones de los birradicales de Criegee Los birradicales son especies químicas inestables (tienen exceso de energía). se pueden dar diferentes vías de reacción que se presentan a continuación: Estabilización: Ejemplo: • • R1R2COO (excitado) + M • • R1R2COO (estable) + M 318 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. se constituye en una alternativa frente a la de adición de los HO•. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental noche. con una gran capacidad oxidante. A partir de su formación. Contenido didáctico del curso Química Ambiental La adición electrofílica del ozono a los alquenos tiene un mecanismo que comprende varios pasos. Reacciones de los alquinos Son de menor ocurrencia que la de los alcanos y alquenos debido a que los alquinos son menos reactivos. De las reacciones anteriores cobra especial importancia la que produce radicales hidroxilo. favoreciendo su presencia en cantidades importantes. cuando no hay reacciones fotoquímicas que son su fuente principal. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Descomposición-isomerización: Contenido didáctico del curso Química Ambiental  Con formación de éster: • • Ejemplo: R1CH2C(R2)OO (excitado) R1CH2C(O)OR2 (excitado) R1CH2C(O)OR2 (excitado) R1CH2 + R2 + CO2 R1CH2C(O)OR2 (excitado) R1CH2R2 + CO2  Con formación de hidroperóxido: Ejemplo: R1CH2C(R2)OO (excitado) R1CH=C(OOH)R2 (excitado) R1CH=C(OOH)R2 (excitado) • R1CHC(O)R2 + HO  Con eliminación de O (oxígeno atómico en su estado fundamental): • • Ejemplo: R1CH2C(R2)OO (excitado) R1CH2C(O)R2 + O Esta reacción se presenta en un porcentaje muy bajo.5. la cual tiene varias etapas que se presentan a continuación: a) De adición: Ejemplo: 319 . Difícilmente se observa en el aire a temperatura y presión ambientales. La reacción más posible es la de oxidación en presencia de radicales hidroxilo. especialmente en la noche. 33.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Como producto de la adición se forma una nueva entidad química (aducto) estable.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Con O2 Tiene dos vías posibles: Vía 1: Formación de glioxal Se recuperan los radicales hidroxilos. El glioxal excitado presenta el siguiente comportamiento: Vía 2: Formación de ácido fórmico 320 . a partir de la cual se da la siguiente reacción: a. ésta resulta competitiva frente a aquella con HO•. acetaldehído. pero al igual que en el caso de los alquenos. especialmente en ausencia de luz solar. de forma predominante. debido a la presencia del grupo carbonilo (C=O) que es cromóforo y absorbe en la región de 250-350 nm.6. Compuestos con grupo funcional carbonilo Para el caso de aldehídos y cetonas de cadena larga las reacciones de degradación en la atmósfera se llevan a cabo. Reacciones de los compuestos orgánicos oxigenados Estos compuestos. como el formaldehido. cuando ocurre la reacción. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los radicales HCO• formados por cualquiera de las dos vías reaccionan de la manera siguiente: HCO• + O2 HO2• + CO La oxidación de los alquinos tiene como balance final la formación de radicales HO2• en mayor cantidad que los radicales HO• que participan en la reacción inicial de adición.1. a partir de la presencia del radical HO•. En el caso de estos compuestos. al igual que los hidrocarburos estudiados en los numerales anteriores. reaccionan principalmente con los radicales HO•. No obstante. glioxal y 2-3 butanediona las reacciones fotolíticas compiten con las del radical HO•. NO3• y Cl•. debido a que en la de descomposición del glioxal se producen dos moles de HCO•. acetona.6.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. • Reacción con formación de radicales acilo (RCO) 321 . siendo el más activo el HO•. sin embargo. para compuestos de cadena corta. la luz es un factor adicional que participa en las reacciones de degradación. 33. 33. Los alquinos también tienen una baja reactividad con los radicales NO 3•. La reacción con el dióxido de nitrógeno es: Se producen peroxiacilnitratos. 322 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental RCHO + HO• • RCO + H2O Contenido didáctico del curso Química Ambiental El radical acilo presenta una secuencia de reacciones. La reacción se realiza en un alto porcentaje con el hidrógeno de este último enlace. Entre estos compuestos es muy conocido el peroxiacetilnitrato (PAN) como causante de la irritación de los ojos en ambientes contaminados.6.2. a su vez.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 33. se descompone de la manera siguiente: Se produce el radical alquilo y dióxido de carbono. así: Reacción con O2 Con formación del radical acilperoxilo. Este radical presenta reacciones rápidas con los óxidos de nitrógeno: El radical acilperoxilo al reaccionar con el óxido nítrico produce el radical RCOO• El radical RCOO•. Alcoholes El radical HO• interacciona con los alcoholes alifáticos tomando el hidrógeno del enlace O-H o del enlace C-H. debido a que su energía de disociación es menor que la del enlace O-H. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. fotosíntesis. carbón) contenida en rocas 323 . por medio de la cual mediante procesos de oxidación se libera la energía utilizada para el metabolismo. Oxidación de materia sedimentarias antiguas. El oxígeno es una especie química que participa en intercambios entre la atmósfera. 1. orgánica (Ej. Además. Lección 34: Reacciones del oxígeno atmosférico PALABRAS CLAVE: ciclo del oxígeno. tomando como ejemplo el etanol: Contenido didáctico del curso Química Ambiental • CH3CHOH + H2O 1) CH3CH2OH + HO• Se presenta en el mayor porcentaje (alrededor del 90%) • CH3CH2O + H2O 2) CH3CH2OH + HO• Se presenta en un porcentaje bajo (alrededor del 5%) • CH2CH2OH + H2O 3) CH3CH2OH + HO• También se presenta en un porcentaje de alrededor del 5%. la hidrosfera y la litosfera. El ciclo del oxígeno atmosférico está determinado por cuatro procesos fundamentales que se presentan en la Figura 39. la respiración. oxidación de sustancias inorgánicas. oxidación de materia orgánica. Fotosíntesis terrena y marina. descomposición oxidativa. 2. a continuación. Descomposición oxidativa de la vegetación en los suelos y respiración 3. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Las reacciones generales se presentan. es un elemento indispensable en una de las funciones principales de los organismos vivos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 4. et al. 67 RAISWELL. Oxidación de sustancias inorgánicas reducidas expuestas por la erosión (Ej. 14-15 324 . A. 1983. Barcelona: Ediciones Omega. El proceso 4 es una salida de oxígeno fuera de la reserva atmosférica que se equilibra por la fotosíntesis. p. S. los cuatro procesos constituyen los flujos principales hacia y desde la reserva de oxígeno atmosférico. sin considerar la dinámica completa de este último. R. Ciclo del oxígeno atmosférico66 Como lo plantea Raiswell67. Específicamente en los procesos 2. Química ambiental. el cual se presenta en relación con el depósito de CO2. Un ejemplo de los procesos oxidantes en minerales frecuentes en la superficie terrestre (proceso 4) es el siguiente: 2 Fe2+ (aq) + 5 H2O (l) + ½ O2 (g) 2 Fe (OH)3 (s) + 4 H+ (aq) La reacción de fotosíntesis que permite el equilibrio del ciclo es la siguiente: 66 Elaborada por la autora del módulo. 3 y 4 intervienen microorganismos y se consume oxígeno atmosférico. W.. minerales portadores de Fe2+) y gases reducidos debido a la actividad Contenido didáctico del curso Química Ambiental volcánica Figura 39. y en estados excitados. así: a) Átomos de oxígeno. O2* c) Ozono. Cit. 630 nm y 558 nm (todas en el rango visible) debido a lo cual observamos el denominado resplandor celeste. p. O2. O*. En la atmósfera superior el oxígeno atómico se origina en una reacción fotoquímica: O2 + hɣ O + O Los átomos de oxígeno se presentan en la atmósfera en estado fundamental. b) Moléculas excitadas de oxígeno. el oxígeno atómico es estable en la termosfera debido a que allí difícilmente tienen lugar las reacciones en las que interviene un tercer cuerpo requerido para la reacción de este tipo de oxígeno. O. O3 De acuerdo con Manahan68. 325 . El oxígeno existe en formas diferentes al diátomico. Formas del oxígeno en la atmósfera superior. 68 MANAHAN.. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental CO2 + H2O + hɣ CH2O + O2 ElContenido ciclo representado de manera en la Figura 39 indica que el O2 presente didáctico del curso Químicageneral Ambiental en la atmósfera proviene de la fotosíntesis. La reacción para la producción el estado es a partir de la siguiente reacción del ozono: O3 + hɣ O* + O2 (λ < 308 nm) El oxígeno en estado excitado emite luz a tres longitudes de onda: 636 nm. lo cual muestra la importancia de este proceso en el equilibrio atmosférico. 379-381.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Óp. O. principalmente. son de 326 . le proporciona a la atmósfera un carácter ligeramente ácido.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. así: Dióxido de carbono: CO2 (g) H2O CO2 (acuoso) H+ + HCO3- CO2 (acuoso) + H2O La disolución en gotas de agua de la atmósfera de cantidades relativamente bajas del dióxido de carbono que. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección Reacciones Contenido35: didáctico del cursoácido-base Química Ambiental PALABRAS CLAVE: formación de especies ácidas y básicas. Oxidación del dióxido de azufre: SO2 + ½ O2 + H2O (2 H+ + SO42-) (acuoso) Oxidación del dióxido de nitrógeno: 2 NO2 + ½ O2 + H2O 2(H+ + NO3-) (acuoso) El ácido sulfúrico y el ácido nítrico tienen un carácter ácido mucho más fuerte que el de los formados por la disolución del CO2 y el SO2. Dióxido de azufre: SO2 (g) + H2O H+ + HSO3- El ácido formado y disociado tiene un carácter ligeramente más ácido que el formado a partir del CO2. 35. Especies ácidas Las especies ácidas presentes en la atmósfera pueden tener su origen en las reacciones que presentan compuestos como CO2 y SO2. Por esta razón. Otras especies químicas ácidas en la atmósfera se deben a la presencia de contaminantes secundarios producto de la oxidación de óxidos de nitrógeno y azufre. reacciones de neutralización.1. da lugar a la disociación en iones H + y en iones bicarbonato. posteriormente. 52) Manahan69 establece los siguientes efectos: presencia en la atmósfera del NH4+ como sal sólida disuelta que tiene carácter corrosivo y acción neutralizante de las especies ácidas de la atmósfera. frente a ácidos fuertes existentes en la atmósfera.. 327 . provenientes de ceniza y minerales constituyentes de las rocas existentes en la corteza terrestre. El amoníaco es el único compuesto básico presente en la atmósfera en cantidades apreciables. el hidróxido y el carbonato de calcio pueden estar presentes en la atmósfera. que tiene un cierto grado de solubilidad en el agua y que. Cit.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. que pueden estar presentes de forma natural o agregados en calidad de fertilizantes. Ca (OH)2 (s) + H2SO4 (acuoso) CaSO4 (s) + 2 H2O (7. 379. p. el óxido. se disuelve en las gotas de agua atmosféricas y puede cumplir la función de neutralizar los ácidos.2. Contenido didáctico del curso Química Ambiental 35. El amoníaco es la especie básica de mayor relevancia en la atmósfera. en forma de partículas. El origen de este gas está representado en la siguiente reacción: NO3. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental interés.3. desde el punto de vista de la contaminación.50) NH3 (acuoso) + HNO3 (acuoso) NH4NO3 (acuoso) (7.51) y (7. 69 MANAHAN. porque son responsables de la ocurrencia de la lluvia ácida. Reacciones ácido-base A continuación se presentan dos ejemplos de reacciones en las que participan las especies básicas. Óp.51) NH3 (acuoso) + H2SO4 (acuoso) NH4HSO4 (acuoso) (7. antes mencionadas. Por ejemplo. en consecuencia. Especies básicas Las especies básicas son de menor ocurrencia en la atmósfera que las ácidas.52) En relación con las reacciones (7.(acuoso) + (2 CH2O) (biomasa) + H+ NH3 (g) + 2 CO2 + H2O Se forma de manera natural por la descomposición de desechos de plantas y animales y en el suelo por la acción de bacterias sobre nitratos. 35. 328 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Ejercicios y preguntas 1)Contenido Complete la siguiente información relacionada con las capas de la atmósfera: didáctico del curso Química Ambiental CAPA ALTURA TEMPERATURA VIENTOS FENÓMENOS RELEVANTES Troposfera Estratosfera Mesosfera Termosfera Exosfera 2) Defina los siguientes conceptos:  Estado excitado  Radicales libres  Tercer cuerpo  Reacciones fotoquímicas 3) Indique los dos grandes tipos de desactivación de una especie química excitada y para cada uno establezca las diferencias entre los mecanismos involucrados. 5) Tomando como ejemplo la formación de los ácidos nítrico y sulfúrico.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 6) Establezca la diferencia entre las concentraciones deseables del ozono en la estratosfera y en la troposfera. explique la participación de las fases sólida y líquida de la atmósfera en las diferentes reacciones. respecto a éste indique:  La especie química clave para iniciar el proceso  Los resultados globales de la combinación del oxígeno con el CO. el dióxido de azufre y el metano. los óxidos de de nitrógeno. 4) En la troposfera uno de los procesos más importantes es la oxidación. Explique. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 7) Mediante el ciclo de Chapman explique las reacciones de formación y destrucción no catalítica del ozono.  Su mecanismo general de reacción. 12) Explique el origen de las especies ácidas y básicas en la atmósfera. qué clase hay y qué papel desempeñan en los mecanismos de destrucción del ozono. 11) A partir del ciclo del oxígeno atmosférico. dos ejemplos de su reactividad. 9) ¿Qué son las denominadas especies almacén. 329 . Contenido didáctico del curso Química Ambiental 8) Con respecto a las reacciones catalíticas de destrucción del ozono indique:  Las principales especies químicas catalizadoras. explique la participación de esta especie química en intercambios entre la hidrosfera. 10) En la troposfera tiene lugar una gran cantidad de reacciones con la participación de radicales libres:  Enumere los principales radicales indicando su origen.  Para cada uno presente. por lo menos. la litosfera y la atmósfera.  Su origen.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. de los animales y vegetales. Voguel y Alva 70 establecen: “la contaminación del aire es cualquier condición atmosférica en la que sustancias presentes producen un efecto adverso medible en la salud del humano. México: International Thomson Editores. p. fuente fija dispersa. En: ENKERLIN. Ricardo. Enrique y ALVA URDANIVIA. Así mismo definen como contaminante atmosférico “toda aquella sustancia que cause una desviación en la composición química media de la atmósfera. emisión. Los contaminantes pueden encontrarse en estado sólido. Contaminación atmosférica. 330 . fuente móvil. fuente de emisión. 36. fuente fija. Lección 36: Tipos y fuentes de contaminantes PALABRAS CLAVE: contaminantes primarios.1. 386-388. 1997. Ernesto et al. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental CAPITULO 8: CONTAMINACIÓN DE LA ATMÓSFERA Introducción Contenido didáctico del curso Química Ambiental Como punto de partida del estudio de la contaminación atmosférica es importante plantear algunas definiciones existentes al respecto.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Capítulo 17. fuente fija puntual. Tipos de contaminantes Los contaminantes de la atmósfera pueden clasificarse como primarios y secundarios: 70 VOGEL MARTÍNEZ. o bien un daño físico en los materiales (por ejemplo edificaciones y monumentos)”. contaminantes secundarios. fuente natural. líquido y gaseoso”. Ciencia ambiental y desarrollo sostenible. excepto CH4 71 Elaborada por la autora del módulo 331 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Clases de contaminantes atmosféricos71 Entre los contaminantes primarios se tienen: SO2 CH4 CO N2O NOx HFC NH3 PFC COVEM SF6 Partículas < 10µm Metales pesados CO2 COP Donde: COVEM = Compuestos Orgánicos Volátiles. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 40. Fuente fija: corresponde a la situada en un lugar determinado e inamovible. Entre estos compuestos están el ozono. el cual presenta las siguientes definiciones: Emisión: es la descarga de una sustancia o elemento al aire. o en alguna combinación de éstos. la lluvia ácida y los agujeros de ozono. Fuente de emisión: es toda actividad. Los contaminantes secundarios están relacionados con la contaminación fotoquímica. líquido o gaseoso. aldehídos y dióxido de nitrógeno y materia particulada generada por reacciones químicas atmosféricas que actúan sobre los contaminantes primarios gaseosos. 