Características de interés
Interés medioambiental tres óxidos:
¾ N2O: Abundante, estable y no tóxico.
¾ NO: Baja presencia, reactivo, incoloro y tóxico
¾ NO2: Baja presencia, reactivo, rojizo y muy tóxico
NO y NO2 conjuntamente se conocen como NOx
Fuentes mas importantes (Oxidos de nitrógeno)
N2O: Básicamente natural, pero también combustiones y emisión deri-
vada de uso de fertilizantes nitrogenados.
NOx:: Procesos de combustión a altas temperaturas, principalmente el
transporte: Su generación depende de:
¾ Temperatura
¾ Relación oxígeno/combustible
¾ Tiempo
Aunque se suelen emitir conjuntamente NO y NO2, la concentración de
NO es mayoritaria.
Evolución y destino
N2O: Es un gas muy estable, con vida media de 30 años.. Se puede
oxidar, formando Nox, principalmente en la estratosfera, de ahí su im- portancia medioambiental
NOx: Muy reactivos, tendencia a oxidarse y formar ácido nítrico.
Efectos más importantes
N2O: Contribución al efecto invernadero en un 7%.
NOx:
¾ Toxicidad
¾ Inmunodepresión
¾ Facilita procesos de broncocontricción
¾ Contribución a formación de lluvia ácida por formación de ácidos
¾ Contribución a la formación de smog fotoquímico (Ver contaminan-
tes secundarios)
¾ Disminución de visibilidad por:
CONTAMINANTES: CARACTERÍSTICAS, ORIGEN Y EFECTOS
HIDROCARBUROS
Estos contaminantes constituyen un grupo muy heterogéneo que tienen en común el hecho de tener en su composición carbono e hidrógeno. La emisión de hidrocarburos proviene de una variedad de fuentes, tanto naturales como antropogénicas. Entre estas últimas, el transporte es la más importante. Los efectos de éstos son muy variados y dependen del grupo según su estructura. Estos van desde el efecto invernadero (metano) a la formación del “smóg fo- toquímico” urbano.
6.1 C
ARACTERÍSTICASSon un grupo de compuestos cuya característica común es la de presentar en su estructura únicamente átomos de carbono y de hidrógeno. Muchas sus- tancias pertenecen a este grupo, gran parte de ellas derivadas del petróleo. El estado físico de estos compuestos depende del número de átomos de carbo- no que conforman su estructura, así como de la disposición espacial de los mismos. Estos pueden ser de cadena abierta (alifáticos) o cíclicos (alicíclicos o aromáticos –núcleo bencénico-) Dentro de la amplia gama de compuestos que forman parte de las mezclas que constituyen los hidrocarburos, los que tienen de 1 a 4 átomos de carbono son gases a la temperatura ordinaria, y por tanto, presentan gran interés desde el punto de vista de contaminación atmosférica. Otros hidrocarburos importantes por su volatilidad, fuentes y efectos son los aromáticos como benceno, xileno y tolueno
Otros contaminantes importantes, especialmente por su toxicidad, son los PAH´s o HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos). Estos son aproximada- mente 100 compuestos formados por 2 o más anillos bencénicos que com- parten 2 átomos en común. Uno de los más tóxicos es el 3, 4 benzopireno que presenta 5 anillos. Para su estudio la OMS toma como referencia 6 de estos compuestos, todos derivados de procesos de combustión.
Una forma genérica e inespecifica de valorar los hidrocarburos en aire y sus- tancias afines es la de hacerlo como Compuestos Orgánicos Volátiles (COV´s), que en general incluye aquellos compuestos orgánicos que se en- cuentran en la atmósfera en forma gaseosa (por lo general con 5 átomos de carbono o menos)
CONTAMINANTES: CARACTERÍSTICAS, ORIGEN Y EFECTOS
6.2 F
UENTESLas fuentes naturales emiten fundamentalmente metano (CH4), debido a pro-
cesos biológicos de degradación de materia orgánica. ), también puede se importante la emisión de hidrocarburos más complejos por la vegetación co- mo son los terpenos, emitidos por coníferas e Isopreno, producido por árboles de hoja caduca. Estas fuentes son más intensas que las antropogénicas, constituidas primordialmente por procesos de extracción, refino, transporte y uso del petróleo y derivados, la combustión de biomasa, minería, actividades agropecuarias, etc.
A pesar de que la emisión antropogénica es muy inferior a la debida a proce- sos naturales, la emisión de compuestos orgánicos antrópogénicos es impor- tante por su reactividad en la atmósfera, toxicidad de algún grupo y por la alta sensibilidad del olfato humano a algunos de ellos.
El transporte supone la emisión de más del 50% de los hidrocarburos por ac- tividades humanas. Si se analiza una muestra de aire de una zona urbana se detecta la presencia de hidrocarburos alifáticos, así como hidrocarburos aro-
máticos ligeros en concentraciones en torno a 2-3 mg/m3. Estos hidrocarburos
provienen de la evaporación de productos petrolíferos los depósitos y de los carburadores de los vehículos, sobre todo en la parada del motor y cuándo éste aún está caliente. Sin embargo, la fuente principal reside en la combus- tión incompleta del carburante durante el ciclo de funcionamiento del motor. Los PAH´s se suelen encontrar en las fracciones más pesadas del petróleo, en el hollín como consecuencia de combustiones incompletas (adheridos a las partículas emitidas en focos de combustión) así como se pueden producir por la pirólisis de materia orgánica a altas temperaturas. Ciertas bacterias, algas y plantas pueden sintetizar estos compuestos pero su presencia gene- ralmente está asociada a la combustión incompleta de la materia orgánica.
