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Aire

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¿Qué es el aire?

El aire es una mezcla de gases que forman la atmósfera, es por ello que se encuentra en todas partes. Sus componentes principales son el nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, neón, helio, entre otros. Todos ellos de gran importancia y necesarios para que los seres vivos realicen funciones vitales, como las siguientes:

  • Gracias al oxígeno en la atmósfera, podemos respirar.
  • El dióxido de carbono es la base para la fotosíntesis.
  • El aire permite la existencia del fuego, el sonido, el viento, las nubes, las lluvias, etc.

Composición porcentual del aire

Está compuesto por cinco sustancias: nitrógeno, oxígeno, argón, dióxido de carbono y agua en estado gaseoso y a la que comúnmente llamamos “vapor de agua”. Los cuatro primeros componentes se encuentran normalmente en el aire, pero el vapor de agua puede variar desde 0% en el desierto hasta 5% en la selva tropical.

La composición del aire seco, sin agua, es 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de otros gases. Cuando respiramos, el oxígeno del aire es absorbido por la sangre a través de los pulmones y transportado a cada una de las células del organismo.

El oxígeno reacciona con los alimentos que consumimos y en este proceso se libera energía que requiere
nuestro organismo, dióxido de carbono y vapor de agua.

Los gases que componen el aire a excepción del argón, sufre de variaciones porcentuales en la exhalación, como podemos observar en la siguiente tabla:


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Reacciones del oxígeno

La importancia que tiene el oxígeno y el agua (humedad) es que son ingredientes esenciales (reactantes) que ayudan a que se produzca la reacción química de oxidación y genere sus productos comunes y, que se observan, por ejemplo, en la aparición rojiza de la degradación del hierro.

El oxígeno es el más importante para mantenernos vivos porque las células de nuestro cuerpo lo necesitan como fuente de energía y para crecer. … Los pulmones y el sistema respiratorio permiten la entrada del oxígeno del aire en el organismo, así como la expulsión de dióxido de carbono al espirar.

Gracias a la fotosíntesis, el oxígeno consumido en la respiración y la combustión puede reemplazarse. De esta manera se evita el incremento de dióxido de carbono. Son la base de la alimentación de muchos organismos vivos.

La oxigenoterapia es una herramienta fundamental para el tratamiento de la insuficiencia respiratoria, tanto aguda como crónica. Los objetivos principales que llevan a su empleo son tratar o prevenir la hipoxemia, tratar la hipertensión pulmonar y reducir el trabajo respiratorio y miocárdico.

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Reacciones de combustión

¿Cómo se produce una reacción de combustión?

Por un lado tenemos uno de esos elementos reactivos: el combustible, que es la sustancia que se oxida y que nos la podemos encontrar en estado sólido, líquido o gaseoso y que se compone en su gran mayoría de carbono e hidrógeno.

El comburente, por su parte, que la sustancia que oxida al combustible, y generalmente es el oxígeno que se encuentra en el aire. Al mismo tiempo, es necesario que intervenga la energía de activación, que se encarga de desencadenar la reacción.

Para ello, deben ponerse en contacto determinadas cantidades de comburente y combustible en una relación adecuada de masas y volúmenes. Esto se estudia a través de la estequiometría, que también se encarga de ver las distintas proporciones de elementos.

Tipos de combustión

En función de este estudio de las proporciones podemos encontrarnos:

  • Combustión completa: Se produce la oxidación de todo el combustible. Para esto es necesario que intervengan las cantidades necesarias de comburente y de aire seco.
  • Combustión exacta o estequiométrica:  Se produce con la combustión completa pero realizada también con la cantidad exacta de oxígeno para oxidar totalmente el combustible. Como la reacción consume completamente el combustible y el oxígeno, los gases que se producen no contienen ya estas sustancias.
  • Combustión incompleta: Tiene lugar una combustión incompleta cuando no se oxidan todos los componentes del combustible. Normalmente esto suele producirse por falta de comburente. Se dan durante el proceso restos de distintas sustancias denominadas inquemados entre los que destaca por su peligrosidad el monóxido de carbono, también llamado CO

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Formación de óxidos básicos

Los óxidos básicos son compuestos inorgánicos que se forman por la unión entre oxígeno y un metal. Se llaman óxidos básicos porque producen soluciones alcalinas o básicas al disolverse en agua. También porque reaccionan con ácidos para formar una sal y agua por medio de una reacción de neutralización ácido-base.