332 . aún cuando la descarga de contaminantes se produzca en forma dispersa. ácido sulfúrico. Pb. Fuentes de contaminantes Se clasifican en dos grandes grupos: fijas y móviles. o con su intervención. establece el Reglamento de Protección y Control de la Calidad del Aire. por razón del desplazamiento de la acción causante de la emisión. A este respecto. realizados por los seres humanos. susceptibles de emitir contaminantes al aire. Decreto 948 del 5 de junio de 1995. Cd COP = Contaminantes Orgánicos Persistentes Los contaminantes primarios que aparecen en la columna de la izquierda son los responsables del 90% de la contaminación atmosférica. en estado sólido. cetonas. modificado por el Decreto 2107 de noviembre 30 de 1995. como en el caso de las quemas abiertas controladas en zonas rurales. Fuente fija dispersa o difusa: es aquella en que los focos de emisión están dispersos en un área. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental HFC = hidrofluorocarbonados PFC = perfluorocarbonados Contenido didáctico del curso Química Ambiental Metales pesados: principalmente Hg.2. la legislación colombiana. proveniente de una fuente fija o móvil. proceso u operación. El decreto subdivide la fuente fija en dos subcategorías: Fuente fija puntual: la que emite contaminantes al aire por ductos o chimeneas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 36. trióxido de azufre. de una industria química.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Ejemplos de fuentes fijas: Existe una gran cantidad que incluye las plantas de energía. sus emisiones contienen plomo. fábricas. por razón de su uso o propósito. instalaciones de carga y descarga y fugas en equipos. también se considera el concepto de fuente natural. Dentro de una fuente fija pueden existir varios puntos de descarga. Entre los contaminantes producidos están SO2. 36. En este tipo de fuentes se incluyen las emisiones producidas por volcanes. dispositivo o sitio por donde se emiten los contaminantes a la atmósfera. En el caso.1. como los automotores o vehículos de transporte a motor de cualquier Contenido didáctico del curso Química Ambiental naturaleza. hidrocarburos no metanogénicos y compuestos nitrogenados y azufrados. los contaminantes del aire pueden emitirse desde conductos de ventilación. Ejemplos de fuentes móviles: El automóvil se considera la principal fuente móvil de contaminación del aire debido a que produce cantidades importantes de monóxido de carbono y en cantidades menores óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles. específicamente en la formación del ozono. CO e hidrocarburos. por ejemplo. imprentas. tanques de almacenamiento. 36. Punto de descarga: es el ducto. Las actividades asociadas con estas fuentes son principalmente la combustión de carbón y petróleo en plantas de generación de energía y la emisión de contaminantes que pueden resultar como subproductos en procesos industriales. 333 .2. a los productos de esta última se les denomina emisiones biogénicas que comprenden dióxido y monóxido de carbono.2. NOx. sitios de manejo de aguas residuales y áreas de tratamiento. vegetación y la actividad microbiana en suelos y océanos. océanos. CO2. Adicionalmente. los cuales desempeñan un papel importante en las reacciones que tienen lugar en la troposfera. refinerías de petróleo. chimenea. es susceptible de desplazarse. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Fuente móvil: es aquella que. suelos. metano. Aunque no está establecido en la legislación colombiana. lavanderías y chimeneas residenciales (que utilicen madera). industrias químicas. de flexión de los enlaces C – Cl. camiones y locomotoras. se hizo referencia a las especies químicas que actúan como catalizadores del consumo de ozono y que se representan con la letra X. bromuro de metilo. Los CFCs son compuestos formados únicamente por cloro. se conocen como clorofluorocarbonados y absorben radiación UV y también infrarroja (IR) debido a las vibraciones de tensión de los enlaces C . se conocen como hidrofluoroclorocarbonados. especialmente Cl y Br. por lo general. además. halones. hidrofluoroclorocarbonados. Debido a la presencia del hidrógeno. Ejemplo: CHF2Cl.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. tienen motores diesel que producen mayor cantidad de óxidos de nitrógeno que los automóviles. 334 . son inertes químicamente y se han considerado inocuos.F y C – Cl y. liberando átomos de halógenos que son los que destruyen el ozono estratosférico. mediante reacciones fotoquímicas. HCFCs. F y C. Por lo anterior. Entre las sustancias que contienen halógenos y contribuyen a la disminución del ozono están los CFCs. lo cual determina un tiempo de vida media menor en estos compuestos. Los átomos de halógenos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los buses. hidrofluorocarbonados. CFC-114 y CFC-115. numeral 2. se han utilizado como sustituto de los compuestos CFCs. Lección 37: Consumo del ozono de la estratosfera PALABRAS CLAVE: clorofluorocarbonados. denominado HCFC-22. Los CFCs se han utilizado como refrigerantes. flúor y carbono. porque poseen volatilidad adecuada. Las sustancias anteriores son bastante estables en la troposfera. Los HCFCs son compuestos formados por H. CFC-12. monóxido de carbono e hidrocarburos. pero se degradan en la estratosfera. tetracloruro de carbono. CFC-113. el cual produce principalmente óxidos de nitrógeno y. halones y bromuro de metilo y tetracloruro de carbono. se comportan de forma diferente a los CFCs. son catalizadores X de destrucción de ozono. Los más comunes son el CFC-11. HFCs. disolventes y para la fabricación de plásticos esponjosos. Los aviones Contenidoutilizan didácticocombustible del curso Química Ambiental también diferente al de los automóviles. Cl. también. En la lección 32. Se degradan en la troposfera por acción de los radicales HO• que reaccionan con el hidrógeno. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Los HFCs son compuestos formados por H. Martín M. Juan E. denominado HFC-134a.. 72 FIGUERUELO. Los compuestos HFCs se utilizan como sustitutos de los CFCs y los HCFCs. p. Los más empleados son el HCFC-22. En el recuadro siguiente se presenta una explicación de la nomenclatura utilizada para los compuestos anteriores. Ejemplo: CH2F-CF3. Los hidrofluorocarbonados reaccionan para formar HF que es estable frente a los radicales hidroxilos. basada en lo expuesto por Figuerelo y Dávila72. HCFC-141b. Cit. 335 . se conocen como hidrofluorocarbonados. 371-372. no reacciona fácilmente con el radical HO•. F y C. Óp. HCFC-141a y HCFC-123. y DÁVILA. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los HCFCs que contienen un grupo metilo. pero en la práctica didáctico del curso Química Ambiental noContenido es posible utilizarlos debido a que son altamente inflamables. por ejemplo el CH3-CFCl2 y el CH3CF2Cl podrían ser buenos sustitutos de los compuestos CFCs. lo cual evita la formación de radicales de flúor que reacción con el ozono para descomponerlo. HFC-125 = CHF2-CF3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Hidrofluorocarbonados (HFCs): Los dígitos indican:     Las unidades. así:    Las unidades. Clorofluorocarbonados (CFCs): La sigla anterior se presenta acompañada de dígitos que constituyen un código. átomos de hidrógeno más uno. que posteriormente se fue generalizando. 336 . HFC-134a = CH2F-CF3 En el último ejemplo se observa una letra. según su simetría. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental NOMENCLATURA DE COMPUESTOS 1.  Las centenas aparecen cuando están presentes dos o más carbonos enlazados entre sí y el resto de sus uniones son con los halógenos. El digito corresponde al número de carbonos enlazados menos uno. El número de átomos de cloro no se incluye en el código y se obtiene por diferencia entre los que podrían unirse al carbono menos los de flúor. átomos de flúor. CFC-113 = CF3-CCl3 2. Las decenas. decenas y centenas coinciden. Las centenas el número de carbonos menos uno. Ejemplos: HFC-32 = CH2F2. Ejemplos: CFC-11 = CFCl3. el número de átomos de F. En este caso. Las decenas. El isómero más simétrico no lleva letra. cuando la diferencia es cero se omite. El número de átomos de cloro no se incluye en el código y se obtiene por diferencia entre los que podrían unirse al carbono menos los de flúor. el de átomos de C. Ésta identifica los isómeros. la a se emplea para el siguiente isómero en simetría y las letras sucesivas a medida que van siendo menos simétricos El código que acompaña a la sigla tuvo origen comercial. el cual indica el número de átomos de los elementos que conforman un compuesto específico. CFC-12 = CF2Cl2. gov. de la cual se retoman las tablas que se presentan a continuación: Tabla 12. Ejemplos: CF3Br y CF2BrCl. Se utilizan en Contenido didáctico curso Química Ambientaldel Br en la atmósfera. Por otra parte. El tetracloruro de carbono (CCl4) es una sustancia utilizada como disolvente y compuesto intermedio en la fabricación de los CFCs. Ozono estratosférico. IDEAM. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los halones son compuestos fluorados de carbono con otros halógenos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. el cual afecta extintores y son ladelcausa del aumento grandemente la estabilidad de la capa de ozono. pero otra alcanza la estratosfera. se sintetiza y se usa como fumigante. el Instituto de Hidrología. Es estable en la troposfera y alcanza la estratosfera donde producto de reacciones fotoquímicas genera cloro atómico (Cl•).ideam. además.co:8080/jsp/loader. COMPUESTOS QUE APORTAN CLORO A LA ESTRATÓSFERA73 Aporte de Sustancias cloro a la Vida media agotadoras estratósfera atmosférica(años) de Ozono (%) Potencial de Emisiones agotamiento (miles de de ozono toneladas/año)* (ODP) Emitidas por Actividades Humanas CFC-12 32 100 1 130-160 CFC-11 23 45 1 70-110 CFC-113 (CCl2FCClF2) 7 85 1 10-25 73 Instituto de Hidrología. que como ya se ha mencionado propicia la descomposición del ozono.jsf?lServicio=Publicaciones&lTipo=publicaciones&lFuncion=loadCon tenidoPublicacion&id=34 337 . Meteorología y Estudios Ambientales. http://ingles. El bromuro de metilo (CH3Br) es un compuesto de origen tanto natural como sintético. Debido a la presencia de átomos de hidrógeno. IDEAM. presenta información importante. incluido el Br y no contienen hidrógeno. se produce y emite durante procesos de combustión de biomasa. donde mediante reacciones fotoquímicas libera bromo atómico (Br•). parte de este compuesto se elimina en la troposfera. Meteorología y Estudios Ambientales. De forma natural se libera de los océanos y de los suelos. Respecto a esta temática del ozono de la estratosfera y de su consumo por la presencia de diferentes especies químicas. en su página WEB. 1.02 3.000-4.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental CCl4 12 26 0. 338 . absorción muy efectiva por parte de los CFCs. Absorción de radiación por los CFCs y reacciones subsecuentes Si se considera un rango de radiaciones solares (UV) entre 120 nm y 360 nm de longitud de onda (λ) se encuentra la siguiente secuencia de absorciones por parte de diferentes especies químicas: a. c. a alturas alrededor de 40 km.38 160-200 Sustancias Aporte de bromo a agotadoras de Ozono la estratósfera (%) Halon-1211 Halon-1301 CH3Br Otros halones 20 14 5-20 4 CH3Br Gases de corta vida como el Bromoformo.0. 27-42 15 Vida media atmosférica(años) Fuentes Naturales 0.12 340-370 0.7 0. absorción por parte del O3. A λ entre 200-325 nm.02 .12 20 0.7 0. A λ < 142 nm.3 *Emisiones globales en el año 2000 Tabla 13.38 160-200 1 * Emisiones globales en el año 2000 En esta lección se hace énfasis en las reacciones de las CFCs y los halones. b. 37. 74 Ibíd.000 Contenido didáctico del curso Química Ambiental HCFC 4 1-26 Fuentes Naturales CH3Cl 16 1. a alturas alrededor de 20 km.73 70-90 CH3CCl3 4 5 0. A λ entre 185-210 nm. COMPUESTOS QUE APORTAN BROMO A LA ESTRATÓSFERA74 Potencial de Emisiones (miles de agotamiento de ozono * toneladas/año) (ODP) Emitidas por Actividades Humanas 16 6 ~ 10 65 12 ~3 0. absorción por parte del O2. 3. Absorción de radiación por los halones y reacciones subsecuentes. HOx y ClOx y 2. liberan Br• como resultado de reacciones fotoquímicas.2) Los Cl• formados mediante las anteriores reacciones fotoquímicas generan la destrucción del ozono. denominadas de la familia BrOx: Familia BrOx Br• + O3 BrO• + O2 (8. La gran mayoría de estas reacciones se presentaron en la Lección 32. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Para absorber la luz UV. a través de diferentes reacciones.3) BrO• + O Br• + O2 (8.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. El Química CFC-11absorbe destrucción del ozono.1. 37. Ejemplo: CF3 + Br• CF3Br + hɣ El Br• formado a partir de los halones genera la destrucción del ozono. la mayoría de las moléculas de CFC deben alcanzar las partes medias y altas de la estratosfera donde encuentran suficiente cantidad de Contenidode didáctico del curso Ambiental a altitudes inferiores que ocasionan la radiación esa clase. Los halones.3. NOx y ClOx). Familia ClOx.4) La reacción neta es: O3 + O 2 O2 También se presentan las siguientes reacciones: Br• + O3 BrO• + O2 (8. a través de diferentes reacciones. la absorción de la radiación rompe el enlace más débil que corresponde al C – Cl.2.2. también. de manera similar a los CFCs.1) CF2Cl + hɣ CF2 + Cl• (8.2. así: CF2Cl2 + hɣ CF2Cl + Cl• (8.6) 339 . En los compuestos CFCs con sus enlaces C – F y C – Cl.5) Br• + O3 BrO• + O2 (8.3. Características químicas de la estratosfera (remítase a los numerales 2. en la baja estratosfera. 2. Los contaminantes atmosféricos de mayor ocurrencia comprenden gases inorgánicos. Monóxido de carbono Este compuesto tiene un punto de ebullición de -192°C. reacciones y efectos ambientales de: CO. principalmente óxidos de carbono. temperatura por encima de la cual existe como un gas incoloro. provienen tanto de fuentes naturales. nitrógeno y azufre.1. es inflamable y arde con llama azul. NO3. NO. 38.9) La reacción neta es: 2 O3 3 O2 ACTIVIDAD # 19: Revise los conceptos principales alrededor del tema de ozono estratosférico en el sitio WEB del Instituto de Hidrología.gov. CO2. SO2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. IDEAM: http://ingles. NO2. inodoro e insípido. fuentes.7) BrContenido Br• + BrO (8. que se aloja principalmente en la cada inferior de la atmósfera.jsf?lServicio=Publicaciones&lTipo=public aciones&lFuncion=loadContenidoPublicacion&id=34 ¡Discuta su respuesta con el tutor! Lección 38: Óxidos y compuestos orgánicos volátiles: comportamiento y efectos ambientales PALABRAS CLAVE: características.ideam. como de las actividades humanas.co:8080/jsp/loader. SO3 y COV’s. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental BrO• + BrO• + M Br2O2 + M (8. tiene solubilidad extremadamente baja en agua. Los niveles de CO. Meteorología y Estudios Ambientales.8) 2O2 + hɣdidáctico del 2 curso Química Ambiental Br• + O2 + M BrO2 + M (8. y vapores de compuestos orgánicos que se evaporan a temperatura y presión ambientales. 340 . y organismos Contenido didáctico del curso marinos del orden de los hidrozoos. aviones.1.1. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 38. petróleo. metoperóxido y metoxilo. CH4 + HO• CH3• + H2O (8. 38. pantanos y arrozales). 341 . buques.1. o Pérdidas en procesos industriales: elaboración de negro de humo. Fuentes antropogénicas: o Medios de transporte: por carretera (con uso de motor a gasolina y diesel). o Eliminación de residuos sólidos: incineración al aire libre. madera. o Combustión de fuentes estacionarias de carburantes: carbón. fundiciones de hierro. vía radicales metilo.12) (8. elaboración de pasta de papel kraft.14) HCO• + O2 HO2• + CO (8. HCHO + hɣ H• + HCO• (8. Fuentes naturales: o Descomposición de Química materiaAmbiental vegetal.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. acerías. La formación del CO ocurre en dos etapas: a) oxidación del CH4 a formaldehido por reacción con radicales HO•. o Oxidación atmosférica del metano (CH4) que se origina en la descomposición de sustancias orgánicas que se encuentran en condiciones anaeróbicas (por ejemplo.2.15) La oxidación del CH4 como fuente de CO es un proceso por medio del cual se genera el monóxido de carbono dentro de la atmósfera. gas natural. que libera CO directamente a la atmósfera.10) CH3• + O2 CH3OO• (8. ferrocarriles. municipal.11) CH3OO• + NO• CH3O• + O2 CH3O• + NO2• HCHO + HO2• (8.13) b) fotólisis del formaldehido. especialmente en regiones tropicales. a partir de la cual el monóxido se introduce directamente en la atmósfera. a diferencia de la descomposición del material vegetal. refinerías de petróleo. incluyendo la clorofila. 17) Esta reacción se presenta en procesos industriales. Su permanencia en el aire ambiental depende. quemas de residuos de carbón. Stephen y SEAGER Spencer L. Sin embargo. además de las tasas de emisión.3.3. Barcelona: Blume.1. H.1.2. 38. Contaminación del aire y del agua. p.1.1. como los altos hornos. turbulencia del aire y estabilidad atmosférica. CO2 CO + O (8. En estos casos es útil porque actúa como agente reductor en la producción de hierro a partir de minerales de óxido de hierro.1. 