Acidez y pH Conocimiento del problema de la lluvia ácida Lluvia ácida. Dispersión. Reacciones químicas. Origen de los reactivos. Alcances geográficos y efectos. Grande Lagos de Norteamérica, Selva Negra de Alemania y monumentos de mármol en Roma. Tecnologías aplicables para evitar la lluvia ácida Resumen Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 2 Un átomo de hidrógeno es un protón con un electrón orbitando. Un ion hidronio es una molécula de agua (H2O) ionizada con un protón; es decir químicamente es H3O+ En términos químicos, la acidez se define como la concentración de iones hidronio en una dada solución. A mayor concentración (cantidad por unidad de volumen) de iones hidronio, mayor acidez. Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 3 El agua pura tiene una concentración de iones hidronio equivalente a 10-7 moles/litro (1 mol = 6,02 · 1023 moléculas) El pH (potencial de hidrógeno) se define como el negativo del logaritmo de la concentración. El pH del agua pura es entonces 7. A mayor concentración se tiene menor pH, siendo ácidas las soluciones con pH < 7 y alcalinas las que tienen pH > 7 Una solución con pH 4 es 10 veces más ácida que una solución con pH 5; pues tendrá 10 veces más concentración de iones hidronio. Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 4 Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 5 La deposición ácida es la precipitación desde la atmósfera de sustancias ácidas sobre la superficie terrestre. Involucra todo tipo de precipitaciones; es decir lluvia, nieve, niebla, etc. También puede ocurrir como deposición seca, sin que medie el agua, es decir como gases o partículas. El término científico correcto es deposición ácida y no lluvia ácida. Como las fuentes de los gases pueden estar a cientos de kilómetros de donde ocurre la lluvia ácida, el fenómeno no es solo local sino también regional; pero no llega a la escala global. Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 6 Los ácidos disueltos en el agua de lluvia se distribuyen a través de ríos y lagos, y mediante la percolación en suelo y las escorrentías. Escorrentía Percolación Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 7 El agua de lluvia es por naturaleza levemente ácida, con un pH de aproximadamente 5,6. Ácido carbónico Agua H2O + CO2 → H2CO3 Dióxido de carbono La actividad del hombre ha incrementado su acidez: en zonas industriales el pH de lluvia ronda el valor 4, habiéndose detectado valores de hasta 2,6. Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 8 La mayor contribución a la deposición ácida proviene de los óxidos de sulfuro; principalmente dióxido de sulfuro y en menor medida los óxidos de nitrógeno, principalmente dióxido de nitrógeno y óxido nítrico (NOx) Dióxido de azufre Ácido sulfúrico 2 SO2 + O2 + 2 H2O → 2 H2SO4 NO + NO2 + O2 + H2O → 2 HNO3 óxido nítrico Dióxido de nitrógeno Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori Ácido nítrico 9 H2SO4 H+ SO4-- H+ Factor corrosivo HNO3 H+ NO3- Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 10 Los efectos corrosivos del dióxido de sulfuro (SO2) disuelto en la lluvia se comprenden desde por lo menos un siglo atrás. Robert Angus Smith, químico inglés del siglo XIX, fue pionero estudiando el fenómeno en Inglaterra, Escocia y Alemania: Descubrió que la acidez de la lluvia era debida principalmente a su contenido sulfúrico Demostró que la quema de carbón, los vientos, las frecuencias y cantidades de precipitación, la proximidad a las costas y la descomposición de materias orgánicas afectaban la concentración de sulfatos en la lluvia. En 1968, el científico sueco Svante Oden demostró que debido a las trayectorias de las masas de aire y las frecuencias e intensidades de precipitaciones, los compuestos sulfurados y nitrogenados pueden transportarse distancias de hasta 2000 km, convirtiendo el problema en regional. Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 11 La principal fuente de óxidos de azufre y nitrógeno es la quema de combustibles fósiles, principalmente petróleo y carbón. Los combustibles fósiles contienen compuestos azufrados y nitrogenados, que provienen de su origen orgánico. El azufre y el nitrógeno son esenciales en la estructura de las proteínas; de ahí que los fósiles contengan estos elementos químicos. Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 12 En la quema de combustibles se producen reacciones químicas que forman los óxidos de azufre y nitrógeno. El azufre proviene principalmente de los fósiles mientras que el nitrógeno del aire atmosférico. Los óxidos de azufre pueden también ser de origen natural, por ejemplo volcánico, incendios forestales, etc. Sin embargo, la relación entre óxidos de azufre de origen antropogénico y de origen natural es 3:1. Análogamente, para óxidos de nitrógeno la relación es 7:1 Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 13 Corrosión atmosférica Acidificación y corrosión del suelo Acidificación de napas subterráneas de agua Visibilidad reducida Deposición ácida Acidificación de lagos y ríos Daños a plantas y crecimiento reducido de bosques Daños a la salud Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 14 Mediciones de acidez en las precipitaciones de EEUU, efectuadas por el Programa Nacional de Deposición Atmosférica de EEUU. Año 2006. Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 15 En algunas regiones el suelo contiene mucho granito (suelo ácido) dificultando así la degradación de los ácidos. La deposición de los ácidos agota los cationes Ca2+ , Mg2+ y K+ necesarios para los árboles, a la vez que incrementa la liberación de iones de aluminio (Al3+), los cuales ingresan a los árboles causándoles su muerte. Bavaria, Alemania. Bosque de elevada altitud dañado por lluvia ácida. Este fenómeno dio significado al nombre de Selva Negra. Foto por Spitzbergler (AccuWeather) Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 19 Grandes Lagos - Noreste de EEUU/ Sureste de Canadá El fondo de los lagos no neutraliza fácilmente los ácidos. El aluminio liberado por los El zooplancton es el ácidos en el bentos causa la grupo de organismos más afectado muerte de peces Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 20 Estas estatuas están hechas de mármol, un tipo de piedra caliza compuesta principalmente de carbonato de calcio (CaCO3). Donde primero se estudio fue en Roma. Las piedras calizas lentamente se disuelven en presencia de H+ (protones) según la reacción: CaCO3 (s) + 2 H+ (ac.) → Ca2+ (ac.) + CO2 (g) + H2O Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 21 No es un problema grave, al menos a nivel regional. A nivel local las papeleras o pasteras liberan dióxido de azufre (SO2) y otros compuestos a la atmósfera; y podrían estar afectadas las personas vecinas a esas plantas industriales. Alto Paraná S.A. utilizaba gas hasta hace un tiempo para generar electricidad, pero actualmente utiliza fueloil proveniente de Venezuela, el cual está contaminado con azufre, pues no fue tratado para su eliminación. Universidad de Belgrano - Cátedra de Ecología - Dr. Jorge Deschamps y Lic. Morales-Yokobori 24