QUIMICA DEL NITROGENO Y EL AZUFRE Y OZONO

...

Otra parte del bióxido de azufre se convierte en trióxido de azufre en presencia del oxigeno atmosférico:

SO2 +1/2 O2 + uv = SO3

En esta reacción el equilibrio se halla desplazado hacia el SO2 debido a la inestabilidad del trióxido.

El trióxido de azufre se considera contaminante secundario por ser formado en la atmosfera. El altamente higroscópico por lo que permanece por poco tiempo en la atmosfera. Forma acido sulfúrico por hidrólisis al reaccionar con la humedad atmosférica:

SO3 + H2O = H2SO4

El acido sulfúrico en la atmosfera es precursor de la lluvia acida.

La reacción se lleva a cabo en la siguiente secuencia:

El SO2 reacciona igualmente en la atmosfera con el radical hidroxilo:

SO2 + HO* = HSO3*

HSO3* + O2 = SO3 +HO2*

El ácido sulfuroso así formado puede causar disminución de Ph y causar efectos en la vida acuática El suelo puede absorber dióxido de azufre, pero no se sabe cual es su dinámica al nivel de suelo.

NOTA DE INTERES

El gas natural contiene azufre en forma de H2S el cual se separa fácilmente de los otros constituyentes del gas En el petróleo liquido el azufre se encuentra combinado químicamente con los hidrocarburos por lo que para extraerlo se hace necesario romper dichos enlaces. Además el azufre esta unido a los hidrocarburos de mayor peso molecular lo que significa que tienen mayores puntos de ebullición lo que permite dar, en el proceso de cracking del petróleo, una gasolina de bajo contenido de azufre. En el carbón mineral el azufre esta libre (como pirita de hierro) o ligado químicamente a los hidrocarburos. La quema de carbón mineral genera la producción de bióxido de azufre el cual es arrastrado con los gases de chimenea. Una fracción se convierte en trióxido de azufre.

El anhídrido sulfuroso, una vez separado de los otros componentes del gas natural se hace reaccionar con oxigeno del aire en cantidades controladas, para oxidarlo y llevarlo solo hasta azufre elemental y no hasta bióxido de azufre. El azufre se vende como relleno de terraplenes o como materia prima para fabricar acido sulfúrico.

H2S +1/2 O2 = S + H2O

H2S +3/2 O2 = SO2 + H2O

Otra fuente importante de bióxido de azufre a la atmósfera es la extracción de cobre a partir de la chalcopirita:

CuFeS2 + 5/2 O2 = Cu + FeO + 2SO2

Óxidos de Nitrógeno

El NO y NO2 son los dos principales óxidos de nitrógeno de importancia ambiental. Sin embargo el N2O esta cobrando importancia por su persistencia en la atmosfera ( 100 años) aunque no es muy frecuente encontrarlo. Se le atribuyen propiedades que influyen en el calentamiento global y destrucción de la capa de ozono.

El MONOXIDO DE NITROGENO (NO) es un gas incoloro que tiene efectos perjudiciales sobre la salud pero son equivalentemente menores que los producidos por el NO2.

Se forma por la reacción del Nitrógeno atmosférico con el oxigeno atmosférico a altas temperaturas o por combustión. Se forma también en pequeñas cantidades en los cilindros de los motores de combustión interna por la combustión directa de nitrógeno y oxígeno:

N2 + O2 = NO

El NO reacciona en la atmosfera con el oxigeno atmosférico para formar NO2, un gas de color café fuertemente irritante respiratorio y muy reactivo lo que se evidencia por su fácil foto disociación:

NO2 + uv = NO + O

El oxigeno atómico formado es el causante de muchas transformaciones en la atmosfera, entre ellas la producción de ozono:

O + O2 = O3

Las normas ambientales para emisiones de NOx se refieren a NO2 teniendo como hipótesis que todo el NO producido por una fuente pasa a NO2 en la atmosfera por esta razón se considera como el indicador de contaminación por NOx.

2NO +2 O2 = 2NO2

El Ozono: El ozono es un componente clave del esmog fotoquímico. Aunque es una pantalla para la radiación ultravioleta esencial en la atmósfera superior, es un contaminante indeseable en la tropósfera. Es muy reactivo y tóxico, y el respirar aire que contiene cantidades apreciables de ozono puede gravar el estado de salud de niños y ancianos y exacerbar los problemas de asma en personas que padezcan esta enfermedad.

Se forma en la atmosfera a partir de NOx en presencia de luz solar e hidrocarburos a través de mecanismos complejos:

NO + HC + O2 + Luz solar (hv) = NO2 + O3

El dióxido de nitrógeno se disocia en la atmosfera gracias a la acción de la luz solar produciendo NO y el radical O. Este radical reacciona con el oxigeno atmosférico formando ozono, el ozono reacciona con el No para formar NO2 , liberando una molécula de oxigeno.

La molécula de ozono, una vez formada, no dura mucho. El ozono es capaz de absorber la radiación solar, lo que resulta en su descomposición en O2 y O. Debido a que solamente se requieren 105kJ/mol para este proceso, los fotones de longitud de onda menor de 1140nm tienen suficiente energía para disociar el O3

Interacción del NO, NO2 y O3

El NO, NO2 y Ozono interactúan en la atmosfera (figura 3) de la siguiente manera:

El CO y el NO son contaminantes primarios que son emitidos por fuentes móviles principalmente. Las concentraciones de Co y NO alcanzan sus picos en las horas de la mañana . A medida que el NO va transformándose en la atmosfera en NO2, decrece el pico de NO y aumenta el de NO2. Posteriormente se va formando el O3 siguiendo las reacciones antes descritas. El Pico de NO decrece rápidamente debido por una parte a la transformación química en NO2 y por otra parte debido a procesos de dilución en la atmosfera que son normales. El cambio de la tarde produce un leve incremento en los picos de NO y CO.

El comportamiento del CO (que se estudiara en otro capítulo) se debe a que solamente se ve afectado por los procesos de dilución, no reacciona