2C + O2 2CO (8. Combustión incompleta de compuestos que contienen carbono. quemas agrícolas. a temperaturas elevadas.3. Disociación del CO2 a altas temperaturas.3. en el proceso industrial neto puede escapar hacia la atmósfera una cantidad del monóxido que puede actuar como contaminante. donde las emisiones son altas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Procesos varios: incendios forestales. Reacción entre CO2 y materiales que contienen carbono.4. debido a cantidad insuficiente de oxígeno disponible. 342 . Efectos ambientales La concentración de CO ambiental está directamente relacionada con las zonas de alto tráfico vehicular. 26-28. La tasa de dispersión depende de factores meteorológicos como velocidad y dirección del viento. CO2 + C 2CO (8. En las zonas urbanas los períodos de turbulencia son muy cortos comparados con los de 75 STOKER.18) Esta reacción requiere temperaturas entre 1745°C y 1940°C.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 1981. Procesos de formación del CO antropogénico: De acuerdo con Stoker y Seager75 tres grandes procesos encierran la mayor parte de la química del CO importante en los estudios de contaminación.3.16) 38. Contenido didáctico del curso Química Ambiental 38. 38. de las tasas de dispersión y eliminación. Química ambiental. 38.1. 343 . o Los suelos si han demostrado cierta capacidad para eliminar el CO de la atmósfera. como la siguiente: 2CO + O2 2CO2 son demasiado lentas. este radical mediante reacciones subsiguientes se recupera.19) O2 + H + M HO2• + M (8. o Los océanos son fuentes de emisión del monóxido y no sumideros.20) HO2• + NO HO• + NO2 (8. CO + HO• CO2 + H (8.23) o Otras reacciones atmosféricas. con esta reacción se logra la eliminación de alrededor del 0.1. o Las plantas superiores no han mostrado capacidad de eliminación apreciable del CO de la atmósfera que las rodea.22) H2O2 + hɣ 2 HO• (8. por lo cual no representan un mecanismo de eliminación apreciable del gas. se presentan las siguientes situaciones: o El monóxido de carbono se elimina de la atmósfera por reacción con el radical HO•. Efectos sobre la salud del hombre y de los animales. en donde participan activamente diversas especies de hongos. lo cual causa una dispersión baja y favorece el aumento de la concentración de este gas en el aire. 38.4. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental estancamiento. Reacciona con la hemoglobina (Hb) de la sangre alterando su función vital de transporte de oxígeno en el organismo. Contenido didáctico del curso Química Ambiental En cuanto a la eliminación. Como resultado neto.1% del CO disponible.21) HO2• + HO2• H2O2 + O2 (8.1. mediante procesos de naturaleza biológica. el cual a concentraciones > 50 ppm se torna peligroso para la salud humana y de los animales. La hemoglobina lleva oxígeno en forma de oxihemoglobina (O2Hb) desde los pulmones hasta las células y CO2 (como CO2Hb) desde éstas hasta los pulmones.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Por hora del día (esto es con presencia de luz solar). La tasa de eliminación depende de la temperatura y del tipo de suelo. en las áreas urbanas y sus alrededores se favorece la concentración de este gas. Las mediciones de este gas en el ambiente que rodea las plantas y sus microorganismos asociados difícilmente supera el nivel mencionado. Efectos sobre las plantas y microorganismos: No se han observado efectos negativos en el crecimiento y desarrollo de las plantas superiores. Dióxido de carbono 76 Ibíd. contado a partir de la inhalación del aire. la cual está en relación directa con la concentración de CO presente en el aire inhalado. Química Ambiental respecto O2. fatiga. Excepcionalmente. o >2-5%: alteraciones del sistema nervioso central. fallas respiratorias. debido a que su afinidad por el CO es doscientas veces superior con Contenidoaldidáctico cursocircunstancias. 33. 38. se establece un equilibrio entre la concentración del monóxido en el aire y la concentración de COHb en la sangre. coma..1. 344 . Después de un determinado tiempo.2.2. Endel estas se reduce la capacidad de transporte de oxígeno. se observó inhibición en la capacidad de fijación de nitrógeno en bacterias que viven en las raíces de leguminosas después de una exposición de un mes a una concentración de 100 ppm de CO76. o >10-80%: dolor de cabeza.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. muerte. Los efectos del CO sobre la salud se miden con base en la concentración de COHb en la sangre.: agudeza visual). o >5-10%: alteraciones en las funciones cardíacas y pulmonares. 38. la hemoglobina puede formar la carboxihemoglobina (COHb). Los principales efectos observados en la salud de acuerdo con los niveles de COHb en la sangre son los siguientes: o <1% de COHb en la sangre: no se presentan efectos apreciables. cuando los niveles de CO alcanzan hasta 100 ppm.4. El tiempo requerido para alcanzar el equilibrio es más corto en personas con gran actividad física que en personas en reposo. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental En presencia de CO. p. con exposición de una a tres semanas. especialmente funciones psicomotrices (ej. o >1-2%: algunas alteraciones del comportamiento. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Este compuesto es un gas incoloro, denso, que forma parte de la composición de la troposfera y es poco reactivo. El comportamiento del CO2 está determinado por Contenido didáctico del curso Química dos componentes principales, suAmbiental ciclo natural y los cambios inducidos por las actividades humanas. Figura 41. Ciclo del CO277 La Figura 41 muestra los componentes que determinan el comportamiento de este gas. 77 Tomada y adaptada de: http://homepage.mac.com/uriarte/cicloCO2.html 345 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los depósitos naturales del carbono que participan en el ciclo del CO 2 son el subsuelo, las profundidades del océano, las aguas superficiales oceánicas, la Contenidoy didáctico del curso Química Ambiental biomasa la atmósfera, entre los cuales se dan intercambios y equilibrios. Las actividades humanas que participan en este ciclo son la quema de combustibles fósiles, la agricultura y la deforestación. Como resultado de la quema el CO2 se deposita directamente en la atmósfera. Como lo describen Raiswell et al78, en las zonas terrestres el dióxido de carbono es captado por la vegetación, mediante la fotosíntesis, y almacenado en las plantas y en la materia orgánica. Es devuelto a la atmósfera como resultado de la respiración de algunos organismos, y en un tiempo mucho más largo, cuando tiene lugar la descomposición microbiológica en el sistema edáfico (suelo). Entre las aguas superficiales oceánicas y la atmósfera se mantiene un equilibrio como resultado de la disolución continua y la desgasificación del CO 2. La transferencia de capas superficiales oceánicas a las más profundas es muy lenta y sólo hay mezcla efectiva en las regiones polares. Por lo anterior, las adiciones de CO2 a la atmósfera debidas a las actividades antropogénicas se mantienen en la atmósfera y en las capas superficiales de los océanos y en cantidades escasas en las capas profundas. Se han realizado análisis de la concentración atmosférica de CO2, y de otros gases del denominado efecto de invernadero, teniéndose información de los últimos 150.000 años. Los resultados indican que las concentraciones han variado en la escala temporal de las glaciaciones, de manera que son bajas en los periodos glaciales y relativamente altas en los períodos interglaciares. Se podría concluir que el aumento registrado desde el siglo pasado corresponde a las fluctuaciones naturales, si se tiene en cuenta que nos encontramos en un período postglacial; sin embargo, el aumento actual supera las predicciones basadas en los registrados del pasado y se ha acelerado durante los últimos 160 años. La situación anterior se atribuye a los efectos combinados del uso de combustibles fósiles y las quemas con fines agrícolas que han ocasionado un aumento de 80 ppm, desde mediados del siglo XIX hasta nuestros días. Este 78 RAISWELL, R. W. et al. Óp. Cit., p. 39-40. 346 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental aumento se considera un componente del cambio climático global, que se estudiará en mayor detalle en la lección 39. Contenido didáctico del curso Química Ambiental 38.3. Óxidos de nitrógeno Los óxidos de interés en la química de la troposfera son: NO, NO2, el radical NO3 y el N2O5. Generalmente se utiliza la notación NOx para representar conjuntamente al NO y NO2 involucrados en la contaminación del aire. 38.3.1. Fuentes de óxidos de nitrógeno o El NO atmosférico proviene de fuentes naturales (aproximadamente 80%) y antropogénicas (aproximadamente 20%). o Prácticamente la totalidad del NO2 es de origen antropogénico. o Las principales fuentes antropogénicas son: medios de transporte, combustión de fuentes estacionarias de carburantes (carbón, petróleo, gas natural, madera), pérdidas en procesos industriales (fabricación de ácido nítrico), eliminación de residuos sólidos, quemas agrícolas e incendios forestales. o En la combustión las cantidades producidas dependen de la temperatura de combustión y de la proporción N:O; por lo general, el porcentaje más bajo corresponde a la formación del NO2 que es <10% de los óxidos de nitrógeno totales producidos. 38.3.2. Reacciones de los óxidos de nitrógeno 38.3.2.1. Reacciones del NO 2NO + O2 2NO2 (8.24) El anterior equilibrio está desplazado hacia la izquierda, lo cual indica que este tipo de oxidación es de baja ocurrencia en la atmósfera. NO + O3 NO2 + O2 (8.25) Esta oxidación con participación del ozono sí es de común ocurrencia en la atmósfera. En presencia de radiación solar el NO2 formado sufre fotólisis, seguida de una rápida recuperación del ozono, así: NO2 + hɣ NO + O* (8.26) 347 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental O* + O2 + M O3 + M (8.27) LaContenido reaccióndidáctico (8.27) del es curso la única de formación Química Ambiental de ozono en la troposfera. Cuando no hay presencia de compuestos orgánicos en la atmósfera, las reacciones (8.24), (8.25) y (8.27) se constituyen en un ciclo de formación y destrucción de NO, NO2 y O3. En presencia de compuestos orgánicos tienen lugar reacciones de oxidación por dos vías diferentes, así: RO + NO2 (8.28) RONO2 (8.29) NO + RO2 La reacción (8.29) compite con la reacción (8.24) en la oxidación del NO. Otras reacciones del NO se presentan con los radicales HO2, HO, RO y NO3, así: NO + HO2 NO2 + HO NO + HO + M (8.30) HONO (8.31) Esta reacción (8.31) con formación de ácido nitroso, si tiene lugar al terminar el día, sirve para almacenar NO y HO durante la noche. En presencia de luz solar el HONO sufrirá reacción fotoquímica con liberación de radicales HO. Las reacciones con radicales RO se dan por dos vías principales y también almacenan NO durante la noche: R1R2CO + HONO (8.32) RONO (8.33) NO + RO Al igual que el HONO los RONO también sufren fotólisis en forma rápida. La reacción con NO3 es una reacción rápida que controla la concentración de esta especie química durante la noche. NO + NO3 2NO2 (8.34) 348 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 38.3.2.2. Reacciones del NO2 LaContenido fotólisisdidáctico ya presentada el numeral anterior (8.26): del cursoen Química Ambiental NO2 + hɣ NO + O* Presenta reacciones similares a las del NO con las especies químicas, HO, O3, NO3, HO2, RO, RO2: NO2 + HO + M HONO2 (8.35) Esta reacción con formación del ácido nítrico es importante como sumidero de los compuestos de nitrógeno en la atmósfera. La reacción con ozono, de especial importancia en ausencia de la luz solar, es fuente de radicales NO3 que participan en la oxidación de los compuestos orgánicos presentes en la atmósfera: NO2 + O3 NO3 + O2 (8.36) La reacción con NO3 es nocturna y reversible. El N2O5 producido es un almacén temporal del NO3: NO2 + NO3 + M N2O5 + M (8.37) La reacción con el HO2 (radical hidroxiperoxilo) produce un compuesto inestable térmicamente, el ácido peroxinítrico; en las zonas frías de la troposfera este ácido puede ser un almacén de NO2. NO2 + HO2 + M HO2NO5 + M (8.38) La reacción con el radical alquilperoxilo produce alquilperoxinitratos que también son especies térmicamente inestables: NO2 + RO2 + M RO2NO5 + M (8.39) La reacción con el radical alcoxilo tiene dos vías: RONO2 (8.40) R1R2CO + HNO2 (8.41) NO2 + RO Además de la formación de los alquilnitratos (8.40), en presencia de hidrógenos disponibles se puede formar el ácido nitroso y un compuesto carbonílico. 349 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental El dióxido nitroso también puede reaccionar con el agua, reacción que se lleva a cabo sobre superficies líquidas o sólidas. No se conoce exactamente el Contenido didáctico delreacción; curso Química Ambiental se acepta que no hay intervención del mecanismo de esta actualmente NO y que se da la formación de un complejo superficial, NO2.H2O, que es el proceso limitante79. NO2 + H2O + superficie NO2.H2O (superficie) NO2.H2O (superficie) + NO2 HONO + HNO3 (8.42) (8.43) 38.3.2.3. Reacciones del NO3 En los numerales anteriores se presentaron las reacciones con el NO2 y el NO que se constituyen en sus materias primas (reacciones 8.37 y 8.34, respectivamente). Para el caso de la reacción 8.37, se da un mecanismo alterno, pero en proporciones muy bajas: NO3 + NO2 NO + NO2 + O2 (8.44) El NO3 presenta reacciones fotoquímicas por dos vías: NO3 + hɣ NO + O2 donde: λ <712 nm (8.45) NO3 + hɣ NO2 + O* donde: λ <587 nm (8.46) Las reacciones anteriores indican que el NO3 se presentará en concentraciones apreciables sólo en la noche cuando están presentes el ozono y el dióxido de nitrógeno, y no hay presencia de hidrocarburos ni NO. Las reacciones con los alcanos son de captura de un átomo de hidrógeno con la formación de HNO3 y un radical alquilo. NO3 + RH R + HNO3 (8.47) Las reacciones con los alquenos se dan en dos vías principales: 79 FIGUERUELO, Juan E. y DÁVILA, Martín M. Óp. Cit., p. 196. 350 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y – A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental R1R2C–CR3R4ONO2 (8.48) NO 3 + R1Rdidáctico 2C=CR3R Contenido del4 curso Química Ambiental R1R2C–O-CR3R4 + NO2 (8.49) Se producen especies alquilnitratos y oxoalquilos, respectivamente Los mecanismos de la reacción con el radical hidroxiperoxilo no están aún bien definidos80, se han sugerido dos vías principales: HNO3 + O2 (8.50) HO + NO2 + O2 (8.51) NO3 + HO2 También se presenta una reacción bimolecular, con rendimientos muy bajos: NO3 + NO3 2NO2 + O2 (8.52) 38.3.2.4. Reacciones del N2O5 El N2O5 formado a partir de la reacción 8.37 sufre fotólisis por dos vías principales: NO3 + NO2* (8.53) NO3 + NO + O (8.54) N2O5 + hɣ Se puede deducir de las dos reacciones anteriores que la existencia del N2O5 es transitoria durante el día; mientras dure su presencia puede reaccionar con el agua, en forma lenta, si ésta se encuentra en estado de vapor, y en forma rápida si se realiza con agua líquida o sólida, para formar ácido nítrico. N2O5 + H2O + superficie 2 HNO3 (8.55) 38.3.3. Efectos ambientales 80 FIGUERUELO, Juan E. y DÁVILA, Martín M. Óp. Cit., p. 198. 351 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Son las especies químicas precursoras de la formación del ácido nítrico, componente importante de la lluvia ácida. Esta temática se abordará en la lección Contenido didáctico del curso Química Ambiental 40. 38.3.3.1. Efectos sobre la salud del hombre y de los animales. Los NOx son potencialmente peligrosos para la salud. La efecto tóxico del NO está representado en su capacidad para oxidarse a NO2. El dióxido de nitrógeno es cuatro veces más tóxico que el NO81. Los efectos principales del NO2 sobre la salud, tanto de hombres como de animales, a medida que aumenta su concentración, tienen que ver con el sistema respiratorio: percepción a través del olfato (el umbral olfativo está entre 1 y 3 ppm), irritación nasal, dificultades respiratorias, dolores agudos en el tracto respiratorio, edema pulmonar y la muerte (concentraciones iguales o mayores a 100 ppm). 38.3.3.2. Efectos sobre materiales. o Pérdida de color de los tintes de los textiles. o Corrosión de cables trenzados de cuproníquel, ocasionada principalmente por nitratos particulados. 38.4. Óxidos de azufre Los óxidos de azufre que se emiten a la atmósfera son el SO2 y el SO3. Se utiliza la notación SOx para representar conjuntamente estos dos gases. La mayor cantidad emitida corresponde al SO2 en una proporción de alrededor del 98%. El SO2 tiene punto de fusión de -75,5°C y punto de ebullición de -10,0°C. Es incoloro, con olor acre e irritante a concentraciones > 3 ppm. El SO3 tiene punto de fusión de 16,9°C y punto de ebullición de 44,8°C, por lo cual puede condensarse fácilmente. Es incoloro y muy reactivo. 38.4.1. Fuentes de óxidos de azufre o La entrada directa a la atmósfera se origina en actividades antropogénicas, principalmente, combustión del carbón y petróleo, fundiciones de cobre, cinc y plomo y actividades de transporte. o Las emisiones volcánicas pueden aportar una cantidad reducida de SO 2. 81 STOKER, H. Stephen y SEAGER Spencer L. Óp. Cit., p. 62. 