Efecto invernadero, capa de ozono y lluvia ácida
Cada año, en los meses de verano, los pronósticos del INSIVUMEH hablan de días más calientes y de lluvias que llegan fuera de tiempo. Cerca del volcán de Fuego, el aire huele a azufre. En la ciudad, el humo de los carros se acumula entre los edificios. ¿Todo esto es lo mismo? ¿Es el «agujero del ozono» la causa del calentamiento global? Al final de la página podrás responder con argumentos químicos.
El efecto invernadero
La Tierra recibe luz del Sol y la devuelve al espacio como radiación infrarroja (calor). Algunos gases de la atmósfera absorben parte de ese calor y lo reemiten en todas direcciones, también hacia el suelo. Es lo mismo que pasa dentro de un carro cerrado al sol: la luz entra y el calor se queda.
Los principales gases de efecto invernadero son:
| Gas | Fórmula | Origen frecuente |
|---|---|---|
| Dióxido de carbono | $\text{CO}_2$ | Combustión de leña, gasolina, diésel, carbón; tala de bosques |
| Metano | $\text{CH}_4$ | Ganadería, basureros, cultivos inundados |
| Óxido nitroso | $\text{N}_2\text{O}$ | Fertilizantes nitrogenados, quema de biomasa |
| Vapor de agua | $\text{H}_2\text{O}$ | Evaporación natural |
Sin este efecto natural, la Tierra tendría una temperatura media cercana a $-18\ °\text{C}$ y no existiría la vida como la conocemos. El problema es el efecto invernadero intensificado: al aumentar la concentración de $\text{CO}_2$, $\text{CH}_4$ y $\text{N}_2\text{O}$ por actividades humanas, se retiene más calor y sube la temperatura media: el calentamiento global.
¿Por qué el $\text{CO}_2$ sí atrapa calor y el $\text{N}_2$ o el $\text{O}_2$ no? Las moléculas de varios átomos vibran de modo que absorben la radiación infrarroja; las diatómicas simples casi no la absorben.
Tres fuentes del aumento de CO₂
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Quema de leña: la madera (celulosa) se oxida y libera $\text{CO}_2$. Si el bosque no se repone, ese carbono no vuelve a fijarse.
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Combustibles fósiles: gasolina, diésel, carbón y gas propano llevan carbono acumulado durante millones de años. Por ejemplo: $\text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \rightarrow 3\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}$.
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Tala de bosques: los árboles absorben $\text{CO}_2$ en la fotosíntesis; al talarlos (y quemarlos) se pierde ese sumidero y además se libera el carbono almacenado.
Escribe la fórmula química de tres gases de efecto invernadero presentes en la atmósfera (por ejemplo, el dióxido de carbono) y indica con qué nombre se conoce cada uno.…
Escribe la fórmula química de tres gases de efecto invernadero presentes en la atmósfera (por ejemplo, el dióxido de carbono) y indica con qué nombre se conoce cada uno. Luego explica en una o dos frases qué significa que un gas sea «de efecto invernadero».
Un grupo de estudiantes de un instituto de Quetzaltenango lee que la quema de leña, de combustibles fósiles y la tala de bosques aumentan el dióxido de carbono…
Un grupo de estudiantes de un instituto de Quetzaltenango lee que la quema de leña, de combustibles fósiles y la tala de bosques aumentan el dióxido de carbono atmosférico. Explica cómo cada una de estas tres actividades contribuye al aumento de $\text{CO}_2$ y por qué ese aumento intensifica el efecto invernadero. Distingue en tu respuesta entre efecto invernadero natural y efecto invernadero intensificado.
La capa de ozono
El ozono, $\text{O}_3$, es una molécula de tres átomos de oxígeno. Se encuentra sobre todo en la estratosfera (entre unos 15 y 35 km de altura). Allí absorbe la radiación ultravioleta (UV) del Sol, que daña el ADN: causa cáncer de piel, cataratas y afecta a plantas y plancton. Es el «protector solar» del planeta.
Se forma y se destruye de manera natural:
$$\text{O}_2 \xrightarrow{\text{UV}} 2\,\text{O} \qquad \text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{O}_3$$Cómo lo destruyen los CFC
Los clorofluorocarbonos (CFC) se usaron en refrigeradoras, aires acondicionados y aerosoles. Son muy estables y llegan a la estratosfera, donde la radiación UV rompe la molécula y libera átomos de cloro. Cada átomo de cloro actúa así:
$$\text{Cl} + \text{O}_3 \rightarrow \text{ClO} + \text{O}_2$$ $$\text{ClO} + \text{O} \rightarrow \text{Cl} + \text{O}_2$$El cloro se regenera en el segundo paso. Actúa como catalizador: una sola molécula de CFC puede destruir miles de moléculas de ozono. Por eso el Protocolo de Montreal (1987) prohibió los CFC y la capa se va recuperando lentamente.
Ixchel estudia la capa de ozono para su clase de Química. Ayúdale a responder: ¿cuál es la fórmula del ozono, en qué capa de la atmósfera se encuentra en mayor cantidad…
Ixchel estudia la capa de ozono para su clase de Química. Ayúdale a responder: ¿cuál es la fórmula del ozono, en qué capa de la atmósfera se encuentra en mayor cantidad y qué función cumple para los seres vivos de la Tierra?
Los clorofluorocarbonos (CFC), usados antes en refrigeradoras y aerosoles, dañan la capa de ozono. Describe con ecuaciones sencillas, o con palabras si prefieres, los…
Los clorofluorocarbonos (CFC), usados antes en refrigeradoras y aerosoles, dañan la capa de ozono. Describe con ecuaciones sencillas, o con palabras si prefieres, los dos pasos principales en los que un átomo de cloro libre destruye moléculas de ozono: $\text{Cl} + \text{O}_3 \rightarrow \text{ClO} + \text{O}_2$ y la reacción siguiente que regenera el cloro. Explica por qué una sola molécula de CFC puede destruir muchas moléculas de $\text{O}_3$.
