Química del medio ambiente

Pruebas para detectar agua

Dos pruebas químicas indican que el agua está presente:

• El cloruro de cobalto(II) anhidro cambia de azul a rosa cuando se le añade agua.
• El sulfato de cobre(II) anhidro cambia de blanco a azul cuando se le añade agua.

Estas pruebas solo demuestran la presencia de agua. Para confirmar que el agua es pura, se comprueba su punto de fusión y su punto de ebullición: el agua pura funde exactamente a $0\,{}^{\circ}\text{C}$ y hierve exactamente a $100\,{}^{\circ}\text{C}$. Cualquier sustancia disuelta altera estos valores.

Por esta razón se utiliza agua destilada en química en lugar de agua del grifo, ya que contiene mucho menos impurezas químicas.

¿Qué hay en el agua natural?

El agua de ríos, lagos y mares no es pura. Puede contener oxígeno disuelto, compuestos metálicos, plásticos, aguas residuales, microbios nocivos, así como nitratos y fosfatos (provenientes de fertilizantes y detergentes).

Algunos de estos componentes son beneficiosos:

• el oxígeno disuelto permite la respiración a la vida acuática (peces y plantas);
• algunos compuestos metálicos aportan minerales esenciales.

Otros son dañinos:

• algunos compuestos metálicos son tóxicos;
• ciertos plásticos perjudican a la vida acuática;
• las aguas residuales transportan microbios que causan enfermedades;
• los nitratos y fosfatos provocan desoxigenación (pérdida de oxígeno) en el agua, lo cual daña a la vida acuática.

Tratamiento del agua potable

Para hacer el agua apta para el consumo humano, el suministro se somete a varios pasos:

• la sedimentación y la filtración eliminan partículas sólidas;
• el paso por carbón elimina malos sabores y olores;
• la cloración (adición de cloro) destruye los microbios nocivos.

Los fertilizantes se añaden al suelo para ayudar al crecimiento de las plantas. Las sales de amonio y los nitratos son fertilizantes comunes.

Los fertilizantes NPK contienen los tres elementos que más necesitan las plantas: nitrógeno, fósforo y potasio.

El aire limpio y seco se compone aproximadamente de:

• 78% nitrógeno ($\text{N}_2$)
• 21% oxígeno ($\text{O}_2$)
• el resto es una mezcla de gases nobles y dióxido de carbono ($\text{CO}_2$).

Contaminantes del aire y sus fuentes

Efectos de estos contaminantes

• El dióxido de carbono y el metano son gases de efecto invernadero: un aumento en su concentración provoca calentamiento global, lo que conduce al cambio climático.
• El monóxido de carbono es un gas tóxico.
• Las partículas aumentan el riesgo de problemas respiratorios y cáncer.
• Los óxidos de nitrógeno causan lluvia ácida, smog fotoquímico y problemas respiratorios.
• El dióxido de azufre causa lluvia ácida.

Ejemplo resuelto. Una central eléctrica quema carbón que contiene azufre, y un lago aguas abajo se vuelve lentamente ácido. Nombre el contaminante, explique el vínculo y proponga una forma de evitarlo. La quema de un combustible fósil que contiene azufre libera dióxido de azufre, lo que causa lluvia ácida, haciendo que la lluvia que cae sobre el lago sea ácida. Para detenerlo en la fuente, utilice desulfurización de gases de escape, donde el óxido de calcio elimina el dióxido de azufre de los gases residuales antes de que salgan por la chimenea, o cambie a un combustible bajo en azufre. Ajuste la solución al contaminante: un conversor catalítico trata los óxidos de nitrógeno de un automóvil y no tendría efecto alguno sobre el dióxido de azufre de una central térmica.

Reducción de estos problemas

Para frenar el cambio climático: plantar árboles, reducir la ganadería, quemar menos combustibles fósiles y utilizar más hidrógeno y energías renovables como la eólica y la solar.

Para reducir la lluvia ácida: instalar convertidores catalíticos en los autos, usar combustibles bajos en azufre y aplicar desulfurización de gases de escape con óxido de calcio para eliminar el dióxido de azufre de los gases residuales.

Cómo calientan la Tierra los gases de efecto invernadero

Los gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el metano, permiten el paso de la luz solar, pero absorben la energía térmica emitida por la Tierra cálida y devuelven parte de ella hacia abajo. Esto reduce la energía térmica perdida hacia el espacio, por lo que la Tierra se calienta.

En un motor de automóvil, la alta temperatura hace que el nitrógeno y el oxígeno del aire reaccionen para formar óxidos de nitrógeno. Un conversor catalítico los elimina, por ejemplo:

Fotosíntesis

La fotosíntesis es lo opuesto a la combustión: elimina el dióxido de carbono del aire. Las plantas utilizan la energía luminosa y la clorofila para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa y oxígeno:

• Dos pruebas confirman que el agua está presente (cloruro de cobalto(II): azul → rosa; sulfato de cobre(II): blanco → azul), pero solo los puntos fijos de fusión y ebullición (0 °C y 100 °C) demuestran que es pura.
• El aire limpio y seco está compuesto aproximadamente por 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de otros gases (mayormente gases nobles y dióxido de carbono).
• Asocie cada contaminante con su fuente y efecto: monóxido de carbono (combustión incompleta; tóxico); dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno (lluvia ácida); dióxido de carbono y metano (gases de efecto invernadero → calentamiento global).
• Los gases de efecto invernadero permiten el paso de la luz solar, pero absorben el calor que emite la Tierra cálida y lo devuelven parcialmente hacia abajo, provocando el calentamiento del planeta.