352 56) 2SO2 + O2 2SO3 (8. Fotoquímica SO2 + hɣ SO2* (8.59 no tiene lugar permanentemente. Los rangos de longitud de onda a los cuales absorbe energía son: a) λ > 240 nm y < 330 nm y b) λ >340 nm y < 400 nm.4.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 38.4. refinación del petróleo y fabricación de pasta de papel.3. 38. presentes en la troposfera están: ozono.2. A 1200°C se descompone en SO2 y O2 38. Contenido didáctico del curso Química Ambiental El origen natural comprende la descomposición biológica a nivel marino y terrestre y la actividad volcánica. debido a que las concentraciones de oxígeno atómico en la troposfera son bajas. vulcanización del caucho. Se dará en 353 . Reacciones del SO2 en la atmósfera 38.4. que se puede representar mediante las siguientes reacciones: S + O2 SO2 (8.2.57) La producción de SO3 es baja debido a que este gas es inestable a altas temperaturas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Aportes indirectos mediante la oxidación en la atmósfera del H2S.58) El SO2 en su estado fundamental absorbe energía dando lugar a tres diferentes estados excitados que podrían facilitar su oxidación. Este aporte es grandemente significativo y tiene origen natural y antropogénico.4. La combustión de cualquier compuesto que contenga azufre produce SO 2 y SO3. Los estados excitados del SO2 se desactivan fácilmente por colisión y transferencia de energía al O2.60) La reacción 8. Oxidación en fase gaseosa Entre las principales especies potencialmente oxidantes. oxígeno atómico y los radicales HO•. La otra fuente son las operaciones industriales como la curtiembre. por lo cual este mecanismo no se considera efectivo ni de alta incidencia en su oxidación.1.3.3. Reacciones de formación de SOx para emisión directa.59) (8. SO2 + O* + M SO2 + O3 SO3 + M SO3 + O2 (8. H2O (8. H2O H2SO4. H2O HSO3. H2O (8. Óp.+ H+ (8. la regeneración de los radicales hidroxilos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. que puedan generar O. La reacción con el radical hidroxilo es el mecanismo más eficiente y de velocidad alta. Efectos ambientales de los SOx 82 FIGUERUELO.66) Se producen los iones bisulfito y sulfito cuyas concentraciones dependen del valor del pH.4.62) HO2• + NO HO• + NO2 (8. Contenido didáctico del curso Química Ambiental La reacción 8.4.3. 354 .68) El SO3 producido por oxidación del SO2 o el emitido directamente a la atmósfera reacciona rápidamente reacciona rápidamente con el vapor de agua generando ácido sulfúrico. Martín M. p.63) Esta secuencia permite. Cit. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental presencia de NO2 en cantidades suficientes. además de la formación del SO 3.3. Equilibrios producto de la disolución en agua.67) (8. y DÁVILA. Reacciones del SO3 SO3 + H2O SO3.61) HOSO2 + O2 HO2• + SO3 (8..65) HSO3- SO32. 38. SO2 + H2O SO2. H2O + H2O SO3. 38. 306.60 también tiene una incidencia menor debido a que la velocidad de reacción es baja82.5.64) SO2.4. mediante reacciones de fotodisociación. El mecanismo de esta oxidación comprende la siguiente secuencia de reacciones: SO2 + HO• + M HOSO2 + M (8.4.+ H* (8. 38. Juan E. 5. Stephen y SEAGER Spencer L. caliza y argamasa. que se inicia con el secamiento. Los carbonatos presentes en estos materiales se transforman en sulfatos que 83 STOKER. dependiendo de la concentración. Efectos en la salud del hombre El SO2 actúa sobre el sistema respiratorio.0 ppm o Causa tos: 20. o En ambientes contaminados con SO2. H. Óp.0 ppm 38. ocasionando necrosis de las hojas..3.5. llegando a observarse afectación del mecanismo de síntesis de la clorofila. Efectos en los materiales. 107. 38.4.4. pasando por tonos blancuzcos. el cual se incrementa gradualmente. 38. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Son las especies químicas precursoras de la formación del ácido sulfúrico.5. esto es. a concentraciones altas (> 0.10 ppm) durante tiempos prolongados (más de un mes hasta varios años).5 ppm o Valor de partida que induce constricción de los bronquios: 1. o El ácido sulfúrico procedente de la contaminación atmosférica ataca materiales de construcción como el mármol.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. así83: o Concentración mínima a la cual se observa respuesta en los seres humanos: 0. Efectos en las plantas Los SOx afectan las plantas de dos formas principales: o De forma aguda.10 ppm) durante un tiempo corto (una hora hasta un mes). esto es. especialmente el hierro y el cinc.0 ppm o Causa irritación en los ojos: 10. a concentraciones bajas (< 0.2. p. componente importante de la lluvia ácida.1.4. Cit. Esta temática se abordará en la lección Contenido didáctico del curso Química Ambiental 40.6 ppm o Causa inmediata de irritación en la garganta: 8.2 ppm o Valor de partida para el reconocimiento del olor del gas: 0. o De forma crónica. corrosión de un gran número de metales. 355 . ocasionando lesiones en las hojas que se manifiestan en un color amarillento. durante el día. Fuentes antropogénicas Procesos industriales relacionados con la producción de disolventes. el isopreno. 38. 38. Fuentes naturales Emitidos directamente por plantas. pinturas y barnices con base disolvente. el metano.5. Cl y Br. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental son solubles en agua. Se evaporan a temperatura y presión ambientales generando vapores. Contenido didáctico del curso Química Ambiental o El cuero absorbe fácilmente SO2. acetona. La oxidación se inicia con los radicales hidroxilos y la subsecuente formación del radical metilo: 356 .5. pegamentos.2. lo cual produce decoloración y fragilidad hasta que el papel se torna quebradizo.1. utilizando como ejemplo de compuesto orgánico el más sencillo. 38. propano. xileno. Los materiales se observan picados y se debilitan mecánicamente.1. 38. Fuentes de los COV’s 38. Con el primero las reacciones se llevan a cabo durante el día y con el segundo en la noche. F. por ejemplo. principalmente. dispersantes y desengrasantes. hidrógeno y oxígeno es posible encontrar otros elementos como por ejemplo el N.1. alcohol butílico. metiletilcetona. con lo cual pierde resistencia y puede llegar a desintegrarse.1. Entre estos compuestos encontrados en la atmósfera están el metano.2. etilenglicol y tricloroetileno.5. pineno y limoneno. butano. Compuestos orgánicos volátiles (COV’s) Son sustancias orgánicas en las que además del carbono. Reacciones de oxidación de los COV’s En estas reacciones intervienen principalmente los radicales HO• y NO 3•. o El papel absorbe SO2 que se oxida hasta H2SO4. se presenta a continuación.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.5. La secuencia de reacciones que tiene lugar.5. S. el CO para el ejemplo presente: HCHO + HO HCO + H2O (8.69) LaContenido adición didáctico de oxígeno produce el radical metilperoxilo: del curso Química Ambiental CH3 + O2 CH3O2 (8.81) 357 .71) CH3O + O2 HCHO + HO2 (8.73) La reacción neta es: CH4 + 2NO + 2O2 HCHO + HO2 + 2NO2 (8. si hay suficiente cantidad de NO disponible: HO2 + NO NO2 + HO (8.72) Por reacción del radical hidroxiperoxilo se recupera el radical hidroxilo: HO2 + NO HO + NO2 (8.76 ocurrirá otra secuencia de reacciones que se iniciará con la reacción equivalente a la 8. dando origen a otra serie de reacciones.77) CO + OH + M H + CO2 + M (8.73.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. que da lugar a la formación de otro compuesto carbonilo.76) A partir de los radicales hidroperoxilo formados en la reacción 8.78) H + O2 + M HO2 + M (8.79) HO2 + NO NO2 + HO (8.74) El primer compuesto carbonilo producido (en este caso formaldehido) reacciona con el radical hidroxilo recuperado. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental HO + CH4 H2O + CH3 (8.75) HCO + O2 HO2 + CO (8.70) En seguida se da la intervención del NO y el O 2 para la formación del formaldehido: CH3O2 + NO CH3O + NO2 (8.80) La reacción neta es: CO + O2 + NO CO2 + NO2 (8. 73 será la Contenido didáctico del curso Química Ambiental siguiente: HO2 + O3 HO + 2O2 (8. Por el contrario.86) Las reacciones 8. porque puede afectar severamente las funciones respiratorias.82 son competitivas y la mayor ocurrencia de una de ellas depende de las concentraciones de los reactivos y las velocidades de reacción. en presencia de luz solar. también. Efectos ambientales de los COV’s Tienen efectos que se podrían denominar opuestos. de un color carmelito.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. una serie de reacciones que produce formación de ozono a nivel del suelo. Como consumidores de ozono influyen en la degradación de la capa de ozono. da origen al ozono troposférico. animales y el ser humano. El fenómeno de smog fotoquímico se tratará en mayor detalle en la lección 40. la reacción de estos compuestos orgánicos con los NOx presentes en la atmósfera. debido a que participan en las reacciones de formación del ozono en la troposfera y en las de destrucción del ozono en la estratosfera. Tal es el caso de compuestos como el tricloroetano y el tetracloruro de carbono. 358 . 38. que consiste básicamente en atmósferas ricas en ozono.3.83) H + O2 + M HO2 + M (8. Resulta. fenómeno que se denomina smog fotoquímico.77 y 8.5. El ozono es perjudicial para las plantas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Cuando en la atmósfera no hay suficiente cantidad de NO disponible la secuencia de reacciones que se iniciará con la reacción equivalente a la 8.82) CO + HO + M H + CO2 + M (8.85) En esta secuencia se consume ozono y la reacción neta es: CO + O3 CO2 + O2 (8.84) HO2 + O3 HO + 2O2 (8. Parte de la radiación es reabsorbida.1. vórtex. El efecto invernadero El efecto invernadero es un fenómeno atmosférico natural que permite mantener la temperatura del planeta. Los diferentes gases y otros componentes de la atmósfera no absorben igual la radiación solar.1.000 nm (5-50 µm) con un máximo a una λ de 15. momento dipolar. el dióxido de carbono y el gas metano y emitida en todas las direcciones. por el vapor de agua. sin embargo. hace que la temperatura media de la superficie de la tierra sea 33°C mayor que la que tendría si no existieran gases en la atmósfera que absorben energía. 39. La luz se absorbe cuando encuentra una molécula y la frecuencia de la luz coincide con algún movimiento interno de la molécula.000 nm (15 µm). gases invernadero. el dióxido de carbono. mientras que otros como el vapor de agua. mientras que absorben las radiaciones largas (infrarrojas). al retener parte de la energía proveniente del sol. de dos átomos. no emite al espacio exterior toda la radiación proveniente del sol. aún en ambientes no contaminados. Esta diferencia es decisiva en la producción del efecto invernadero. Mecanismo del efecto invernadero La Tierra emite radiación en el rango del espectro electromagnético correspondiente al infrarrojo (IR). entre 5000-50. nubes estratosféricas polares. Alrededor del 70% de la energía solar que llega a la superficie de la Tierra es devuelta al espacio.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. el gas metano y los NOx son transparentes a las radiaciones de corta longitud de onda (ultravioleta y visible). efecto invernadero intensificado. radiación infrarroja. relativo a cada uno de ellos. En la región IR. Los principales tipos de vibración en una molécula son el de tensión de enlace y la vibración de flexión. los movimientos de interés son los de vibración de los átomos que constituyen una molécula. La primera corresponde al movimiento oscilatorio. reacciones de superficie. Algunos gases como el O2 y el N2 son transparentes a casi todas las radiaciones. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 39: El efecto invernadero y el de alteración de la capa de ozono Contenido didáctico del curso Química de Ambiental PALABRAS CLAVE: vibración los átomos.1. La segunda se presenta en moléculas con 359 . Los contaminantes atmosféricos 39. Este re-direccionamiento de la energía IR térmica es el efecto de invernadero. p. una pequeña variación en el delicado balance de la temperatura global puede causar graves estragos. Gases invernadero84 Corresponden a aquellos que absorben radiación en la región espectral del IR terrestre.1.300 nm). En los últimos cien años la Tierra ha registrado un aumento de entre 0.8 °C en su temperatura promedio. además de otros gases. 360 . y se considera como responsable del consecuente aumento de la temperatura global. que absorben radiación IR. debe haber un cambio en la magnitud del momento dipolar. pero no unidos entre sí. las fluctuaciones climáticas serían intolerables. abundantes en la atmósfera.2. El efecto invernadero intensificado Como resultado del efecto invernadero. así: o Las moléculas de agua en estado de vapor. con un máximo alrededor de 6. absorben radiación IR térmica debido a la vibración de flexión H – O – H. el N2 y el O2 tienen momentos dipolares cero y ésta es la razón por la cual no absorben radiación IR. Barcelona: Editorial Reverté S. 2001. Sin embargo. mientras ocurren las vibraciones. 39. La concentración de vapor de agua en la atmósfera aumenta exponencialmente con la temperatura. Química ambiental. la Tierra se mantiene lo suficientemente caliente como para hacer posible la vida sobre el planeta. De no existir el fenómeno.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. provocando la intensificación del fenómeno que. A. la cantidad de IR 84 BAIRD. como los NOx.3 µm (6.1. 186-195. 39. El gas Ar. El uso de combustibles fósiles y la deforestación han provocado el aumento de las concentraciones de CO2 y metano. Colin. En consecuencia.3. además de la existencia de las vibraciones.. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental tres o más átomos y consiste en la oscilación en la distancia entre dos átomos unidos a un tercer átomo común. más allá de los cambios que siempre han operado de forma natural. entonces.4 y 0. se denomina efecto invernadero intensificado. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Para que haya absorción de radiación IR. Esta absorción se presenta debido a los movimientos rotacionales del dióxido de carbono.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. por tanto. entre los muchos efectos posibles. cuando cambia la energía vibracional.7 µm debido a las vibraciones de flexión del ángulo HCH. los desiertos se hagan más cálidos pero no más húmedos. o Los compuestos clorocarbonados y fluorocarbonados (CFCs) también son gases invernadero debido a las vibraciones de tensión de los enlaces C –F y C – Cl que absorben a aproximadamente 9 µm. no contribuyen a la absorción de radiación.5 ppm). No es posible predecir con exactitud las consecuencias. frente a los de los años sesenta que eran de la mitad. La concentración de este gas ha aumentado alrededor de un 30%. Cualquier aumento en la concentración de CO2 en la atmósfera impedirá que escape más radiación infrarroja.4% (1. y entre un tercio y la mitad de todos los glaciares y gran parte de todos los casquetes polares se fundan. o El gas metano presenta un máximo de absorción de radiación IR a 7. en distintos lugares del planeta. lo cual conduce al incremento en la temperatura promedio de la tierra. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental térmica redirigida por el vapor de agua. o El O3 contribuye a la absorción de radiación IR debido a sus vibraciones de tensión que se presentan entre 9 – 10 µm y la de flexión que es cercana a la del dióxido de carbono.6 µm y a la de tensión a 7. Las vibraciones de tensión del enlace C – H están fuera de la región de IR terrestre y. a mediados del siglo XVIII. emitida por la tierra a longitudes de onda entre14 y 16 µm. de Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Las moléculas de CO2 presentes en la atmósfera absorben el 50% de la radiación IR térmica. de un aumento creciente de la temperatura promedio de la tierra. y las vibraciones de flexión entre C y F y Cl que también se presentan en el rango de IR terrestre. poniendo en peligro las 361 . o El N2O también es activo en la absorción de radiación IR terrestre debido a la vibración de flexión que tiene un máximo a 8. A partir del año 2000 se han medido incrementos anuales hasta de 0. esto es. si se compara con los niveles correspondientes a la era preindustrial.7 µm que coincide con la del CH4. pero es previsible que. que eran de cerca de 280 ppm. aumentará como resultado cualquier calentamiento global inducido por otros gases. junto con una parte del rango 12-14 µm y 16-18 µm. 39.1. durante parte del año.2. y buscar para el cultivo especies vegetales de rápido crecimiento en ciclos anuales. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental ciudades y los campos situados en los valles que se encuentran por debajo del glaciar. mantienen inactivas las especies Cl• y ClO• que son radicales muy activos en la destrucción del ozono. no obstante. Usualmente estas partículas en forma de gotas de agua o cristales sólidos. tales como la hidroeléctrica. