Smog fotoquímico y contaminantes que lo producen
Un día de verano en Tegucigalpa, a las 7:00 a. m., el tráfico del bulevar Morazán está detenido y el aire huele a humo. Al mediodía, con el cielo despejado, la vista hacia El Picacho se ve borrosa y a muchas personas les arden los ojos. Lo curioso es que la mayor concentración de ozono no aparece en la hora de más carros, sino varias horas después. ¿Qué pasó en el aire entre las 7:00 a. m. y las 12:00 m.? Lo averiguará en esta página.
¿Qué es el smog fotoquímico?
La palabra smog viene de smoke (humo) y fog (niebla). El smog fotoquímico es una mezcla de contaminantes que se forma en la troposfera (la capa donde vivimos) por reacciones que necesitan luz solar. De ahí «foto» (luz) y «químico».
No sale directamente de ningún tubo de escape. Se produce en el aire a partir de otros contaminantes. Por eso se llama contaminante secundario, a diferencia de los primarios, que se emiten ya hechos.
Intervienen tres tipos de sustancias:
| Tipo | Ejemplos | Clase |
|---|---|---|
| Óxidos de nitrógeno ($\text{NO}_x$) | $\text{NO}$, $\text{NO}_2$ | primarios |
| Compuestos orgánicos volátiles (COV) | vapores de gasolina, solventes, pinturas | primarios |
| Ozono troposférico ($\text{O}_3$) | $\text{O}_3$ a nivel del suelo | secundario |
El más característico es el ozono troposférico, que es el protagonista del smog fotoquímico.
Nombre los tres tipos de contaminantes que intervienen en la formación del smog fotoquímico: óxidos de nitrógeno, compuestos orgánicos volátiles y ozono troposférico.…
Nombre los tres tipos de contaminantes que intervienen en la formación del smog fotoquímico: óxidos de nitrógeno, compuestos orgánicos volátiles y ozono troposférico. Indique cuál de ellos es el más característico de este smog.
Los óxidos de nitrógeno: fuentes y propiedades
Con $\text{NO}_x$ se designa a la mezcla de dos gases:
| Fórmula | Nombre | Aspecto |
|---|---|---|
| $\text{NO}$ | monóxido de nitrógeno | incoloro |
| $\text{NO}_2$ | dióxido de nitrógeno | gas pardo rojizo, de olor picante |
El $\text{NO}_2$ es el que da el tono amarronado a la neblina de las ciudades con mucho tráfico.
¿De dónde salen?
El aire es casi todo $\text{N}_2$ y $\text{O}_2$. A temperatura normal no reaccionan entre sí. Pero dentro del motor de un carro o un bus, la combustión alcanza temperaturas muy altas y los dos gases sí reaccionan:
$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{NO}$$Ya fuera del escape, el $\text{NO}$ se oxida con el oxígeno del aire:
$$2\,\text{NO} + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{NO}_2$$La fuente principal de $\text{NO}_x$ en una ciudad como Tegucigalpa o San Pedro Sula es el transporte (carros, buses, camiones y motocicletas). Otras fuentes son las plantas termoeléctricas que queman combustibles y las quemas agrícolas.
Como las reacciones dependen del número de motores encendidos, los $\text{NO}_x$ aumentan en las horas pico.
Indique la fuente principal de los óxidos de nitrógeno ($\text{NO}x$) en una ciudad como Tegucigalpa y mencione por qué el smog fotoquímico requiere luz solar para…
Indique la fuente principal de los óxidos de nitrógeno ($\text{NO}_x$) en una ciudad como Tegucigalpa y mencione por qué el smog fotoquímico requiere luz solar para formarse.
Escriba la fórmula química y el nombre de los siguientes gases: $\text{NO}$ y $\text{NO}2$. Diga cuál de los dos tiene color pardo rojizo.
Escriba la fórmula química y el nombre de los siguientes gases: $\text{NO}$ y $\text{NO}_2$. Diga cuál de los dos tiene color pardo rojizo.
En los motores de los carros, a altas temperaturas, ocurre la reacción: $\text{N}2 + \text{O}2 \rightarrow 2\,\text{NO}$ Luego el $\text{NO}$ reacciona con oxígeno del…
En los motores de los carros, a altas temperaturas, ocurre la reacción:
$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{NO}$
Luego el $\text{NO}$ reacciona con oxígeno del aire:
$2\,\text{NO} + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{NO}_2$
Explique por qué estas reacciones aumentan en las horas de mayor tráfico y calcule cuántos moles de $\text{NO}_2$ se obtienen a partir de $4.0$ mol de $\text{NO}$.
Compuestos orgánicos volátiles (COV)
Los compuestos orgánicos volátiles son sustancias con carbono que se evaporan con facilidad a temperatura ambiente. Pasan al aire como vapores.
Fuentes comunes:
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Gasolina sin quemar y vapores al llenar el tanque de un carro.
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Solventes, thinner y pinturas.
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Combustión incompleta de leña, basura y quemas agrícolas.
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Productos de limpieza y aerosoles.
-
Emisiones naturales de algunas plantas, como los pinos.
Los COV no producen ozono por sí solos. Su papel es mantener el ciclo que acumula el ozono, como se verá en la sección siguiente.
