Química ambiental II (Efecto invernadero)

La acumulación de CO₂ en la atmósfera, como consecuencia de la combustión del carbón, el gas natural y los derivados del petróleo, ejerce una gran influencia sobre el clima de la Tierra, junto con otros gases, como el vapor de agua, el metano, CH₄, y los óxidos de nitrógeno, todos ellos llamados gases de invernadero.

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El efecto invernadero consiste en el aumento de la temperatura de la superficie terrestre como consecuencia de la creciente acumulación de los citados gases en la atmósfera.

Para comprender este efecto hay que tener en cuenta que alrededor del 30% de la energía que el Sol envía a la Tierra es reflejado por las nubes y por la superficie terrestre; el 70% restante es absorbido. Esta energía es emitida después por la atmósfera y por la superficie de la Tierra en forma de radiaciones, cuya mayor parte es aprisionada por las nubes y por los gases de invernadero y devuelta a la Tierra. El resultado es que la superficie de nuestro planeta se calienta.

Las consecuencias pueden llegar a ser muy serias: la disminución de la producción agraria y la elevación del nivel del mar debido a la fusión del hielo en los casquetes polares y en otras zonas, lo que podría llegar a provocar la inundación de extensas zonas costeras.

Química ambiental I (La lluvia ácida)

El dióxido de azufre y, en menor proporción, los óxidos de nitrógeno son los responsables de ese conocido fenómeno denominado lluvia ácida. Consiste en que estos gases, presentes en la atmósfera, son arrastrados por el agua de la lluvia, que se convierte así en una disolución suficientemente ácida como para provocar importantes trastornos ambientales.

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El SO₂ es oxidado a SO₃ en la atmósfera mediante distintos mecanismos, y tanto uno como otro, con el agua de lluvia, se transforman en sus correspondientes ácidos, H₂SO₃ y H₂SO₄.

La lluvia ácida destruye la vegetación y daña seriamente los cultivos y la fauna de vida acuática; por otra parte, produce un gran deterioro en las construcciones y en los monumentos por corrosión de la piedra.

El aumento actual de la concentración de SO₂ en la atmósfera es debido al exceso de emisiones de este gas como consecuencia de las erupciones volcánicas, la combustión de los sulfuros metálicos para la obtención de metales y, especialmente, el gran consumo de combustibles fósiles en la industria, en las centrales termoeléctricas, en los automóviles y en los hogares.

Curiosidades II (El Amoníaco)

El amoníaco es un gas incoloro de característico olor sofocante. Se prepara a partir de sus elementos hidrógeno y nitrógeno por el método introducido por los alemanes Haber y Bosch en 1914 y que recibe el nombre de síntesis de Haber.

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃

Las etapas de este método son las siguientes:

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1. Preparación de los gases de síntesis. Son procesos destinados a conseguir el hidrógeno y el nitrógeno necesarios para el proceso.

2. Síntesis catalítica. Los gases se ponen en contacto con un catalizador en el reactor. La temperatura oscila entre 400ºC y 600ºC y la presión, entre 200 y 1000atm.

3. Separación del amoníaco. Se enfría la mezcla que sale del reactor hasta que licua el amoníaco y se separa de la corriente de gases, nitrógeno e hidrógeno, que son reciclados.

Se utiliza como producto de limpieza, debido a su gran poder disolvente, y como fluido frigorífico para equipos y sistemas de refrigeración.

En la industria se emplea como materia prima para la producción de fertilizantes nitrogenados, fibras sintéticas, materias plásticas, pegamentos, colorantes, explosivos, productos farmacéuticos, en la síntesis del ácido nítrico...

Curiosidades I (Carbonato de sodio)

El método Solvay para la obtención industrial de carbonato de sodio, Na₂CO₃, en uso desde 1861, consiste en una serie sucesiva de reacciones químicas que parten de materias primas de fácil obtención, como la sal común o el cloruro de sodio, NaCl; el amoníaco, NH₃; y la caliza o carbonato de calcio, CaCO₃.

1. Descomposición de la caliza.

2. Obtención del hidrogenocarbonato de sodio.

3. Precipitación del hidrogenocarbonato de sodio.

4. Obtención del carbonato de sodio por calcinación.

El amoníaco se recupera en una de las reacciones secundarias que tienen lugar. La reacción global sería:

CaCO₃ (s) + 2NaCl (aq) → Na₂CO₃ (s) + CaCl₂ (s)

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El carbonato de sodio es un producto de extraordinaria utilidad:

-        Se emplea en la fabricación de vidrio porque disminuye el punto de fusión de la mezcla y permite aplicar temperaturas menores.

-          Es materia prima en la fabricación de otros productos, por ejemplo, jabones y detergentes.

-     También se emplea para eliminar la dureza del agua, es decir, las sales de calcio y de magnesio que contiene en disolución.

Obtención industrial de materiales (reacciones químicas)

Una de las aplicaciones más importantes de las reacciones químicas es su utilización en el desarrollo de procesos industriales para obtener materiales y productos de gran utilidad para los seres humanos.