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Una de las estrategias para poder revertir o disminuir estos efectos es buscar nuevas alternativas de energía que sean renovables y no contaminantes.2. en la estratosfera. durante el invierno polar. a través de las reacciones de especies pertenecientes a las denominadas familias HOx. Las zonas específicas constituyen los agujeros de ozono sobre la Antártida y sobre regiones del Ártico. La formación del Cl2 ocurre en la superficie de partículas formadas por una solución que contiene agua. producto de la condensación del vapor de agua. Alteración de la capa de ozono En la lección 32 se presentó el tema de la destrucción catalítica del ozono. no son de común ocurrencia en la estratosfera porque la cantidad de agua en esta región es muy baja. Las especies inactivas de cloro se convierten en cloro molecular durante los meses oscuros de invierno. la condensación tiene lugar. sufren transformaciones. NOx y ClOx. debido a que en invierno la temperatura de la estratosfera es -80°C sobre el Polo Sur. ácido sulfúrico y ácido nítrico. que no impliquen un cambio en la ecología del área al utilizarlas. 362 . la eólica y la fuerza del mar. pasando a ser el gas predominante en la baja estratosfera. 39. Destrucción del ozono sobre la Antártida.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. La disminución de la concentración de ozono se viene detectando desde finales de los años setenta y coincide con la variación de las condiciones del tiempo en las estaciones anuales. Las especies almacén como el HCl y ClONO2 que. que constituyen ciclos con la siguiente reacción neta: 2O3 3O2 Esta destrucción se ha estudiado en zonas específicas del planeta y a nivel global. 86 BAIRD. Colin. Cit. establece que las reacciones de los cristales de hielo en las NEPs ocurren dentro de una pequeña capa acuosa presente en la superficie del cristal. Las partículas que se forman por condensación de los gases en el vórtex generan las nubes estratosféricas polares (NEPs). 363 . Óp. pueden ser sólidos cristalinos o una mezcla de sólido y líquido.88) (8. Cit. Colin. p. en el que incide algo de luz solar.(ac) Cl2 (g) + HNO3 (ac) (8. p.90) Igualmente el HOCl que se libere desde la superficie de los cristales reacciona de la siguiente manera: 85 BAIRD. PV = nRT) y este fenómeno junto con el efecto de la Contenidode didáctico del curso Química Ambiental rotación la tierra. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Debido a las bajas temperaturas. citado por Baird 86.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. o Tipo II: cristales de mayor tamaño y estructura diferente. Óp.. 51. Se considera que las partículas formadas son de dos tipos85: o Tipo I: partículas pequeñas que contienen agua y los ácidos sulfúrico y nítrico. Convencionalmente se les denomina “cristales”. la presión del aire disminuye (de acuerdo con la ley de los gases ideales. constituidas por hielo y probablemente ácido nítrico que se forman a temperaturas < -80°C. que se conoce como vórtex. Un estudio del Instituto de Tecnología de Massachusetts. produce una masa de aire rotante con velocidades que pueden ser > de 300 km/h. o las masas de aire se mueven hacia el vórtex..(ac) + HOCl (ac) HOCl (ac) + HNO3 (ac) H+ (ac) + Cl. se da la siguiente reacción: Cl2 + hɣ 2Cl• (8.89) El Cl2 se acumula durante los meses oscuros del invierno y cuando en la primavera aparece la luz. en donde el ClONO2 y HCl gaseosos entran en contacto con las moléculas de agua. En el vórtex no puede penetrar materia y el aire contenido en su interior queda aislado y a muy bajas temperaturas por varios meses que cubren parte de la primavera. 51.87) (8. La secuencia de reacciones es la siguiente: ClONO2 (g) + H2O (ac) HCl (g) capa acuosa Cl. el vórtex ha presentado una tendencia a romperse a finales del invierno. en esta región. generalmente.3. las NEPs se forman con menor frecuencia y su permanencia es más corta. 39.26 a 7. y a que hay mayor circulación de aire en las zonas a su alrededor. hasta alcanzar valores cercanos a los normales. este comportamiento ha empezado a cambiar debido a dos factores: a) las temperaturas. lo cual ocasiona que parte de su extensión pase sobre un área iluminada a finales del invierno produciendo una disminución temporal del ozono. lo cual se refleja en una menor alteración de la capa de ozono. Lo anterior favorece que el HNO 3 en las partículas se transforme en NO2.91) Los radicales Cl reaccionarán con el ozono de acuerdo con las Contenido didáctico del curso Químicaactivamente Ambiental reacciones 7. Destrucción global del ozono 364 . aumentando el tiempo de permanencia de las NEPs y b) la forma del vórtex del Ártico es irregular. la concentración de ozono estratosférico de regiones vecinas como Australia. En esta región. Cada año se repite este ciclo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Sin embargo.30 ya estudiadas. debido principalmente a que las temperaturas no son tan bajas y son de menor duración. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental HOCl + hɣ HO• + Cl• (8. durante un período temprano en relación con la aparición de la luz solar en la primavera. sólo se forman partículas tipo I sobre las cuales reaccionan el ClONO2 y el HCl para formar el Cl2. Antes de que los niveles de ozono aumenten apreciablemente. tienden ahora a ser mucho más bajas en la estratosfera. Por otra parte. Lo anterior conlleva a que parte del Cl2 se transforme a ClONO2 antes de participar en las reacciones de destrucción del O3.2. entonces. 39. Cuando avanza la primavera y las NEPs y el vórtex desaparecen.2. Destrucción del ozono en el Ártico. esto es. A partir del cloro molecular se presentan las mismas reacciones enunciadas en el numeral anterior. Nueva Zelanda y partes meridionales de Suramérica disminuye temporalmente. el aire pobre en ozono de la Antártida puede mezclarse con aire de las cercanías y. el cloro vuelve a transformarse en una especie inactiva y la concentración de ozono aumenta. mucho antes de que la luz solar pueda desencadenar la reacción con Cl2O2. En consecuencia. pero menos intenso. El fenómeno es similar al que se presenta en la Antártida.2. pero en presencia de cantidad suficiente de gotas líquidas se favorece la formación de ácido nítrico. óxidos de nitrógeno. en este punto. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se ha detectado pérdida de ozono en zonas diferentes a las polares.55. que se retoma a continuación: N2O5 + H2O + superficie 2 HNO3 En este caso la superficie corresponde a gotas de H2SO4. hidrocarburos. Estas reacciones normalmente son reversibles. ya presentada en la reacción 8. con tiempo de permanencia en la atmósfera suficiente para que pueda alcanzar la estratosfera y b) entrada directa a la estratosfera de SO2. ozono. en la baja estratosfera. El efecto neto de estas reacciones es que se disminuyen las cantidades disponibles de NO2• que podrían desactivar el cloro mediante la formación de ClONO2. PAN. ácido nítrico 40. radicales libres.1.36 y 8. 365 . La explicación a este fenómeno es que las reacciones que ocurren sobre los cristales.31. en gran parte. por H2SO4. ya sea de origen natural (erupciones de volcanes) o por actividades antropogénicas.37). Por otra parte. compuesto de origen natural. El smog fotoquímico. sobre todas las latitudes. Las reacciones en las gotas (explicadas anteriormente para el caso de los cristales) tienen lugar cuando la temperatura es lo suficientemente baja para que ocurra la disolución del HCl y no se presente ninguna reacción neta. COS. en las latitudes medias. las reacciones 7. COVs. en fase gaseosa. radiación solar.26 a 7. predominan las reacciones de destrucción del ozono por la acción de halógenos (cloro y bromo atómicos) y los radicales hidroxilos. Lección 40: El smog fotoquímico y la lluvia ácida PALABRAS CLAVE: neblumo. el cual está presente en la baja estratosfera.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Retome. ácido sulfúrico. Contenido didáctico del curso Químicafrías Ambiental también son posibles en gotas de líquido conformadas. Otras reacciones en la superficie de las gotas consisten en la transformación de NO2• en NO3• por acción del mismo ozono (reacciones 8. La presencia del ácido sulfúrico tiene dos fuentes principales: a) la oxidación del gas sulfuro de carbonilo. o La oxidación de hidrocarburos. Los contaminantes primarios a partir de los cuales se origina el smog son los óxidos de nitrógeno. p. Colin. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental La palabra smog se deriva de la contracción de dos vocablos en inglés. La reacción representativa de esta categoría es la de los alquenos en presencia de los radicales hidroxilos.43. HNO3 (8:92) 366 .1. Colin. el ácido nítrico y los compuestos orgánicos parcialmente oxidados. compuestos orgánicos Este proceso consiste de una gran cantidad de reacciones diferentes en las cuales participan. 91. en las etapas finales de un smog fotoquímico. los hidrocarburos y otros compuestos orgánicos volátiles. cuyos productos finales son el ozono. Tienen especial importancia. 88 BAIRD.. la oxidación en presencia de compuestos orgánicos y la dinámica de las reacciones con radicales. las siguientes reacciones: HO• + NO2• 87 BAIRD. En Contenido curso Química Ambiental español eldidáctico vocablodelcorrespondiente a smog es neblumo.1. 40.23 a 8. Óp.4. HNO3. Cit. En este punto retome las reacciones del numeral 33. La cadena de reacciones que caracteriza al smog fotoquímico comprende tres grandes categorías: o La interconversión de NO y NO2. o La generación y destino de radicales libres88. otro componente fundamental es la luz solar que permite la formación de concentraciones altas de radicales libres que participan activamente en la formación de smog. Cit. 151-154. p. a su vez. varios compuestos químicos actuando simultáneamente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. En este punto retome las reacciones 8. Formación del smog fotoquímico El proceso químico global se puede representar de la manera siguiente87: COV’s + NO + O2 + hɣ mezcla de: O3. en las cuales se evidencia la formación de ozono. Óp.. pero su uso está poco difundido y predomina la utilización del término en inglés. y fog que se traduce como niebla. smoke cuya traducción al español es humo. en zonas con smog. por ejemplo. pero en presencia de luz solar se descompone y se recuperan los radicales. el producto es el nitrato de peroxiacetilo (PAN). Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Esta reacción es el principal sumidero troposférico de radicales hidroxilo. El aumento de los radicales libres en las primeras horas de la mañana favorece la oxidación de óxido nítrico a dióxido de nitrógeno. Cuando R = CH3. La alta concentración de radicales libres presentes en horas de la tarde produce oxidantes como el PAN. Al atardecer. A manera de síntesis. 367 . La concentración de radicales libres aumenta a medida que entran en la atmósfera óxido nítrico e hidrocarburos (procedentes. Lo anterior explica lo observado en el amanecer.93) El ácido nitroso formado es estable durante la noche. en donde la concentración de HO• aumenta grandemente y reacciona para empezar la oxidación de hidrocarburos. en Contenido didáctico del curso Química Ambiental grandes cantidades. por la acción de la luz solar. Otra reacción entre radicales es la siguiente: (8. se aumenta la presencia de óxido nítrico e hidrocarburos que reaccionan rápidamente por la presencia de los radicales libres. se puede decir que la ocurrencia diaria del fenómeno de smog fotoquímico empieza al amanecer cuando a partir del ácido nitroso y el ozono remanentes del día anterior. Las últimas etapas en un día de smog se caracterizan por la formación.94) Se forma un nitrato de peroxiacilo. HO• + NO• HONO hɣ HO• + NO• (8. de la contaminación vehicular) que sufren reacciones fotoquímicas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. de agentes oxidantes como el ácido nítrico. cuando generalmente se da otro pico de contaminación vehicular. que por fotólisis causa el característico aumento de la concentración de ozono al mediodía. se inicia la generación de radicales hidroxilo. 40.2. los plásticos. Ozono troposférico. y corroe los metales. debido a que reacciona fuertemente con otras moléculas alterándolas o destruyéndolas. sólo se dan algunas reacciones de oxidación de hidrocarburos debido a la presencia de NO 3•. ataques de tos. De entre los productos del smog fotoquímico se puede resaltar como contaminantes secundarios importantes el ozono y el nitrato de peroxiacetileno. ozono troposférico. Se presenta deterioro de las hojas de las plantas. los colorantes y las pinturas. las plantas se hacen más susceptibles al ataque de insectos. Las exposiciones repetidas y prolongadas al O3 pueden ocasionar daños permanentes a los pulmones89. El ácido Contenido del curso Ambiental nitroso quedidáctico se forma en Química la oscuridad se mantiene estable.1.co/sectores/ozono/troposferico.1. se reduce el rendimiento de los cultivos y el crecimiento de los bosques porque interfiere en la capacidad de producción y almacenamiento de nutrientes. el ozono deteriora materiales como el caucho. Igualmente. En consecuencia. produciendo daños respiratorios y pulmonares.ideam. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental En la noche las reacciones se detienen por falta de luz solar. a las inclemencias del tiempo y a la acción de otros contaminantes. dolores de pecho.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. hasta el otro día. 368 . 40. actúa como un contaminante tóxico para la salud humana. y en particular el ozono superficial (a nivel del suelo) presente en niveles relativamente altos es perjudicial. Por lo anterior. Nitrato de peroxiacetilo (PAN) 89 Instituto de Hidrología. empeoramiento de enfermedades preexistentes del corazón. irritación de garganta y ojos.htm Ambientales. Meteorología y Estudios http://www2. IDEAM. Otro efecto de este gas es contribuir al calentamiento global. Los efectos negativos anteriores del ozono superficial son opuestos a los positivos y necesarios del ozono estratosférico ya presentados. La vegetación también sufre los efectos nocivos del ozono. jadeo y dificultades de respiración en la realización de ejercicios. El ozono El O3 a bajas altitudes.3. cuando ayuda a dar nuevamente comienzo al proceso de smog.gov. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Es un oxidante muy fuerte y activo biológicamente. mientras que la Ka1 del equilibrio entre SO2 en agua y la formación de HSO3. Estos ácidos se precipitan posteriormente a tierra acidificando los suelos. respectivamente. no contaminada. sólida (nieve).7 x10-2.2 La lluvia ácida La lluvia ácida es un fenómeno que se produce por la combinación de óxidos de nitrógeno y azufre provenientes de las actividades humanas. El carácter ácido de la lluvia natural se debe a la presencia de dióxido de carbono atmosférico.45 x 10-7. ya que puede presentarse en forma líquida (agua).0 y puede ir hasta 2. pero actualmente cabría denominarla deposición ácida.5 y excepcionalmente 1. Contenido didáctico del curso Química Ambiental También puede perjudicar las cosechas si se encuentra en concentraciones iguales o mayores de 10 ppm y puede inactivar las enzimas. o incluso como niebla. produce lagrimeo y dificultades respiratorias. ésta última tan efectiva en su capacidad de destrucción como lo es la deposición líquida.es de 4. respectivamente. que es significativamente menos ácido. a partir del cual se establecen los siguientes equilibrios: CO2 (g) + H2O (l) HCO3. El término lluvia ácida tiene su origen en estudios atmosféricos realizados en Inglaterra en el siglo XIX. con un valor de pH alrededor de 5.5. 369 . La lluvia ácida tiene un pH inferior a 5.+ H+ H2CO3 (ac) (8.2 mol L-1 atm-1. o La Ka1 correspondiente al equilibrio entre el CO2 en agua y la formación de HCO3. con el vapor de agua presente en la atmósfera para dar como resultado ácido nítrico y sulfúrico. 40. esto es.6. también es ácida. como lo indican sus constantes de Henry: 3.38 x 10-2 mol L-1 atm-1 y 1.es 1.95) Ión bicarbonato ácido carbónico Aunque el dióxido de carbono está presente en la atmósfera en niveles más altos que el dióxido de azufre contribuye menos en la acidez debido a dos causas: o La solubilidad del CO2 en agua es menor que la del SO2. En este punto es conveniente precisar que la lluvia natural.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. pero pueden ser arrastrados a grandes distancias de su lugar de origen antes de depositarse en forma de lluvia. Formación del H2SO4 Las diferentes reacciones que tienen lugar en la fase gaseosa se presentaron en la lección 38. 314-319. numeral 38.97) (8. Cit. y DÁVILA. pero hay que añadir los iones metálicos. 370 . N. Actualmente se concentran en los países de mayor desarrollo económico.2. que reacciona con el O2 para mediante reacciones sucesivas formar el ión sulfato: Fe3+ + H2O FeOH2+ + H+ FeOH2+ + HSO3SO3. O2. Retome en ese punto las reacciones 8. p.98) 2 SO42- (8.4. es decir.2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. En fase líquida En la fase líquida los oxidantes potenciales del SO 2 son los mismos de la fase gaseosa.1.1. Cl. y las sustancias orgánicas que pueden actuar como promotores o inhibidores en la formación del ácido sulfúrico. La oxidación catalizada por iones metálicos corresponde a un proceso en cadena que se presenta a continuación90: La especie FeOH2+ actúa como catalizador que con el S4+ forma un intermedio el SO3-. Óp. Martín M. NO3 y O3.