 

Los óxidos básicos son muy comunes. De hecho, la mayoría de los metales en la naturaleza se encuentran en los suelos en forma de óxidos, por lo que antiguamente se les solía denominar tierras.

Los óxidos básicos son de gran importancia para la industria. Muchos pigmentos de colores utilizados en la industria son óxidos. Otros óxidos se utilizan como base para pinturas, en especial los óxidos de titanio, plomo y cinc.

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Formación de óxidos ácidos (nitrógeno, azufre y carbono)

Los óxidos ácidos, también llamados óxidos no metálicos o anhídridos, son las sustancias que se forman cuando un no metal se combina químicamente con el oxígeno para formar una nueva molécula. Los no metales son los elementos que se encuentran del lado derecho de la Tabla periódica; tienen más electrones en su última capa que los metales y este número varía, por lo que tienen varias valencias con las cuales podrá unirse al oxígeno.

De un solo no metal pueden formarse varios óxidos ácidos, y cada uno de estos compuestos mostrará propiedades diferentes, como: peso molecular, densidad, estabilidad química y reactividad. Una característica importante de los óxidos ácidos es que pueden formarse en condiciones muy diversas. Por ejemplo, entre los óxidos de nitrógeno (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5, NO3, N2O7), los superiores se generan a temperaturas de cientos o miles de grados centígrados.

La ecuación general de la reacción de formación de óxidos ácidos es la siguiente:

No metal + O2 –> Óxido ácido

Para la escritura de un óxido ácido, se coloca primero el símbolo del no metal con la valencia del oxígeno como subíndice. Después va el oxígeno con la valencia del no metal como subíndice. Esta forma de valencias cruzadas es como se escriben todos los compuestos químicos. Cabe recalcar que el no metal usa sus valencias positivas para formar el óxido ácido.

Algunos de los óxidos ácidos se encuentran en estado gaseoso por las condiciones extremas en las que se forman. Entre estos se encuentran los óxidos de nitrógeno (NOx) y los óxidos de azufre (SOx); ambos tipos de gases son agentes contaminantes del aire que hay que evitar y mantener en niveles bajos. En este caso, los óxidos de azufre se aprovechan en las plantas químicas para producir ácido sulfúrico de alta pureza.

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Reacciones de óxido –reducción

Oxidación

Se le llama oxidación a la reacción en la que una especie química pierde o cede electrones, aumentando su número de oxidación (Ejemplo : Fe).

 

Reducción

Se le llama reducción a la reacción en la que una especie química capta o acepta electrones disminuyendo su número de oxidación (Ejemplo : Cu+2).

Los procesos redox involucran cambios en los números de oxidación por eso es conveniente recordar de qué manera se calculan.

¿Qué es el Numero de Oxidación?

Se define número o estado de oxidación (EDO), a la carga que un átomo presenta en una molécula, como consecuencia de las diferentes electronegatividades que presentan los átomos.

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Ciclos del oxígeno, nitrógeno y carbono

Ciclo del oxígeno

El ciclo del oxígeno es la circulación del elemento oxígeno en el interior y en la superficie de la Tierra a través de procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos.

La importancia del ciclo del oxígeno radica en lo imprescindible que es este elemento para la vida en el planeta.

Ciclo del oxígeno

El proceso de transformación de su recorrido se define como un ciclo biogeoquímico. En este sentido, el oxígeno pasa por mutaciones físicas, químicas, geológicas y biológicas en el proceso.