Sin embargo, el desarrollo de este tipo de industrias tiene, en ocasiones, repercusiones sobre las personas y sobre el medio ambiente que es necesario conocer y prevenir. Por ejemplo:

·    La contaminación del terreno en el que está situada la planta industrial; de las aguas, debida a los subproductos y aguas residuales generadas, y del aire, por los gases originados en las combustiones y en otros procesos.

·    El agotamiento de materias primas de las que se nutre la industria química.

·   Los accidentes derivados de la manipulación, la producción y el transporte de sustancias tóxicas, corrosivas o venenosas.

La actual sensibilidad social y una legislación cada vez más rigurosa en materia de seguridad, vertido de residuos y reciclaje de materiales están contribuyendo a disminuir el impacto social y medioambiental de la industria química.

Solubilidad

Cuando añadimos una cucharada de azúcar a un vaso con agua observamos que se disuelve. Pero, ¿podremos disolver cualquier cantidad de azúcar? La experiencia nos dice que no.

En general, a una temperatura determinada, un disolvente sólo admite soluto hasta una cierta concentración. Así, por ejemplo, en 100g de agua sólo se disuelven 32g de cloruro de potasio, a 20ºC.

Disolución saturada es aquella que, a una temperatura determinada, ya no disuelve más soluto. La concentración de la disolución saturada a una temperatura determinada se denomina solubilidad.

Ésta puede expresarse en cualquier unidad de concentración. Sin embargo, suele darse en gramos de soluto por 100g de disolvente o en molaridad.

La solubilidad de un soluto sólido en un disolvente determinado suele aumentar al elevar la temperatura, de manera que podremos disolver más cantidad de soluto si aumentamos la temperatura de la mezcla.

Por el contrario, cuando se trata de gases, su solubilidad en un disolvente suele aumentar al disminuir la temperatura.

Concentración de las disoluciones

La proporción en que se encuentran los componentes de una disolución es su concentración. Conocerla nos permite calcular la masa exacta de los componentes en una cierta cantidad de disolución.

Existen diferentes maneras de expresar la concentración: porcentaje en masa, porcentaje en volumen, molaridad o concentración molar, molalidad o concentración molal y fracción molar.

Porcentaje en masa: Es la masa del componente, expresada en gramos, disuelta en 100g de disolución

Porcentaje en volumen: Es el volumen del componente, expresado en mililitros, disuelto en 100mL de disolución.

Molaridad (M): Es el número de moles del componente por litro de disolución.

Molalidad (m): Es el número de moles del componente por kilogramo de disolvente.

Fracción molar (χ): Es la razón entre el número de moles del componente y los moles totales. La suma de las fracciones molares de todos los componentes de una disolución es 1.

Nota: el volumen de una mezcla es aditivo cuando es igual a la suma de los volúmenes de los componentes antes de ser mezclados.

¿Qué es una disolución?

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Las mezclas homogéneas a nivel molecular de dos o más sustancias, que pueden hallarse en proporciones variables, reciben el nombre de disoluciones. Algunos ejemplos son el vinagre, el ácido clorhídrico, el aire, la sangre, el agua de mar...

En las disoluciones acuosas llamamos disolvente al agua y soluto al otro u otros componentes.

Esta nomenclatura se amplía a cualquier disolución de dos componentes, de manera que el más abundante se llama disolvente y el menos abundante, soluto.

Las propiedades de las disoluciones dependen de las que presentan sus componentes, aunque, en general, la relación no es directa entre unas y otras. Así, por ejemplo, el agua pura y la sal no conducen la electricidad; sin embargo, la disolución de sal en agua sí es conductora.

Pueden considerarse nueve tipos diferentes de disoluciones, dependiendo del estado en que se encuentren sus componentes: sólido, líquido o gaseoso. La más habitual es aquélla en la que uno de sus componentes es líquido. De éstas, la más común es la que tiene al agua como componente líquido.

Mezclas heterogéneas y tipos con nombres especiales

En las mezclas heterogéneas el tamaño de las partículas es superior a 0.001µm. Las mezclas heterogéneas están formadas por distintas porciones homogéneas, llamadas fases, separadas unas de otras por unas superficies denominadas interfases.

Según el estado de agregación de los componentes y el tamaño de las partículas, algunos tipos reciben nombres especiales.

Coloide: las partículas tienen un tamaño comprendido entre 0.001µm y 0.1µm. Las partículas no sedimentan, atraviesan los filtros ordinarios y son invisibles a simple vista. Por ejemplo, la tinta.

Suspensión: las partículas tienen un tamaño comprendido entre 0.1µm y 10µm. Está formada por una sustancia sólida dispersa en un fluido. Las partículas sedimentan y pueden separarse por filtros ordinarios. Por ejemplo, el polvo en el aire.

Emulsión: las partículas tienen un tamaño superior a 0.001µm. Formada por dos líquidos inmiscibles, uno de los cuales está dividido en pequeñísimas gotas dispersas en el otro. Con el tiempo suelen separarse en fases diferenciadas. Por ejemplo, el agua y el aceite después de agitar la mezcla.