+ H2O SO5- (8.96) (8. 40.3.1. Juan E.+ HSO3- 90 Fe2+ + SO3. La formación también puede ocurrir mediante reacciones de oxidación en fase acuosa y sobre superficies de los sólidos. siempre presentes en los aerosoles. principalmente con las emisiones de las centrales térmicas y con las Contenido didáctico del curso Química Ambiental producidas por la combustión de hidrocarburos que contienen S.+ O2 SO5. HO2.. arrozales y volcanes. También tienen cierta importancia los procesos de desnitrificación de fertilizantes añadidos a los suelos en dosis excesiva y los procesos naturales similares que se producen en las zonas de manglares. 40. HO. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Las intensidades de las lluvias ácidas actuales se relacionan con las actividades industriales. pero progresivamente se están extendiendo a otras áreas.68.99) FIGUERUELO.59 a 8. entre otros. + H+ H2SO4 (8. El mecanismo de la reacción comprende un primer paso que se denomina fisisorción del SO2 sobre los sitios activos. pueden estar presentes en la fase acuosa mediante su disolución desde la fase gaseosa.99.103) NO3 + HSO3- NO3.101) Los radicales libres oxidantes.100 y 8. como la presentada en 8.2. Sobre superficies sólidas.dan.102) HO + SO32- OH. para formar las especies intermedias SO3-. El polvo mineral es otra superficie apta para la oxidación del SO 2. un segundo paso que es la oxidación a S 6+.+ SO3- (8.106) 371 . Esta es una tercera vía de formación del ácido sulfúrico.2. por el O3. con formación de bisulfato.100) HSO4.98 y 8. debido a la presencia de vapor de agua. con la posterior formación de iones sulfato sobre esas superficies. Estos radicales reaccionan con el S4+ disuelto. MOOH + SO2 MOOH… SO2 (8.1.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.+ SO3- (8.104) NO3 + SO32- NO3. Las superficies sólidas pueden estar suspendidas en la fase gaseosa o en el interior de las gotas líquidas. HO2 y NO3. cuentan como superficies sólidas la superficie de la corteza terrestre y de estructuras. HO + HSO3- H2O + SO3- (8.+ H+ + SO3- (8. entonces. Adicionalmente. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental La presencia de sustancias orgánicas en la atmósfera favorece la formación de H2O2 que también da lugar a la formación de ácido sulfúrico: Contenido didáctico del curso Química Ambiental - H2O2 + HSO3- HSO4 + H2O (8.105) Las especies intermedias SO3. Se ha encontrado que el SO2 se oxida en la atmósfera sobre partículas de grafito y de hollín. lugar a la formación del ácido sulfúrico en secuencias de reacciones. 40.101) también se presentan sobre hielo. HO. Las reacciones con la presencia de H2O2 (8. La presencia de vapor de agua activa permanentemente las superficies del polvo mineral.2. aq) (8. Retome en ese punto las reacciones 8.35 a 8. el H2SO4 es muy poco volátil y sólo se encuentra en forma de aerosol.2. y DÁVILA.51. 8.3 Comportamiento diferencial del H2SO4 y el HNO3 En la atmósfera.3. p. el HNO3 formado permanece en la fase líquida: N2O5 (g) + H2O (l) 2 HNO3 (aq) (8. el rendimiento en la producción del H2SO4 aumenta con el grado de humedad. por lo cual puede encontrarse en fase gaseosa en concentraciones altas.2. disoluciones de ácido sulfúrico y aerosoles91. las cuales se presentaron en la lección 38. Cit. o Los dos ácidos reaccionan con las bases presentes en la atmósfera para formar sales. Las reacciones de N2O5 que conducen a la formación del ácido también pueden ocurrir sobre agua líquida y sólida. Óp. Formación del HNO3 Al igual que en el caso del ácido sulfúrico. estos ácidos presentan comportamientos físicos y químicos diferentes entre sí. la base más abundante en la troposfera es el siguiente: NH3 (g) + HNO3 (g) 91 NH4NO3 (s. Por el contrario. 40. numeral 38.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. las diferentes reacciones de formación tienen lugar en la fase gaseosa..2. En consecuencia. El comportamiento del HNO3 con NH3. Martín M.50 y 8.110) FIGUERUELO. o El HNO3 es muy soluble en agua y también muy volátil. 325-326.+ O2 (8.47. 372 . En nubes o aerosoles marinos. el HNO3 formado pasa a la fase gaseosa debido a que su solubilidad es baja en esas disoluciones: N2O5 (g) + H2O (H2SO4) 2 HNO3 (gas) (8. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental MOOH… SO2 + O3 MOOH… HSO4. Juan E.109) 40.107) MContenido representa un átomo deQuímica metal Ambiental y el resaltado amarillo indica que son especies didáctico del curso químicas superficiales.108) En aerosoles de ácido sulfúrico. acidifica los suelos y 373 . A concentraciones bajas de la base. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Como lo establece la reacción 8. Los efectos de la precipitación ácida en lagos y corrientes de aguas implica la muerte de crustáceos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental El nitrato formado puede permanecer tanto en disolución como en fase sólida. dada la abundancia de materiales carbonatados y son capaces de neutralizar el impacto de las lluvias ácidas. lo que provoca con el tiempo la imposibilidad de sobrevivencia del resto de la fauna por falta de alimento. el ácido presente en los aerosoles se mantiene en una proporción alta como H2SO4 (aq) y en una cantidad muy baja como NH4HSO4 (s). las sales se transformarán en líquidos. A concentraciones más altas de NH3 predomina la especie NH4HSO4 (s). así por ejemplo en los países nórdicos. Cuando las cantidades de ácido y base son muy similares se empieza a formar en el aerosol (NH4)3H(SO4)2 (s). De manera general.110 puede volatilizarse después de formar la sal o El H2SO4 tiene un comportamiento diferente frente al NH3. en los países mediterráneos. Tiene punto de delicuescencia del 62% de humedad relativa a 0°C. el pH baja rápidamente. los suelos tienen alto poder amortiguador frente a la acidez. Efectos ambientales de la lluvia ácida. o Los puntos de delicuescencia de las sales derivadas del ácido sulfúrico son: NH4HSO4 (s) = 40% de humedad relativa (NH4)3H(SO4)2 (s) = 69% de humedad relativa (NH4)2(SO4) (s) = 80% de humedad relativa En cada caso a valores superiores a los enunciados.2. Cuando la cantidad de NH3 es por lo menos 50% mayor que la del ácido se empieza a formar (NH4)2(SO4) (s). insectos acuáticos y moluscos y la desaparición de fitoplancton. 40. por el contrario. se liberan grandes cantidades de aluminio tóxico que finalmente va a pasar a los ríos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Los efectos de este fenómeno varían en el suelo de acuerdo con su poder amortiguador o capacidad buffer.4. se puede decir que cuando la lluvia ácida se precipita a tierra es transportada hacia los lagos por las aguas superficiales. alterados por la acción de la lluvia ácida que reacciona con los componentes graníticos o calcáreos. incrementa la movilidad de metales pesados. por ejemplo) y un aumento de los casos de cáncer. Solución: Especie química Efecto Smog Lluvia invernadero fotoquímico ácida CO2 X NOX N2O N2O SOX X X CH4 X CFCs X COVs X Hidrocarburos X 374 . causa variaciones en la composición y estructura de la microflora y microfauna. que los vegetales necesitan para desarrollarse. smog fotoquímico y lluvia ácida establecer las especies químicas emitidas que intervienen.2). provoca la Contenido didáctico del curso Química Ambiental movilización de elementos tóxicos como el aluminio (soluble a pH < 4. edificios o construcciones de piedra. bronquitis crónica. la lluvia ácida determina un incremento muy importante de las afecciones respiratorias (asma. Afecta también a las construcciones y materiales. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental fija elementos como el calcio y el magnesio. En el ser humano. Ejercicio: 1) Para los fenómenos conocidos como efecto invernadero.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. demoliéndolos o debilitándolos. Es común observar monumentos. también reduce los nutrientes al variar su ciclo. y para cada uno de ejemplos de su reactividad.  El proceso de formación del ácido sulfúrico  El proceso de formación del ácido nítrico  Los efectos ambientales 375 . HCFCs y HFCs. HFCs. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Preguntas y ejercicios 1)Contenido Defina los siguientes conceptos: didáctico del curso Química Ambiental  Contaminantes primarios  Contaminantes secundarios  Emisión  Fuente de emisión  Fuente fija  Fuente fija puntual  Fuente fija dispersa  Fuente natural  Fuente móvi 2) Entre las sustancias que contienen halógenos y contribuyen a la disminución del ozono están los CFCs. 5) ¿Por qué se dice que los COVs tienen efectos ambientales opuestos? 6) Respecto a la lluvia ácida explique:  Qué especies químicas emitidas intervienen. 4) De ejemplos de compuestos pertenecientes al grupo denominado COV y explique la diferencia entre las reacciones de oxidación que experimentan en el día y en la noche.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. halones y bromuro de metilo y tetracloruro de carbono. Explique por qué son más inestables en la estratosfera y las respectivas consecuencias ambientales. 3) Compare la constitución química de CFCs. HCFCs. en presencia y en ausencia de luz solar. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 8) Respecto al smog fotoquímico explique:  Quédidáctico especies emitidas intervienen Contenido delquímicas curso Química Ambiental  La cadena de reacciones que lo caracteriza. 10) Explique las similitudes y diferencias entre el efecto invernadero y el efecto invernadero intensificado.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 376 . 11) Explique la dinámica de cada uno de los denominados gases invernadero.  Los efectos ambientales 9) Compare el proceso de destrucción del ozono en el Ártico frente al que tiene ocurrencia en el Antártico. C: IDEAM. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental CAPITULO 9: MUESTREO ATMOSFÉRICO Introducción Contenido didáctico del curso Química Ambiental El muestreo atmosférico se enmarca dentro de los programas de vigilancia y seguimiento de la calidad del aire que deben tener objetivos definidos. desarrollo y evaluación de estrategias de control. En Colombia el IDEAM. 377 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. incluyendo áreas no urbanas. 92 Instituto de Hidrología. y desarrollo y validación de modelos de difusión. 1. p. IDEAM. hace referencia a los siguientes objetivos sugeridos por la US-EPA92: o Evaluar el cumplimiento de los estándares de calidad de aire y /o el progreso logrado en este sentido. 2005. Meteorología y Estudios Ambientales. que es el organismo encargado de ejercer el control de la contaminación atmosférica y la protección de la calidad del aire de acuerdo con la ley y los reglamentos. de uso de tierras y transporte. La OMS y la US-EPA y otras entidades reguladoras ambientales del mundo han trabajado sobre este tema y han hecho recomendaciones acerca de los objetivos que deberían contemplar estos programas a nivel de los diferentes países. o Observar las tendencias de la polución en una región. o Activar procedimientos de control para prevenir o aliviar episodios de contaminación. o Dar bases para planeación. Protocolo para la vigilancia y seguimiento del módulo aire del Sistema de Información Ambiental. Bogotá D. o Proveer bases de datos para investigación y evaluación de los efectos urbanos. Tipos de muestreo 3 Con sensores remotos 2 Con bioindicadores 0 2 3 2 0 2 2 2 3 2 2 3 0 0 0 2 1 3 3 1 3 2 3 2 1 1 1 3 3 0 2 2 2 1 3 3 3 1 1 0 3 1 1 3 0 1 2 3 3 1 OBJETIVOS Pasivo Activo Automático Implementación de planes de contingencia Alertas ambientales: vigilancia de valores máximos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Investigación del transporte de contaminantes atmosféricos. Estudios de salud pública. Barrido de contaminantes en una trayectoria. Efectos de la contaminación atmosférica global. Se presentan a continuación cinco tipos de muestreo y sus usos más comunes de acuerdo con el objetivo de vigilancia de la calidad del aire. Medición del impacto de las medidas de control en la calidad de aire. Inventario de efectos. activo. p. 18. 1 3 1 Medición de concentraciones de fondo.. con bioindicadores. Rastreo de tendencias temporales de calidad de aire. 378 . Medición perimetral a industrias riesgosas. automático. correspondiendo el 3 al tipo más recomendado para cumplir con el objetivo propuesto y el 0 que no es recomendado para ese objetivo93. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 41: Tipos de muestreo Contenido didáctico del curso Química Ambiental PALABRAS CLAVE: pasivo. Los valores asignados del 1 al 3 indican la utilidad. Calibración y evaluación de modelos de dispersión. 93 Ibíd. con sensores remotos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Las características de cada tipo de muestreo. La calidad de los datos obtenidos con este tipo de muestreo depende del acondicionamiento de la muestra y los procedimientos de laboratorio empleados para el análisis. Después se retira el colector y se lleva al laboratorio para análisis. 379 . por lo que es más adecuado para evaluar la exposición a largo plazo. Óp.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 41..1. de alta concentración de contaminantes.2 Activo La muestra se recolecta por medios físicos o químicos para un posterior análisis de laboratorio. 94 Instituto de Hidrología. Se basa en el principio de absorción molecular. donde estudios más detallados pueden ser necesarios. integrada en un período definido (por lo general de una semana a un mes). Es muy útil cuando se trata de identificar lugares críticos. específico para cada contaminante. Facilita la realización de mediciones de tipo puntual con alta resolución (promedios horarios. se presentan a continuación94. por difusión molecular en un material absorbente. Posibilita el análisis en línea por métodos como UV. Es de uso común desde hace mucho tiempo alrededor del mundo. Automático Permite evaluar el comportamiento de los contaminantes atmosféricos. cerca de vías de alto tráfico o de áreas industriales. Permite recolectar una muestra. Permite la medición integral pero con baja resolución temporal. p. fluorescencia o quimioluminiscencia. IDEAM. Pasivo Proporciona una forma sencilla y económica de evaluar la calidad del aire en un área. 16-17. Cit. Meteorología y Estudios Ambientales. por lo cual existen datos disponibles que permiten comparar las tendencias con otros lugares.3. o mejores) para la mayoría de los contaminantes. caracterizado por el tipo de muestreador. 41. durante un período de tiempo determinado. tanto en el tiempo como en el espacio. Usualmente se toma un volumen conocido de aire y se bombea a través de un colector (un filtro en el caso de las partículas o una solución química para los gases). Contenido didáctico del curso Química Ambiental 41. La representatividad de un área de estudio se debe establecer teniendo en cuenta. sino que también varían de una región a otra.12. Es muy específica de cada sitio o región. 42. un espejo y un receptor. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 41. Áreas representativas El criterio general es seleccionar sitios representativos del área de estudio. Con sensores remotos Es útil endidáctico diversas situaciones. zonas comerciales. zonas de gran densidad de tráfico y zonas residenciales. las áreas de mayor densidad poblacional para poder establecer tanto la línea base como los peores casos de contaminación. como por ejemplo. Utiliza técnicas espectroscópicas de paso largo entre un emisor de luz y un receptor.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 380 . número de sitios.4. también. 10. el objetivo del monitoreo. algunas áreas de la 95 Ibíd. en particular en cercanía de fuentes.5.1. sectores industriales. p. Lección 42: Definición de sitios de muestreo95 PALABRAS CLAVE: áreas representativas. por lo cual requiere de estandarización. Con bioindicadores Permite identificar de manera flexible y barata la presencia de niveles de contaminación o áreas donde se necesitan mediciones más detalladas. o entre un emisor. microlocalización de sitios. son fenómenos dinámicos que no sólo varían en el tiempo y en el espacio en un área dada de una misma zona urbana o de una región.. debido a que la distribución de contaminantes y los factores meteorológicos. para Contenido del curso Química Ambiental mediciones verticales en la atmósfera y para multicomponentes. centro de las ciudades. mediante las cuales se obtienen datos integrados. 