Ciclo del carbono

El carbono es parte fundamental y soporte de los organismos vivos, porque proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida contienen carbono. 
Se lo encuentra como dióxido de carbono en la atmósfera, en los océanos y en los combustibles fósiles almacenados bajo la superficie de la Tierra. 

El movimiento global del carbono entre el ambiente abiótico y los organismos se denomina ciclo del carbono.

El CO2 se encuentra:

en el océano  y  en el agua dulce como 

 en la atmósfera (gas) como

COdisuelto,       CO2-3 (carbonato),        HCO3(bicarbonato),        Ca CO3(rocas calizas)

CO2  (en un 0,03%)

El ciclo básico comienza cuando las plantas, a través de la fotosíntesis, hacen uso del dióxido de carbono (CO2) presente en la atmósfera o disuelto en el agua. El carbono (del CO2) pasa a formar parte de los tejidos vegetales en forma de hidratos de carbono, grasas y proteínas, y el oxígeno es devuelto a la atmósfera o al agua mediante la respiración. Así, el carbono pasa a los herbívoros que comen las plantas y de ese modo utilizan, reorganizan y degradan los compuestos de carbono. Gran parte de éste carbono es liberado:

  • en forma de CO2 por la respiración, o
  • como producto secundario del metabolismo,

pero parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros, que se alimentan de los herbívoros.  
En última instancia, todos los compuestos del carbono se degradan por descomposición, y el carbono que es liberado en forma de CO2, es utilizado de nuevo por las plantas.

En resumen, los pasos más importantes del ciclo del carbono son los siguientes:

  • El dióxido de carbono de la atmósfera es absorbido por las plantas y convertido en azúcar, por el proceso de fotosíntesis.
  • Los animales comen plantas y al descomponer los azúcares dejan salir carbono a la atmósfera, los océanos o el suelo.
  • Bacterias y hongos descomponen las plantas muertas y la materia animal, devolviendo carbono al medio ambiente.
  • El carbono también se intercambia entre los océanos y la atmósfera. Esto sucede en ambos sentidos en la interacción entre el aire y el agua.

Ciclo del nitrógeno

La atmósfera es el principal reservorio de nitrógeno, donde constituye hasta un 78 %  de los gases. Sin embargo, como la mayoría de los seres vivos no pueden utilizar el nitrógeno atmosférico para elaborar aminoácidos y otros compuestos nitrogenados, dependen del nitrógeno presente en los minerales del suelo. Por lo tanto, a pesar de la gran cantidad de nitrógeno en la atmósfera, la escasez de nitrógeno en el suelo constituye un factor limitante para el crecimiento de los vegetales.
El proceso a través del cual circula nitrógeno a través del mundo orgánico y el mundo físico se denomina ciclo del nitrógeno.

Este ciclo consta de las siguientes etapas:

  1. Fijación del nitrógeno: consiste e la conversión del nitrógeno gaseoso (N2) en amoníaco (NH3), forma utilizable para los organismos. En esta etapa intervienen bacterias (que actúan en ausencia de oxígeno), presentes en el suelo y en ambientes acuáticos, que emplean la enzima nitrogenasa para romper el nitrógeno molecular y combinarlo con hidrógeno.

    N2 ——————–> NH3
    nitrogenasa

    Ejemplos de bacterias fijadoras de nitrógeno:

    • Las bacterias del género Rhizobium, viven en nódulos de las raíces de leguminosas y de algunas plantas leñosas.

Contaminantes del aire

os contaminantes del aire se emiten desde un rango de fuentes tanto naturales como artificiales, que incluyen:

  • quema de combustibles fósiles en la generación de electricidad, transporte, industria y hogares;
  • Procesos industriales y uso de solventes, por ejemplo en las industrias químicas y mineras;
  • agricultura;
  • tratamiento de desechos;
  • Fuentes naturales, incluidas erupciones volcánicas, polvo arrastrado por el viento, rocío de sal marina y emisiones de compuestos orgánicos volátiles de las plantas.

