El aire es una mezcla de gases invisibles, inodoros e incoloros. Está formado en un 78,08% de Nitrogeno, 20,94% de Oxígeno, 0,93% de Argón, 0,0318% de Dióxido de carbono, 0,00005% de Hidrógeno y un 0,00177% de otros gases. Si la Tierra fuera un globo grande, el grosor de la atmósfera no sería más que una película de esmalte sobre el globo. La atmósfera posee una altura de un poco más de 500 kilometros de altitud, pero los gases constituyentes están en su mayoría en los primeros 30 km de altura.
Esta atmósfera terrestre se divide en diferentes capas que difieren en su espesor, temperatura y composición.
Capa 1: Tropósfera (10 Km): ocurren los fenómenos atmosféricos. El Monte Everest tiene tan solo 8 km de altura.
Capa 2: Estratósfera (entre los 10 y 50 Km): Se encuentra la capa de ozono, vuelan naves supersónicas, globos aerostáticos y comunmente hasta aquí alcanzan a llegar los meteoritos.
Capa 3: Mesósfera (entre los 50 y 80 km): hasta aquí alcanzan a entrar los rayos cósmicos provenientes del Sol (flujo de electrones). Chocan las ondas de radio.
Capa 4: Termósfera o Ionósfera (entre 80 y 500 km): Por aquí normalmente atraviezan las naves espaciales. Se encuentran sus gases ionizados y corta las transmisiones radiales de las naves. Chocan las ondas de radio y se observan en los polos las auroras boreales.
Capa 5: Exósfera (sobre 500 Km de altura): Se movilizan los satélites de comunicación. Su densidad es mínima.
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Propiedades Físicas y Químicas del aire
Propiedades Físicas:
Propiedades Físicas:
a) Ocupa espacio: ocupa un volumen
b) Ejerce presión: el movimiento de sus partículas choca contra las paredes del contenedor
c) Volumen no definido: se adapta al espacio que lo contiene
d) Se expande y se contrae: diferentes factores permiten que las moleculas se separen o se junten. Ej. A mayor temperatura, mayor el movimiento y mayor su separación; a mayor presión externa, menor es el movimiento y menor la distancia entre las partículas.
e) Baja densidad: el aire seco y frío tiene una densidad de 0,0001293 g/ml (1ml de aire tiene una masa de 0,0001293 g). La densidad del agua es igual a 1.
Propiedades Químicas:
El aire es una mezcla de gases incoloros, inodoros e insípidos, formando moléculas diatómicas, que no reaccionan a temperatura ambiente.
El oxígeno puede formar óxidos a altas temperaturas. Se une a la hemoglobina en los globulos rojos para ser transportados a las células.
Nitrógeno es fundamental en el ADN, lo absorben las bacterias convirtiéndolos en nitratos (NO3) y amonio (NH4+) y lo asimilan las plantas. El nitrógeno es eliminado en forma de amoniaco por los peces, como urea por los mamíferos y como ácido úrico por las aves.
El dióxido de carbono es liberado por bacterias, material en descomposición y por todos los organismos eucariontes como producto de su respiración celular. Las plantas, mediante la fotosíntesis, absorben este compuesto para transformarlo en azúcar.
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Contaminación en el aire
Contaminación es la alteración en la composición química del aire y de sus propiedades físicas, debido a sustancias extrañas o por la variación en las cantidades que naturalmente están presentes en el aire.
Contaminación Natural: Ocurren por acción de fenómenos naturales (erupciones volcanicas, viento, incendios forestales naturales.
Contaminación artificial: Liberación de agentes contaminantes debido a actividades humanas como industrias, vehiculos, hogares, etc.
Los contaminantes son el dioxido de carbono CO2, monoxido de carbono CO, oxido de azufre SO2, oxido de nitrogeno NO2, hidrocarburos HC, material particulado como cenizas. (Todos estos gases permanecen sin sufrir alteraciones en la atmosfera = contaminantes primarios). Otras sustancias que se producen por alteración de los contaminantes primarios son el Ozono O3, el ácido nítrico HNO3 y el ácido sulfurico (H2SO4) (contaminantes secundarios).
Otro contaminante común son las partículas en suspensión, es decir particulas sólidas o líquidas que flotan en el aire, polen, cenizas, polvo, metales como plomo, quema de combustibles fósiles, quema de basuras, leña, hojas y cemento.
Contaminantes primarios: son sustancias que permanecen en la atmósfera, sin sufrir alteraciones desde que son emitidas. Dióxido de carbono (CO2), óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NO y NO2), hidrocarburos (HC) y partículas en suspención como cenizas, polen, polvo y metales.
Contaminantes secundarios: Son sustancias que se forman en el aire por transformación y reacciones químicas que experimentan los contaminantes primarios. Ej. ozono (O3), acido nitrico (HNO3), ácido sulfúrico (H2SO4).
Relación de los volcanes y Géisers con la lluvia ácida:
La erupción de roca fundida o magma trae también nitrógeno, CO2, HCl y ácido sulfhídrico (H2S) y vapor de agua. El H2S se oxida formando dióxido de azufre:
2H2S + 3O2 ---------- 2SO2 + 2H2O
Luego el dióxido de azufre se oxida formando trióxido de azufre:
2SO2 + O2 ----------- 2SO3
El trióxido de azufre reacciona con el agua atmosférica para originar el ácido sulfúrico:
SO3 + H2O ------------ H2SO4
Este ácido destruye sembradíos, bosques y cosechas, causando graves daños económicos y ecológicos.