41. La definición de sitios de muestreo no sigue un patrón aplicable universalmente a cualquier área urbana o rural y para cualquier objetivo. así: o Para la verificación del cumplimiento de las normas de calidad del aire se deben elegir: las áreas con las concentraciones más altas de contaminantes o cerca de las fuentes de contaminantes más importantes. en la Tabla 14 se presentan las normas para Colombia. que proporcione evidencia concreta de la exposición de la población más vulnerable a altos niveles de contaminación. bosques. o Para un seguimiento de tendencias se deben elegir: áreas urbanas con la mayor densidad de población y áreas no urbanas de topografías diferentes como. centros educativos o sitios de reunión de poblaciones de alto riesgo como niños y ancianos. montañas y costas. tierras de cultivo. en la ciudad o región de interés. Por ejemplo: cerca de grandes fuentes fijas de contaminación. Contenido didáctico del curso Química Ambiental A propósito de cumplimiento de las normas de calidad del aire. 381 . con base en información sobre morbilidad y mortalidad por incidencia de infecciones respiratorias agudas. capítulo II. o Para mediciones para investigación se deben seleccionar áreas cerca de la población de estudio. de hospitales. sino como criterio de comparación relativa entre áreas urbanas y áreas no urbanas cercanas. Estas últimas áreas no se consideran específicamente blancos de control con aire limpio respecto a las áreas urbanas. o Para la vigilancia de episodios de emergencia se deben seleccionar áreas densamente pobladas. establecidas en la resolución No. donde estén muy amenazadas la salud y el bienestar de la población. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental periferia para medir la exposición de población y el transporte de contaminantes.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 601 de 2006. . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tabla 14. Óp. 96 Instituto de Hidrología.2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.00 1 hora Partículas suspendidas menores a 10 µ (PM 10) Dióxido de nitrógeno (NO2) Ozono (O3) Monóxido de carbono (CO) 3 100 Partículas suspendidas totales (PST) Dióxido de azufre (SO2) µg/m TIEMPO DE EXPOSICIÓN 42. IDEAM. Meteorología y Estudios Ambientales. Norma de calidad del aire en Colombia (a condiciones de referencia de 25°C y 760 mm Hg)96 Contenido didáctico del curso Química Ambiental CONTAMINANTE LÍMITE MÁXIMO PERMISIBLE ppb anual 300 24 horas 70 anual 150 24 horas 31 80.00 anual 96 250. de la problemática de contaminación existente en el área y del método de muestreo y de los equipos que se van a utilizar.00 1 hora 41 80.00 1 hora 8800 10.00 8 horas 35000 40.00 24 horas 106 200.00 3 horas 53 100.00 anual 80 150.00 24 horas 287 750. 382 . Número de sitios El número de sitios se establece en función de la población que habita en el área que se pretende monitorear. p. Cit. La OMS propone los criterios para fijar el número de sitios de muestreo teniendo en cuenta el número de habitantes y el parámetro a analizar (ver Tabla 15). 5.00 8 horas 61 120. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. se requiere aumentar los sitios para los diferentes parámetros. para lograr mediciones representativas y significativas: o 97 Los muestreadores no deben colocarse cerca de las salidas de sistemas de aire acondicionado o ventilaciones de edificios. El número de sitios propuestos anteriormente se deben ajustare de acuerdo con las situaciones siguientes: 1. el número de sitios y los contaminantes que se van a monitorear. incrementar el número de sitios para PM y SO2 2.. NOx y O3 5. En ciudades con población > 4 millones. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tabla 15. Ibíd. Para esto se deben tener en cuenta los siguientes criterios. En áreas con alta densidad industrial. 383 . En áreas con tráfico intenso. Promedio sugerido de sitios de muestreo según la densidad de población97 Contenido didáctico del curso Química Ambiental Número de habitantes (millones) PARÁMETRO A MONITOREAR <1 Material Particulado (PM) 2 1-4 5 5 2 2 2 2 4-8 8 8 4 3 4 2 >8 10 10 5 4 5 3 SO2 NOx O3 CO Meteorológicos* 2 1 1 1 1 *Velocidad y dirección del viento y gradientes térmicos. se pueden reducir para CO. p. aumentar los sitios para SO2 3. con tráfico ligero. NOx y O3 4. se debe hacer una microlocalización de los sitios propuestos. Una vez seleccionadas las áreas representativas. duplicar los sitios para CO. 10. En regiones con terreno topográficamente complejo. En zonas donde se utilicen combustibles pesados. o Los muestreadores y los caminos de medición deben ubicarse a determinadas distancias de las vías vehiculares. p. Cit. 384 . o Deben estar alejados de carreteras sin pavimento. depósitos de reactivos químicos o de combustibles. Distancia mínima de separación entre vías vehiculares y muestreadores o caminos de medición98 VALOR PROMEDIO DEL TRÁFICO VEHICULAR POR DÍA DISTANCIA DE SEPARACIÓN MÍNIMA (metros) O3 NO2 CO Precursores de O3 < 10000 10 10 10 >10 15000 20 20 25 20 20000 30 30 45 30 30000 40000 98 80 50 50 115 50000 135 60000 150 50 70000 100 100 100 1100000 250 250 250 Instituto de Hidrología. Meteorología y Estudios Ambientales. Tabla 16. Contenido didáctico del curso Química Ambiental o No deben estar en sitios muy cercanos a acumulaciones de residuos sólidos o líquidos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. IDEAM.. 13. según el contaminante (ver Tabla 16). campos deportivos o lotes sin vegetación que los cubra. Óp. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Se deben evitar zonas de parqueo. y características químicas y físicas del filtro con relación al entorno de la muestra (estabilidad mecánica. Colisión: utiliza un pequeño chorro por el que se fuerza la circulación de una corriente de aire. estabilidad térmica. y midiendo el flujo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. se consigue que la muestra se fraccione. por choque directo o por difusión.. concentraciones de fondo de constituyentes traza dentro del medio filtrante. Consiste en hacer pasar la muestra. resistencia al flujo. con ayuda de una bomba. las cuales se recolectan sobre una superficie obstructora. Filtración: es la técnica más utilizada. absorción. sedimentación. Los mecanismos por los que puede funcionar el filtro son fuerza de gravedad. caída de presión y características de flujo. estabilidad química.1. Se clasifican en dos grandes grupos de acuerdo con la naturaleza del contaminante99: 43. adsorción. Cit. p. Óp. fuerza centrífuga.2.1. capacidad de carga. condensación y muestreo directo.1. que retiene las partículas. para separar la muestra en diferentes fracciones. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Lección 43: Técnicas de muestreo Contenido didáctico del curso Química Ambiental PALABRAS CLAVE: filtración. razón por la cual requieren velocidades de flujo elevadas para una recolección óptima que resulte eficaz. según el tamaño. a través de un dispositivo. 385 . R. el filtro. mediante el uso de chorros y superficies de recolección secuenciales. Para partículas atmosféricas 43. M. Los de colisión húmeda operan con un chorro y superficie de recolección bajo líquidos. 43. lo que incrementa la velocidad y momento de las partículas suspendidas. Los aparatos de colisión o incidencia pueden ser húmedos o secos y de impacto en cascada. colisión. 306-312. Los de impacto en cascada utilizan las propiedades de impacto aerodinámico de las partículas. pureza). Al incrementarse la velocidad del chorro y/o disminuir el intervalo entre el chorro y la superficie de recolección. El tipo de filtro seleccionado dependerá de factores como eficacia en la recolección de determinado tamaño de la partícula. 99 HARRISON.1. la separación por arrastre de vapor da lugar a reacciones hidrolíticas y también se presentan inconvenientes con la destilación al vacío y las extracciones con disolventes. se ha encontrado que ciertos hidrocarburos se polimerizan al reaccionar con el ozono atmosférico.2. es así como. Las propiedades de desorción del material también son importantes para garantizar la recuperación cuantitativa de la muestra.2. se prefiere que sea posible la regeneración del adsorbente para usos posteriores. en consecuencia. el contacto directo del gas con el líquido hace que la transferencia de materia ocurra entre las dos fases 386 .1. 43.1. realizando un movimiento helicoidal. La absorción de los gases en los líquidos es una de las técnicas más utilizadas. Absorción: consiste en la disolución de los gases en una fase líquida de recolección o en una reacción química con el absorbente. Para muestras gaseosas 43. En este caso. Por ejemplo. Fuerza centrífuga: se utilizan los ciclones en los cuales se fuerza a pasar el aire de forma ascendente. se concentran. 43. por ejemplo. El adsorbente seleccionado no debe reaccionar químicamente con las muestras recolectadas. Sedimentación: consiste en la recolección de partículas conseguida al permitir que se depositen por gravedad en un vaso de recolección. El carbón activado. como ya se había mencionado. pero se dificulta la desorción cuantitativa. las moléculas de los compuestos presentes en el aire interactúan por atracciones intermoleculares con la superficie de la fase de recolección y. 43. en las propiedades del suelo.2. por lo cual no hay certeza de que el material recogido sea representativo de las condiciones reales.3.1. durante la recolección o durante la etapa de almacenamiento. pero del presenta el inconveniente el propio curso de las partículas que caen modifica su patrón de flujo. es un adsorbente muy eficiente. en estos casos se utiliza un prefiltro selectivo que separa al oxidante de la corriente de aire y permite el paso de los compuestos de interés. Adsorción: la adsorción. Es la técnica Contenido didáctico curso Química Ambiental de que el vaso o cilindro colocado en más sencilla.2. a menos que corresponda al uso intencionado de adsorción química. Los materiales más utilizados como adsorbentes son el carbón activado. para finalmente salir por un conducto lateral. en la unidad 2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.4. la alúmina y varios polímeros acuosos. el gel de sílice. Igualmente. por un conducto vertical. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 43. es un fenómeno de superficie. se debe evitar que las especies químicas que se van a analizar reaccionen con otras especies presentes en el aire muestreado. para recolectar los componentes para análisis. HCl. Una limitación del método tiene que ver con la posible congelación del vapor de agua presente en el aire y. 387 . cromatografía de gases. sistema pasivo. En la lección 44 se presentarán los equipos utilizados en estas dos técnicas de muestreo. En la técnica de bolsa el contenedor desinflado se coloca en una caja rígida que se vacía lentamente. de gran volumen destinada a recoger el agua y una segunda.2.2. por ejemplo.2. HF. a una temperatura lo suficientemente baja. Para llenar las latas rígidas a gran presión se utilizan bombas de material inerte. Condensación: consiste en enfriar una corriente de aire a temperaturas por debajo del punto de ebullición de la sustancia de interés. Posteriormente. mediante esta técnica las muestras se envían directamente al laboratorio en bolsas de FEPTeflon o en latas de acero inoxidable especialmente tratadas para la determinación de hidrocarburos empleando. NH3. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental en direcciones controladas básicamente por los gradientes de concentración de los componentes individuales. SO2. que permiten el muestreo de volúmenes grandes de aire. 43. que queda sellada una vez inflada.3. así. captadores. además de la condensación. tolueno y metanol. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Esta técnica se emplea para separar principalmente los siguientes gases: H 2S. La de humos y SO2 de NSAP (National Survey of Air Pollution) del Reino Unido y el de Hi-Vol para partículas suspendidas empleado en la Red Nacional de Muestreo de Aire de los Estados Unidos. Lección 44: Equipos y materiales para muestreo PALABRAS CLAVE: sistema activo. 43. el bloqueo progresivo del dispositivo utilizado para el muestreo.4.5. las muestras se extraen por medio de una jeringa hipodérmica especial para extraer gases. lo cual hace posible. benceno. HBr. HCN. 43.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. el aire pasa a la bolsa flexible. Este problema se puede solucionar si el dispositivo de muestreo consta de una parte. sin utilizar la técnica de concentración en el campo. NOx. Técnicas específicas: se consideran dos ampliamente utilizadas. la concentración de los gases. en consecuencia. CO2. Muestreo directo: utiliza un contenedor impermeable para recolectar las muestras. en el cual los componentes a analizar entran solos en el equipo. 44. También hay equipos muestreadores independientes del sistema de análisis posterior y otros incorporados al analizador. p. NOx Adsorción NO2. Sistema de recolección de muestra De acuerdo con la naturaleza del contaminante se tienen los siguientes sistemas de recolección de muestras100: Tabla 17. O2. hidrocarburos y COVs Absorción en fase líquida SO2.pdf. 17-19. SO2 100 http://personal. Los equipos también se pueden considerar desde el punto de vista del sistema de muestreo: el pasivo. CO2. CO. Toma de muestra y análisis de contaminantes atmosféricos. los hay específicos paraAmbiental material particulado y para gases.es/jmorillo/medicion5/muestreoyanalisispresentacion. Bomba d. 21-22. PAN Denuder Aerosoles y gases ácidos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. En forma general. Sistema de medición de flujo c.us. Entrada y tuberías b. se puede establecer que los equipos para muestreo activo constan de: a. Al igual que en las técnicas de Contenido didáctico del curso Química muestreo.1. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Los equipos para muestreo varían de acuerdo con el tipo de ambiente monitoreado y la naturaleza del contaminante. Sistemas de recolección según tipo de contaminante TIPO DE CONTAMINANTE RECOLECCIÓN Bolsas de plástico Recipientes evacuados GASES COMPUESTO QUÍMICO RECOLECTADO N2. Equipos para sistema activo de muestreo. y el activo. 388 . en el que la muestra se fuerza para que pase. Sistemas de recolección para muestreo activo Para la recolección de gases por el sistema de absorción en fase líquida se utilizan los siguientes compuestos: 389 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Filtros impregnados Filtros ContenidoPARTÍCULAS didáctico del curso Química Ambiental Impactadores SO2 Diferentes partículas tamaños de Figura 42.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 1. o Ácido clorhídrico diluido: para aminas primarias. b) captadores de partículas. En medio de las válvulas se coloca el filtro que posteriormente se cierra herméticamente mediante cualquier sistema de aseguramiento. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Agua: para recolectar gases polares como.1.1. Contador de gas 101 FERNÁNDEZ.1.1.1. por ejemplo.1. Rosalía. cuya capacidad dependerá del contaminante que se va a estudiar y del método que se vaya a utilizar para el análisis. Consiste en un frasco lavador de gases.com/index. sulfuro de hidrógeno y amoníaco. 44. 408-412. que pueden ser metálicas o de material plástico y un conducto para la entrada del aire aspirado. p. Captadores de gases y partículas El captador de pequeño volumen se puede emplear específicamente para partículas. Borboteador Recipiente para la recolección de contaminantes gaseosos.2. fibra de vidrio. 44.1. http://www. c) captadores por precipitación y d) captadores de compuestos orgánicos volátiles (COVs)101.1.php/mono/article/viewFile/606/623. 390 . Metodología de la evaluación de la calidad del aire. 44. Está constituido por los siguientes componentes: 44. El soporte consta de dos válvulas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. incoloro (borosilicato). Existen diferentes tipos de filtros (papel. o Solución diluida de hidróxido de sodio: para anhídrido sulfuroso. Los equipos para sistemas activos de muestreo se pueden clasificar en cuatro grupos principales: a) captadores de gases y partículas.3. tipo Dreschsel. Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Etanol: para ésteres y aldehídos orgánicos. entre otros) que se colocan en un soporte especial a la entrada del aire captado. específicamente para gases o para ambos al mismo tiempo. 419420. Filtro para la retención de partículas. de vidrio resistente.analesranf. De acuerdo con el contaminante específico que se va a estudiar. Bomba aspirante Bomba de membrana. Forma de uso Los diferentes componentes del equipo se conectan mediante tubos de vidrio o plástico inerte. con el fin de proporcionar resistencia mecánica. La conexión con el exterior consiste en un conducto plástico que sale de la entrada del portafiltros y termina. se seleccionan el filtro y la solución captadora adecuados y se colocan en el portafiltros y el borboteador.2. 44.1. con una capacidad a 3 litros por minuto. Conjunto de aspiración 391 . que usualmente tienen un diámetro interno de 8 mm. se deja transcurrir el tiempo de toma de la muestra. movida por un motor eléctrico con capacidad para aspirar entre dos y cuatro m3 de aire en un período de 24 horas.1 µ. Actualmente este equipo se está empezando a sustituir por un método de fluorescencia de UV. se pone en funcionamiento la bomba.5. respectivamente. Usualmente se utiliza un Contenidoseco didáctico del curso Química Ambiental de medición de caudal de aire de 1.1. Está constituido por los siguientes componentes: 44. 