La formación del ozono troposférico
El fenómeno se puede seguir en el tiempo. Por la mañana el tráfico emite $\text{NO}$ y COV. El $\text{NO}$ pasa a $\text{NO}_2$. Cuando sale el sol, la luz ultravioleta inicia la reacción central:
$$\text{NO}_2 \xrightarrow{\text{luz}} \text{NO} + \text{O}$$El átomo de oxígeno liberado es muy reactivo y se une a una molécula de oxígeno del aire:
$$\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{O}_3$$Por eso el smog fotoquímico necesita luz solar: sin ella el $\text{NO}_2$ no se rompe y no hay átomos de O para formar ozono.
El papel de los COV
Si solo existieran estas dos reacciones, el $\text{O}_3$ volvería a reaccionar con el $\text{NO}$ y regresaría a $\text{NO}_2$ y $\text{O}_2$, sin acumularse. Los COV intervienen transformando el $\text{NO}$ en $\text{NO}_2$ por otro camino, de modo que el $\text{NO}$ ya no destruye al ozono. Así el $\text{O}_3$ se acumula y la mezcla se vuelve más contaminante.
La reacción central del smog fotoquímico es: $\text{NO}2 \xrightarrow{\text{luz}} \text{NO} + \text{O}$ $\text{O} + \text{O}2 \rightarrow \text{O}3$ Explique cómo se…
La reacción central del smog fotoquímico es:
$\text{NO}_2 \xrightarrow{\text{luz}} \text{NO} + \text{O}$
$\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{O}_3$
Explique cómo se forma el ozono troposférico a partir del dióxido de nitrógeno y por qué el smog se intensifica en el mediodía, cuando la radiación solar es mayor.
El ritmo del smog durante el día
Ahora se puede resolver el misterio del inicio. Observe cómo cambian las concentraciones a lo largo de un día soleado en una ciudad con mucho tráfico (valores ilustrativos):
| Hora | Tráfico | Radiación solar | $\text{NO}_x$ | $\text{O}_3$ |
|---|---|---|---|---|
| 6:00 a. m. | empieza | baja | sube | baja |
| 8:00 a. m. | hora pico | media | máxima | baja |
| 12:00 m. | moderado | máxima | baja | máxima |
| 8:00 p. m. | moderado | nula | media | baja |
Interpretación:
-
Por la mañana el tráfico emite $\text{NO}$ y COV. Los $\text{NO}_x$ se acumulan, pero hay poca luz y casi no hay ozono.
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Hacia el mediodía la radiación es máxima. El $\text{NO}_2$ se rompe, se forma $\text{O}_3$ y los $\text{NO}_x$ se consumen. El ozono llega a su máximo, unas horas después del tráfico pico.
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En la noche no hay luz. Ya no se forma ozono nuevo y el que hay reacciona o se dispersa.
Por eso el smog fotoquímico es un problema de la temporada seca y soleada, y es más fuerte en valles rodeados de montañas, como el de Tegucigalpa, donde el aire se estanca.
Una tabla muestra la concentración de ozono medida en una avenida de una ciudad en distintos momentos del día: a las 6:00 a. m. es baja, a las 12:00 m. es la más alta y…
Una tabla muestra la concentración de ozono medida en una avenida de una ciudad en distintos momentos del día: a las 6:00 a. m. es baja, a las 12:00 m. es la más alta y a las 8:00 p. m. vuelve a ser baja. Interprete estos datos y explique la relación con la radiación solar y con el tráfico de la mañana.
Efectos y medidas para reducirlo
Efectos
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En las personas: irritación de ojos, nariz y garganta, tos, y agravamiento del asma y de otras enfermedades respiratorias.
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En las plantas: el ozono daña las hojas y reduce el rendimiento de cultivos.
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En los materiales: deteriora el hule y las pinturas.
Medidas
Cada medida actúa sobre un contaminante distinto:
| Medida | Contaminante que reduce |
|---|---|
| Revisión técnica vehicular y motores bien afinados | $\text{NO}_x$ y COV |
| Mejor transporte público y menos carros particulares | $\text{NO}_x$ y COV (menos motores) |
| Control de solventes, pinturas y vapores de gasolina | COV |
| Evitar las quemas agrícolas y de basura | $\text{NO}_x$ y COV |
Reducir uno solo de los dos precursores puede ayudar, pero lo más eficaz suele ser disminuir el número de vehículos en circulación, porque reduce a la vez $\text{NO}_x$ y COV y es una medida de largo plazo.
Una alcaldía quiere reducir el smog fotoquímico en una ciudad con mucho tráfico de buses y carros. Analice tres medidas posibles (por ejemplo, revisión técnica…
Una alcaldía quiere reducir el smog fotoquímico en una ciudad con mucho tráfico de buses y carros. Analice tres medidas posibles (por ejemplo, revisión técnica vehicular, mejor transporte público y control de solventes y pinturas) indicando qué contaminante reduce cada una y cuál le parece más eficaz. Justifique su elección.
En una ciudad se miden $\text{NO}x$ y compuestos orgánicos volátiles (COV) altos, pero cielos muy nublados durante varios días de la temporada lluviosa. Argumente si es…
En una ciudad se miden $\text{NO}_x$ y compuestos orgánicos volátiles (COV) altos, pero cielos muy nublados durante varios días de la temporada lluviosa. Argumente si es esperable que se forme mucho smog fotoquímico en esos días y explique qué cambiaría al volver el sol. Incluya el papel de cada tipo de contaminante.