Contaminantes primarios del aire (óxidos de nitrógeno,carbono y azufre, partículas suspendidas e hidrocarburos)

Compuestos de azufre 

Asociados con el contenido en azufre de los combustibles fósiles, están por tanto relacionados con la combustión del gasóleo en los vehículos y producción de energía y carbón en las centrales térmicas, determinados procesos industriales y con las calefacciones domésticas. En la atmósfera urbana está representada una amplia gama de compuestos de azufre, pero desde un punto de vista práctico los más importantes son el dióxido de azufre gaseoso, el ácido sulfúrico y los sulfatos. Los cambios en tipos de combustibles en Europa Occidental han llevado a una disminución considerable de las emisiones de SO2 aunque aún se pueden dar altas concentraciones puntuales a nivel local asociadas a emisiones ocasionales. 

Compuestos de nitrógeno 

Su principal fuente de emisión no natural proviene de los combustibles fósiles utilizados para el transporte, calefacción y generación de energía. La mayoría de combustiones producen monóxido de nitrógeno (NO) que, por procesos de oxidación da lugar al dióxido de nitrógeno (NO2). Algunas veces la información que se suministra se refiere en términos de NOX, indicando una mezcla de óxidos de nitrógeno. 

Óxidos de carbono 

Fundamentalmente son el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO2). Se liberan a la atmósfera como consecuencia de las combustiones incompletas (CO) y completas (CO2). La fuente principal del CO son los humos procedentes del escape de los vehículos a motor. Por otro lado, el CO2, es uno de los principales contaminantes responsables del efecto invernadero. 

Compuestos orgánicos volátiles (COV) 

Los COV son un grupo variado de compuestos presentes en la atmósfera que incluyen un amplio espectro de hidrocarburos como alcanos, alquenos, hidrocarburos aromáticos, cetonas, alcoholes, ésteres y algunos compuestos clorados. El benceno (C6H6) es un COV aromático que ha recibido mucha atención debido a su carcinogenicidad. El tolueno (C6H5CH3) es un COV que actúa como importante precursor del ozono. En algunas ocasiones el metano (CH4) se mide de forma independiente al resto de los COV y entonces se habla de los compuestos orgánicos volátiles no metánicos (COVNM). 

Principales fuentes generadoras (industriales, urbanas y agrícolas)

La contaminación del aire es la presencia, en esta mezcla de gases atmosféricos, de sustancias que perjudican su calidad para el mejor desarrollo de los procesos bioquímicos en el planeta y la respiración de los seres vivos. Estas sustancias son llamadas contaminantes, y puede tratarse de los siguientes:

 
  • Monóxido de carbono (CO)
  • Óxidos de Nitrógeno (NOx´s)
  • Óxidos de Azufre (SOx´s)
  • Hidrocarburos
  • Sulfuro de hidrógeno (H2S)
  • Amoniaco (NH3)
  • Partículas suspendidas
  • Partículas menores de 10 micras

Impacto ambiental: inversióntérmica y lluvia ácida

Inversión térmica.

Se define como un aumento de la temperatura con la altitud en una capa de la atmósfera. Como la temperatura suele descender con la altitud hasta el nivel de los 8 a 16 km de la tropósfera a razón de aproximadamente 6.5 °C/km, el aumento de la temperatura con la altitud se conoce como inversión del perfil de temperatura normal. Sin embargo, se trata de una característica común de ciertas capas de la atmósfera. Las inversiones térmicas actúan como tapaderas que frenan los movimientos ascendentes de la atmósfera. En efecto, el aire no puede elevarse en una zona de inversión, puesto que es más frío y, por tanto, más denso en la zona inferior.

Lluvia ácida.

Es la precipitación, normalmente en forma de lluvia, pero también en forma de nieve o niebla, que presenta un pH del agua inferior a 5.65. Ésta implica la deposición de sustancias desde la atmósfera durante la precipitación. Las sustancias acidificantes pueden presentar un carácter directamente ácido o pueden adquirir dicha condición por transformación química.





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1 year ago

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