44.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.5 contador pequeño.2.1. Se anota la lectura del contador.2. colocadas una sobre otra. Soporte para el filtro Dispositivo de forma troncocónica (cilíndrica. en el extremo opuesto.1.1. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tiene como función determinar el volumen de aire muestreado.2.4. valor respecto al cual se expresan los resultados obtenidos en los análisis.1. Captadores de partículas El captador de alto volumen se utiliza para la determinación gravimétrica de partículas de tamaño > 0. con uno de los extremos más delgado) que en la base tiene tres rejillas metálicas. Este tipo de captador se utiliza para la determinación de SO2 y humo. se apaga y se hace una nueva lectura del contador. La diferencia entre las lecturas corresponde al volumen de aire captado. 44. en un embudo con un diámetro entre 3 y 5 cm.1. 44.1. se apaga la motobomba y se hace una nueva lectura del contador. Se deja transcurrir el tiempo de toma de la muestra. Cit. Gasómetro contador Con capacidad para medir 60 m3 por hora de aire.1. Captador de alto volumen102 Otros captadores de partículas son: 102 http://personal. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Consta de conductos que salen de la base inferior del filtro y lo comunican con el equipo motobomba de vacío que realiza la aspiración de la muestra de aire. 44.us. Este tipo de captador se utiliza como técnica patrón para la determinación de partículas totales en suspensión.2. Toma de muestra y análisis de contaminantes atmosféricos. Su Contenido del curso Ambiental caudal estádidáctico entre 40-60 m3Química por hora. 22 392 .2. Óp. La diferencia entre las lecturas proporciona información acerca del tiempo transcurrido y el volumen de aire desplazado.3. En otros captadores de alto volumen se reemplaza este dispositivo por un caudalímetro que proporciona el valor de la cantidad de volumen de aire por hora.es/jmorillo/medicion5/muestreoyanalisispresentacion. en lugar del valor del volumen total. Figura 43. se conecta la motobomba regulando el caudal deseado y se registra la lectura del contador. 44. Forma de uso Se coloca el filtro.pdf.4.1..UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. p. fabricados en vidrio o plástico. MVS: flujo aproximado de 6 m3/hora.1. Captadores de Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs) Existen dos tipos principales: 44. 393 .35 m de altura y la rejilla tiene una malla con tamaño de poro de 25 mm. 40 y 60 µm. Está constituido por los siguientes componentes: 44. Captadores por precipitación Se utilizan para la determinación de partículas sedimentables. Frascos colectores Con capacidad de 10-20 litros. Soporte y rejilla protectora El soporte es un trípode de alrededor de 1. 44. El tubo se tapa en un extremo con un tapón de lana de vidrio. para evitar la pérdida de contaminante cuando se muestrea a un caudal de 2 L/min.4.1.3. WRAC: flujo aproximado de 2000 m3/hora e impactadores de 10. para evitar la entrada.1. 44.4. rango de captación 0. LVS: flujo aproximado de 2 m3/hora. 44.2.1.1. Los gránulos de carbón se empaquetan en tubos de vidrio de una longitud de 5-10 cm.3. 20.1.1-25 ó 50 µm.1.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. límite de captación 50 µg/m3. consta de un embudo colector usualmente con diámetro (D) de 315 mm. Contenido didáctico del curso Química Ambiental o De volumen medio. límite de captación 10 µg/m3. las cuales se depositan por gravedad en el interior de un frasco colector.3.3.3.1. rango de captación 0. de insectos y hojas. Depósito colector Puede ser de vidrio o acero inoxidable. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental o De volumen medio. Este valor se puede comparar con el límite legal establecido. Captación en trampas Se utilizan tubos de adsorción de carbón o tenax. por ejemplo. Permite calcular los mg/m2 de partículas sedimentables por día.1-10 µm. ajustado a una presión de 46-53 mbar. 44. o Clasificador de aerosoles de rango amplio. en moles D = coeficiente de difusión del gas.4. S = superficie de difusión.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. se difunden de acuerdo con la siguiente igualdad: dm dC = DS dt dl Donde: m = masa de gas que se difunde a través de la sección S. a una concentración C. en cm2 t= tiempo de difusión en minutos 394 . 44.1. Después del tiempo de muestreo se realiza la extracción de la muestra para análisis posterior.2. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental El tiempo de muestreo se establece experimentalmente de manera que se obtenga una cantidad de muestra suficiente para el análisis. en moles/cm3 l = longitud de difusión. 44. Equipos para sistema pasivo de muestreo. Captación en canister. Estos equipos no utilizan bombas para forzar el paso de las muestras de aire. Los canister son botellas de acero inoxidable de diferentes capacidades volumétricas. Las muestran entran por difusión de los contaminantes hacia la superficie del muestreador. en cm.2. en cm2/min C = concentración ambiental del gas. La muestra de aire se introduce mediante vacío o presión. Los captadores pasivos se rigen por la primera ley de Fick que establece que las especies moleculares dispersas en el aire. independientemente del caudal de muestreo. El interior de las botellas debe estar recubierto de teflón o estar electropulido. Contenido didáctico del curso Química Ambiental Se ha encontrado que este sistema tiene una eficacia de captación del 95% para hidrocarburos alifáticos. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Conociendo las características del captador pasivo. cerca de vías de alto tráfico o de áreas industriales. La concentración promedio de los contaminantes adsorbidos se determina por medio de análisis instrumental utilizando espectrofotometría. Protocolo para el monitoreo y seguimiento de la calidad del aire. Es muy útil cuando se trata de identificar lugar críticos. 103 Ministerio de ambiente. o Muestreador de tubo: la difusión se controla con una capa de aire estancada. vivienda y desarrollo territorial. En la difusión de contaminantes desde el aire hacia el medio de adsorción. Bogotá: Ministerio de ambiente. se puede establecer con base a la ecuación de Fick la siguiente Contenido didáctico del curso Química Ambiental igualdad: m C= Q. vivienda y desarrollo territorial. 2010. Las moléculas gaseosas se difunden hacia el interior del muestreador donde son recogidas cuantitativamente en un filtro impregnado o en un material adsorbente.t Donde: Q = coeficiente de captación. por difusión molecular en un material absorbente. en dimensiones de flujo de gas (cm 3/min) Los equipos permiten recolectar una muestra. cromatografía de gases o cromatografía de iones. específicamente su superficie de difusión (S). la fuerza impulsora es el gradiente de concentración entre el aire circundante y la superficie de adsorción donde la concentración se considera nula. 395 . o Muestreador de membrana: la difusión se dirige por una penetración subsecuente a través de una membrana semipermeable. integrada en un período definido (por lo general de una semana a un mes). p. bombas u otro equipo de soporte103. De esta manera se alcanza una concentración promedio en el tiempo considerado sin requerimientos de electricidad. de alta concentración de contaminantes. 70. donde estudios más detallados pueden ser necesarios. específico para cada contaminante. Hay dos clases de equipos de muestreo pasivo los cuales se diferencian en el mecanismo empleado para la difusión del aire hacia la superficie absorbente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. potenciometría. Metodología de la evaluación de la calidad del aire. Óp. AA. p.analesranf. Rosalía. cromatografía de gases. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Contenido didáctico del curso Química Ambiental Figura 44. p. Lección 45: Análisis de laboratorio106 PALABRAS CLAVE: análisis continuo. 422-429. 104 Ibíd. 73. las dimensiones corresponden comúnmente a longitudes de 50 mm y diámetros de 10 mm. Estos últimos poseen una velocidad de muestreo 20 veces mayor.com/index. las dimensiones incluyen longitudes de 10mm y diámetros de 20 mm. espectrometría de masas. Los de relación longitud/diámetro < 1 proporcionan un límite de detección menor y se conocen como de Baja Dosis. fluorescencia de UV. http://www. difracción de RX.. fluorescencia de RX.. p. ICP. debido al aumento del área transversal y a la disminución de la longitud de difusión del gas105. Esquema general de un muestreador pasivo104 Los muestreadores pasivos de relación longitud/diámetro > 1 proporcionan un límite de detección alto y son referenciados como de Alta Dosis. Cit. 396 .php/mono/article/viewFile/606/623. quimioluminiscencia. radiación β. análisis discontinuo. HPLC. 71 105 Ministerio de ambiente. conductometría. gravimetría. cromatografía iónica. UV. 106 FERNÁNDEZ. reflectometría. vivienda y desarrollo territorial. IR. de forma continua y automática.1) 107 FERNÁNDEZ.1.com/index. Técnicas utilizadas en análisis continuo Tabla 18. cuando vuelven a su estado fundamental. 397 .1.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 45. Fluorescencia de UV Se basa en la emisión de luz por parte de las moléculas excitadas (en este caso de SO2) por radiación UV. Técnicas para análisis continuo CONTAMINANTE TÉCNICA Dióxido de azufre Fluorescencia de UV Dióxido de nitrógeno Quimioluminiscencia Monóxido de carbono Absorción de infrarrojo Ozono Absorción UV Benceno Cromatografía de gases Partículas Absorción de radiación β Los fundamentos de las técnicas anteriores se presentan a continuación107. 45. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Las técnicas utilizadas para el análisis de los contaminantes dependen del método de captación: Contenido didáctico del curso Química Ambiental o Los métodos de captación continua implican el análisis del contaminante en el punto de muestreo. Las reacciones involucradas son: SO2 + hɣ SO2* (9. Rosalía.1.php/mono/article/viewFile/606/623.analesranf. Metodología de la evaluación de la calidad del aire. 425-429. p. o Los métodos de captación discontinua implican el transporte del contaminante desde el punto de muestreo hasta el laboratorio. http://www. 2) LaContenido intensidad de ladel radiación fluorescente didáctico curso Química Ambientales proporcional al número de moléculas de SO2 en el volumen de detección y es.3) Donde: F = intensidad de la radiación fluorescente k = factor de proporcionalidad CSO2 = concentración de SO2 La determinación debe realizarse a temperatura y presión constantes.6) El NO se analiza entonces de acuerdo con las reacciones 9.5. Por lo tanto: F=k x CSO2 (9.3. 45. Absorción de radiación infrarroja no dispersiva La atenuación de la luz infrarroja que pasa a través de una cámara es una medida de la concentración del compuesto(s) químico(s) presente(s) en la cámara. Para la determinación del NO2 se convierte en NO en un convertidor: NO2 convertidor (catalizador) NO (9. proporcional a la concentración de SO2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas.5) El dióxido de nitrógeno excitado emite radiación en la región del infrarrojo cercano (600-3000 nm) con un máximo alrededor de 1200 nm.2.1. Quimioluminiscencia La quimioluminiscencia es la emisión de luz durante una reacción química. Cuando se utiliza esta técnica para la determinación del CO presente en una muestra de aire. de acuerdo con la ley de Lambert-Beer. por tanto.4 y 9. se debe tener en cuenta que no sólo este compuesto absorberá 398 .4) (9. 45.1. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental SO2* SO2 + hɣ (UV) (9. Utilizada para el análisis de NO2 se basa en las reacciones siguientes: NO + O3 NO2* NO2* + O2 NO2 + hɣ (9. Absorción de radiación ultravioleta El aire muestreado se aspira continuamente a través de una celda óptica de absorción.5. La radiación UV que pasa a través de la celda de absorción. especialmente agua y CO2. 45. se mide con un fotodiodo sensible o un detector fotomultiplicador y se convierte en una señal eléctrica que se puede medir. donde se irradia con radiación monocromática. sino los pasos previos a la introducción de la muestra en el equipo. en donde los hidrocarburos de punto de ebullición mayor se eliminan por retroflujo. con centro en 253.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. del curso Química Ambiental 45. La absorción de esta radiación por parte del aire muestreado en la celda de absorción es una medida de la concentración de ozono en el aire. desde una lámpara estabilizada de descarga de Hg.7 nm. sino también la mayoría de las moléculas heteroatómicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental luz infrarroja. para el caso de la determinación de benceno. que tienen bandas anchas que pueden interferir en la Contenidodel didáctico medición CO. 399 . Ates de entrar en la columna. La desorción del benceno captado en el tubo se realiza mediante calor y se transfiere mediante un gas portador inerte a un cromatógrafo de gases equipado con una columna capilar y un detector de ionización de llama u otro detector apropiado.4. a baja presión. La selección del adsorbente adecuado permitirá la retención del benceno en el tubo y la eliminación de la corriente de aire. Cromatografía de gases No se presentan los principios de esta técnica. luego se calienta para liberar la muestra en la columna o en una precolumna. la muestra se concentra en una trampa criogénica.1. Un volumen medido de la muestra de aire se fuerza a través de un tubo de adsorción.1. 400 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. deben manipularse de manera que se asegure que no habrá riesgo de contaminación. Absorción de radiación beta Esta técnica se rigedelpor la ley de absorción Contenido didáctico curso Química Ambiental empírica: N = No X e-km (9. Técnicas utilizadas en análisis discontinuo Una vez llegan las muestras al laboratorio.7) Donde: N = número de electrones transmitidos por unidad de tiempo (cuentas por segundo) medidos después del filtro.6.1. 45. En la práctica se pasa un volumen conocido de aire a través de un filtro. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental 45. No = número de electrones incidentes por unidad de tiempo (cuentas por segundo). sobre el cual se recolecta el material particulado. La masa total del material se determina por medición de la absorción de la radiación beta.2. k = coeficiente de absorción por unidad de masa (cm2/mg) m = masa por área (mg/cm2) de materia que absorbe la radiación beta. y se deben identificar de forma inequívoca. De acuerdo con la naturaleza del contaminante que se quiere analizar se seleccionará la técnica más adecuada. X X Espectrometría AA X ICP X Cromatografía iónica Cromatografía gasesEspectrometría de masas X X Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) X X Fluorescencia de RX/Difracción RX X Los fundamentos de algunas de estas técnicas se describieron de manera general en las Unidades 1 y 2. Técnicas para análisis discontinuo Contenido didáctico del curso Química Ambiental TIPO DE CONTAMINANTE TÉCNICA GASES Gravimetría/Reflectometría PARTÍCULAS X Potenciometría/Conductimetría X X Espectrofotometría UV/Vis. La mayoría son de uso común en los laboratorios. por lo cual no son objeto de estudio en esta lección. Se remite al estudiante a textos de análisis instrumental.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Tabla 19. 401 . Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Actividades de Autoevaluación de Ambiental la UNIDAD 3 Contenido didáctico del curso Química 402 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. Química ambiental. Instituto de Hidrología. Protocolo para el monitoreo y seguimiento de la calidad del aire. S. 2001. Rosalía. RAISWELL. Ciencia ambiental y desarrollo sostenible. Tecnología e Ingeniería Contenido didáctico del curso Química Ambiental Fuentes Documentales de la Unidad 3 Contenido didáctico del curso Química Ambiental BAIRD. Química física del ambiente y de los procesos medioambientales. vivienda y desarrollo territorial. ENKERLIN.com/index. 2005. R. Barcelona: Editorial Reverté. Colin. 1981. 2007. Introducción a la química ambiental. Juan y DÁVILA. y SEAGER Spencer. 403 . HARRISON. 1997. México: FERNÁNDEZ. Contaminación del aire y del agua. Meteorología y Estudios Ambientales. F. IDEAM. Introducción a la química medio ambiental y a la contaminación. Química ambiental. H. 1983. Barcelona: Blume. México D.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas. 666 p. Metodología de la evaluación de la calidad del aire. 2004. 2003. Consultado en: http://www. Zaragoza: Editorial Acribia. Barcelona: Ediciones Omega. MANAHAN. 2010.analesranf. Martín. Ediciones. STOKER. vivienda y desarrollo territorial. Protocolo para la vigilancia y seguimiento del módulo aire del Sistema de Información Ambiental. FIGUERUELO. Bogotá: Ministerio de ambiente. Bogotá: IDEAM. Barcelona: Editorial Reverté. et al. Ernesto et al. Thomson. R.php/mono/article/viewFile/606/623. Química ambiental.: Reverté Ministerio de ambiente. El medio ambiente.