6.3
E
VOLUCIÓN Y DESTINOLa vida media de estos compuestos en la atmósfera es muy variable según la especie. La del metano puede ser de años mientras que la del etileno, horas. Estos compuestos orgánicos generalmente se oxidan por ataque de un radi- cal hidróxilo (OH-) con la ayuda de la radiación solar dado que el oxígeno at- mosférico no es lo suficientemente agresivo para producir una oxidación dire- cta. Posteriormente se producen reacciones que pueden ser muy complejas
CONTAMINANTES: CARACTERÍSTICAS, ORIGEN Y EFECTOS
y, en muchos casos, aun poco conocidas dependiendo de la especie química.
El origen del radical OH- está en la fotólisis3 de ciertas sustancias presentes
en la atmósfera. La velocidad de las reacciones de oxidación depende del compuesto que se trate, así el etileno tarde del orden de una hora en desapa- recer, mientras que el metano tarda mil veces más.
Como ejemplo de un proceso de oxidación de un compuesto orgánico se describe a continuación el experimentado por el metano. La trayectoria de oxidación comienza (entre otros caminos posibles) con la reacción elemental que produce el radical metileno y agua:
CH4 + OH- → CH3- + H2O
El radical metileno es oxidado por el oxígeno molecular, dando el radical me- tilperóxilo:
CH3- + O2→ CH3O2
Este radical puede oxidar al monóxido de nitrógeno (NO), que es un contami- nante procedente de la combustión, para dar dióxido de nitrógeno (N02) y un radical metilalkoxi:
CH3O2 + NO → CH3O + NO2
Una nueva reacción con el oxígeno produce formaldehido (en sí un contami-
nante), que es relativamente estable, e hidroperóxilo (HO2):
CH3O + O2→ HO2 + CH2O
El radical hidroperóxilo oxida a su vez al monóxido de nitrógeno en dióxido de nitrógeno, liberando el radical hidróxilo, que había sido consumido en la pri- mera reacción:
HO2 + NO → OH* + NO2
El resumen de todos estos procesos químicos, de los que aquí sólo se ha dado un esquema, que en su conjunto se denomina fotooxidación atmosféri- ca, es:
3 Por fotólisis se entiende una reacción de descomposición de una especie química A por absorción de un fotón para formar una especie en estado excitado A* muy inestable, de modo que muy rápidamente A* se descompone en B + C.
A + hv → A* A*→ B + C
CONTAMINANTES: CARACTERÍSTICAS, ORIGEN Y EFECTOS
La regeneración del OH* (reacción en cadena), que queda disponible para
seguir oxidando hidrocarburos.
La formación de formaldehido, el cual puede a su vez ser fotolizado y oxi-
dado y conversión del NO en NO2, el cual produce ozono (O3) al fotolizar-
se, como se verá mas adelante.
El resultado final es la presencia de oxidantes fuertes en la atmósfera, que
irritan las vías respiratorias, dañan la vegetación y endurecen los materia- les poliméricos.
Finalmente se puede decir que los óxidos de nitrógeno catalizan, en cierto
sentido, las reacciones de los hidrocarburos con los oxidantes, por lo que la lucha contra el smog (contaminante secundario que se describirá más adelante) requiere la reducción de los óxidos de nitrógeno y de los hidro- carburos inquemados del sector transporte (fuentes móviles) y de las cale- facciones (fuentes estacionarias) en las zonas urbanas.
Otros hidrocarburos se oxidan de manera similar al metano, aunque la quími- ca global es muy compleja y no se conoce con profundidad y detalle.
Por otra parte, en general los PAH´s en el ambiente atmosférico son fotodegrada- bles cuando están sometidos a una alta exposición a radiación ultravioleta.
6.4 E
FECTOSLa toxicidad de los hidrocarburos es muy variable según la especie química y el receptor.
En general, los aromáticos son mucho más tóxicos que el resto. El etileno se conoce por su fitotoxicidad.
El metano contribuye al efecto invernadero, se estima, en un 13%, y su cre- cimiento anual es del 0.9%.
Los PAH´s tienen efectos cancerígenos, pero con una alta variabilidad. El más tóxico es el 3,4 benzopireno, que es poco estable y rápidamente destrui- do por la luz solar y otros compuestos atmosféricos. En el hombre su absor- ción es rápida y paso a tejidos grasos, pero no son bioacumulables ya que se produce una rápida metabolización.
CONTAMINANTES: CARACTERÍSTICAS, ORIGEN Y EFECTOS
Por último, como se apunto en el punto anterior, los hidrocarburos tienen in- fluencia sobre la presencia de oxidantes fuertes en la atmósfera, como se verá en el capítulo de contaminantes secundarios.