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Smog urbano, smog fotoquímico y lluvia ácida
Smog: los diferentes combustibles, tales como el carbón o los derivados del petróleo, que se utilizan en actividades cotidianas producen cenizas y hollín (carbono), que forman una nube densa, de color gris, que disminuye la visión y causa enfermedades a las vias respiratorias.
Smog fotoquímico: llamada niebla amarillenta-rojiza en los días soleados, pues se origina por la acción de la luz solar sobre los óxidos de nitrógeno (NOx), liberados por los vehículos. Los óxidos de nitrógeno (NO) se originan a partir del nitrógeno atmosférico (N2) y en presencia de oxígeno (O2) a altas temperaturas:
N2 + O2 ---------- 2NO
El smog fotoquímico se produce cuando el dióxido de nitrógeno absorbe la radiación UV produciendo óxido de nitrógeno (NO) mas xígeno atómico (O). Luego este O reacciona con oxígeno molecular (O2) y en presencia de radiación UV se forma el ozono (O3). Ver reacciones:
NO2 + UV --------NO + O
O + O2 + UV -------O3 (ozono)
Lluvia ácida: las industrias y los volcanes emiten entre todos los contaminantes, SO2 (dióxido de azufre). El SO2 reacciona con oxígeno atómico para formar SO3 (trióxido de azufre). Luego, este SO3 reacciona con agua para producir ácido sulfúrico (H2SO4), que cae diluído con la lluvia y afecta gravemente a los cultivos, bosques, produciendo daños ecológicos y económicos para los países. Las ecuaciones siguientes representan el proceso:
SO2 + O ------> SO3
SO3 + H2O -----> H2SO4
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Adelgazamiento de la capa de Ozono
El ozono (O3) es un gas de la estratósfera que filtra la radiación ultravioleta, permitiendo la vida en la tierra. En la decada de los 80, se detectó un adelgazamiento en la capa de ozono en ciertas zonas del hemisferio sur. Este adelgazamiento se debía a los elevados niveles de clorofluorocarbonos (CFC2) o freones en la atmósfera. Dichas moleculas liberan cloro atómico al aire (ecuación 1) y este cloro reacciona con el ozono, destruyendolo y transformandolo en oxígeno y óxido de cloro (ecuación 2). Ver ecuaciones:
(1) CFC2 ------- CFC + Cl
(2) Cl + O3 -------- ClO + O2
(3) ClO + O -------- Cl + O2
El óxido de cloro reacciona con oxígeno atómico para formar cloro atómico y oxígeno molecular (ecuación 3). El Cl resultante se recicla, volviendo a reaccionar con otra molécula de O3 (ecuación 3) y así se repite el ciclo muchas veces. Se dice que por cada atomo de Cl se destruyen 300.000 moléculas de O3.
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Efecto Invernadero
Los niveles de CO2, NO2 y metano (CH4) en la atmósfera originados por la liberación de gases de las fábricas y vehículos motorizados, producen una capa de inversión térmica en la tropósfera. Normalmente la luz ultravioleta calienta la superficie de la Tierra y esta la refleja en forma de radiación infraroja (IR), donde sale el 90% del calor reflejado. En el caso que se liberen gases contaminantes a la atmósfera, estos hacen de escudo que impide al calor salir con tanta facilidad, rebotando la radiación IR en estos gases y reflejándose hacia el interior, aumentando la temperatura en las cercanías de la tierra. Este efecto multiplicado muchas veces en distintas ciudades produce el calentamiento global que esta provocando el derretimiento de los polos, elevación de los mares y grandes catástrofes a nivel mundial, con pérdidas económicas, ecológicas y de vidas humanas.
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Ley de Boyle
La temperatura es la variable fija y por lo tanto es un proceso isotérmico. Las variables estudiadas son el volumen (V) y la presión (P). La relación entre V y P es inversamente proporcional. El postulado dice: "si la temperatura de un gas permanece constante, su volumen es inversamente proporcional a la presión".
P*V = K (constante de proporcionalidad)
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Ley de Charles
La variable fija es la presión y por lo tanto es isobárico. Las variables que cambian son el volumen (V) y la temperatura (T). La relación entre V y T es directamente proporcional. El postulado dice: "cuando la presión es constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura"
V/T = K (constante)
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Ley de Gay-Lussac
La varibale fija es el volumen y por lo tanto es un proceso isovolumétrico. Las variables que cambian es la presión (P) y la temperatura (T). La relación entre la P y la T es directamente proporcional. El postulado dice: "cuando el volumen del gas es constante, la presión y la temperatura son directamente proporcionales".
P/T = K
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Ley de Avogadro
"Volúmenes iguales de gases diferentes, contienen el mismo número de partículas, a la misma presión y temperatura".
También la ley se conoce con la siguiente expresión:"Si tenemos en un contenedor 1 mol de una sustancia, a temperatura de 0ºC y presión de 1 atmósfera, la sustancia tienen el mismo volumen 22,4 Litros."
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Teoría Cinético-Molecular
La Teoría Cinético-Molecular, es un modelo que explica el comportamiento de los gases a partir del análisis de las partículas que lo forman, las que estarían en constante movimiento.
Según estos modelos:
a) Un sólido tiene partículas muy juntas entre sí. La distancia entre ellas era casi nula, la atracción es alta y su forma es estable.b) Un líquido tiene particulas un poco separadas, la distancia entre las partículas era mínima, la atracción era mediana. Su forma es variable, se adapta al recipiente que lo contiene, presentando un volumen definido.
c) Un gas tiene sus partículas muy separadas, la distancia entre las partículas es máxima, la atracción es baja y la forma es variable, es decir, se adapta al recipiente que lo contiene, expandiendose y ocupando el espacio disponible.