La lluvia ácida
El agua de lluvia limpia no es neutra: el $\text{CO}_2$ disuelto forma ácido carbónico, $\text{H}_2\text{CO}_3$, y su pH ronda 5.6. Se llama lluvia ácida a la que tiene un pH menor que ese valor, por lo general por debajo de 5.6, debido a óxidos de azufre y de nitrógeno.
Fuentes: la combustión de carbón y diésel con azufre, las fundiciones, los motores de los carros y los gases de volcanes como el Pacaya y el de Fuego.
| Óxido | Fórmula | Ácido que forma | Fórmula |
|---|---|---|---|
| Dióxido de azufre → trióxido | $\text{SO}_2$, $\text{SO}_3$ | Ácido sulfúrico | $\text{H}_2\text{SO}_4$ |
| Dióxido de nitrógeno | $\text{NO}_2$ | Ácido nítrico | $\text{HNO}_3$ |
El pH y cuántas veces más ácida
El pH mide la acidez con una escala logarítmica: $\text{pH} = -\log[\text{H}^+]$. Bajar una unidad de pH multiplica por 10 la concentración de $\text{H}^+$. Entre pH 5.6 y pH 4.6 hay una unidad de diferencia: la lluvia de pH 4.6 tiene $10$ veces más $\text{H}^+$. Si la diferencia fuera de dos unidades, serían $10^2 = 100$ veces más.
Efectos y medidas
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Suelos y aguas: el ácido disuelve nutrientes y libera metales tóxicos; se acidifican lagos y ríos y mueren peces y plantas.
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Construcciones: ataca el mármol y la piedra caliza ($\text{CaCO}_3$) y corroe láminas, puentes y estatuas.
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Medidas: instalar filtros y desulfuradores en chimeneas, usar combustibles bajos en azufre, convertidores catalíticos en los carros, transporte público (como el Transmetro), energías hidroeléctrica, geotérmica y solar.
La lluvia ácida se produce cuando ciertos óxidos presentes en el aire reaccionan con el agua de la atmósfera. Menciona los dos óxidos principales que la causan, escribe…
La lluvia ácida se produce cuando ciertos óxidos presentes en el aire reaccionan con el agua de la atmósfera. Menciona los dos óxidos principales que la causan, escribe sus fórmulas e indica el nombre del ácido que forma cada uno al disolverse en el agua de lluvia.
Cerca de una zona industrial se quema carbón que contiene azufre. Escribe las ecuaciones químicas balanceadas de los tres pasos que llevan desde la combustión del…
Cerca de una zona industrial se quema carbón que contiene azufre. Escribe las ecuaciones químicas balanceadas de los tres pasos que llevan desde la combustión del azufre, $\text{S}$, hasta la formación de ácido sulfúrico en la lluvia: formación de $\text{SO}_2$, oxidación a $\text{SO}_3$ y reacción con agua. Después indica dos efectos de esta lluvia sobre los suelos o las construcciones.
En una ciudad se miden dos lluvias: la lluvia A tiene $\text{pH} = 5.6$ y la lluvia B tiene $\text{pH} = 4.6$. Sabiendo que el agua de lluvia no contaminada tiene un pH…
En una ciudad se miden dos lluvias: la lluvia A tiene $\text{pH} = 5.6$ y la lluvia B tiene $\text{pH} = 4.6$. Sabiendo que el agua de lluvia no contaminada tiene un pH cercano a 5.6 por el $\text{CO}_2$ disuelto, calcula cuántas veces mayor es la concentración de iones $\text{H}^+$ en la lluvia B que en la A. Luego argumenta si B puede considerarse lluvia ácida, qué contaminantes pudieron causarla y qué medidas, tanto de la industria como de los carros, ayudarían a reducirla.
Tres problemas, ¿qué los relaciona?
Es fácil confundir los problemas. Compáralos:
| Calentamiento global | Deterioro de la capa de ozono | Lluvia ácida | |
|---|---|---|---|
| Zona | Troposfera (toda la atmósfera baja) | Estratosfera | Troposfera y suelo |
| Gases | $\text{CO}_2$, $\text{CH}_4$, $\text{N}_2\text{O}$ | CFC (cloro) | $\text{SO}_2$, $\text{NO}_x$ |
| Consecuencia | Sube la temperatura, cambia el clima | Más radiación UV en la superficie | Daño a suelos, aguas y construcciones |
Se relacionan: los CFC, además de destruir ozono, son potentes gases de efecto invernadero; y el $\text{N}_2\text{O}$ participa en ambos fenómenos. Pero la causa principal del calentamiento global es el $\text{CO}_2$ por combustibles fósiles, no el ozono.
Vuelve al principio: el humo, el azufre del volcán y el calor extra no son lo mismo. Cada fenómeno tiene gases, lugar de la atmósfera y consecuencias distintas, aunque algunos gases participen en varios.
Un compañero afirma: «El agujero de la capa de ozono es la causa principal del calentamiento global». Analiza esta afirmación. Compara las causas, los gases responsables…
Un compañero afirma: «El agujero de la capa de ozono es la causa principal del calentamiento global». Analiza esta afirmación. Compara las causas, los gases responsables y las consecuencias del deterioro de la capa de ozono con las del calentamiento global, indica en qué aspectos ambos problemas están relacionados (por ejemplo, el papel de los CFC) y concluye si la afirmación es correcta, justificando tu respuesta con argumentos químicos.