Ejercicios: Equilibrios químicos en océanos y atmósfera

Cuando el dióxido de carbono atmosférico se disuelve en el agua del mar, forma ácido carbónico según el equilibrio $\text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3(aq)$. Explica con tus palabras qué significa que esta reacción sea un equilibrio químico y por qué se usa la doble flecha en lugar de una flecha simple.

Se llama acidificación oceánica a la disminución del pH del agua de mar provocada por el aumento del $\text{CO}_2$ atmosférico. Indica qué ion aumenta su concentración en el agua cuando el ácido carbónico se disocia, y explica por qué su aumento hace bajar el pH.

Dos de los gases siguientes son gases de efecto invernadero: $\text{N}_2$, $\text{CH}_4$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$, $\text{Ar}$. Identifica cuáles son y explica brevemente qué hace que un gas contribuya al efecto invernadero.

El ácido carbónico del mar se disocia en etapas:

$\text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^-$

$\text{HCO}_3^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-}$

Los organismos como ostras, erizos y corales usan el ion carbonato para formar sus conchas y esqueletos de $\text{CaCO}_3$. Usando el principio de Le Châtelier, explica por qué el aumento de $\text{CO}_2$ disuelto disminuye la disponibilidad de $\text{CO}_3^{2-}$ en el agua.

Una muestra de agua de mar tiene pH $8{,}2$ y otra, tomada en la misma zona décadas después, tiene pH $8{,}1$. Calcula en qué factor aumentó la concentración de $\text{H}^+$ entre ambas muestras y explica por qué una diferencia de solo $0{,}1$ unidades de pH es relevante. Recuerda que $\text{pH} = -\log[\text{H}^+]$ y que $10^{0{,}1} \approx 1{,}26$.

La solubilidad de un gas en agua disminuye al aumentar la temperatura. Un grupo de estudiantes de un liceo de Valparaíso quiere predecir qué ocurre con el $\text{CO}_2$ disuelto en el océano si la temperatura superficial del mar sube. Describe qué sucedería con la cantidad de $\text{CO}_2$ disuelto y qué consecuencia tendría esto sobre la concentración de $\text{CO}_2$ en la atmósfera.

El océano absorbe una parte importante del $\text{CO}_2$ emitido por las actividades humanas, lo que atenúa el calentamiento atmosférico pero acidifica el agua. Considera el sistema:

$\text{CO}_2(g) \rightleftharpoons \text{CO}_2(aq)$

$\text{CO}_2(aq) + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^-$

$\text{CaCO}_3(s) \rightleftharpoons \text{Ca}^{2+} + \text{CO}_3^{2-}$

Argumenta, relacionando los tres equilibrios, cómo el aumento de $\text{CO}_2$ atmosférico puede disolver parcialmente estructuras de carbonato de calcio. Luego explica por qué esto afecta de forma particular a los organismos de aguas frías, como las de la corriente de Humboldt, donde el $\text{CO}_2$ es más soluble.

Un informe señala que el efecto invernadero natural es necesario para la vida, pero que su intensificación por actividades humanas es problemática. Compara ambas situaciones: describe el mecanismo molecular por el cual el $\text{CO}_2$ absorbe radiación infrarroja, explica por qué el $\text{N}_2$ no lo hace y analiza qué ocurriría con el balance de energía de la Tierra si la concentración de $\text{CO}_2$ se mantuviera creciendo, considerando además la retroalimentación del océano que libera $\text{CO}_2$ al calentarse.