Tema 0. - Química Física y Medio Ambiente PDF
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Y MEDIO AMBIENTE
1.- Introducción al curso
• Ciencia del Medio Ambiente
• Ciencia y Tecnología Ambiental
• Química del Medio Ambiente
• Química Física del Medio Ambiente
2.- Dinámica del planeta Tierra
3.- Génesis y evolución de la atmósfera
4.- Estructura y composición de la atmósfera
• Estructura de la atmósfera
• Presión atmosférica
• Composición de la atmósfera
• Característica de la atmósfera
5.- El suelo.
• La composición del suelo
• La disolución del suelo
• Interrelación disolución del suelo-entorno
1. Introducción al curso
•Química * Meteorología
•Biología * Sociología
•Geología * Legislación
CIENCIA Y TECNOLOGÍA AMBIENTAL
PROBLEMA
AMBIENTAL
ESTUDIO APLICACIÓN
DEL PROBLEMA TECNOLOGÍA
ELIMINACIÓN MÁS IDÓNEA
CIENCIA AMBIENTAL DEL
PROBLEMA TECNOLOGÍA
AMBIENTAL
NO SÍ
LEGISLACIÓN Objetivo
AMBIENTAL cumplido
Figura 1
QUÍMICA AMBIENTAL
• parte de la Química que se ocupa de los fenómenos químicos que tienen lugar en el medio
ambiente.
• Estudia:
• el origen,
•el transporte,
•el destino
•las reacciones químicas
•y los efectos de las especies químicas presentes en el aire, agua y suelo, así como
•la influencia que la actividad humana realiza sobre estos procesos.
QUÍMICA FÍSICA DEL MEDIO AMBIENTE:
Es una aplicación de los principio de la Química Física macroscópica (Termodinámica
y Cinética Química fundamentalmente) al estudio de las reacciones químicas que
tienen lugar en la Naturaleza (aire, aguas naturales y suelo).
2. Dinámica del Planeta Tierra.
protosol
0,6 : atmósfera I : CH4, NH3, H2O (CO2, SO2, N2, H2, HF, HCl )
2 NH3
N2 + H2O(vapor)
CH4
CO2 + 2H2O(vapor)
h (UV)
O3 - Disminuye la radiación que llega a la Tierra
4,6 : atmósfera III : H2O(vap) enfriamiento H2O(liq) - Aparecen las nubes// lluvias torrenciales
- Surgen ríos, lagos, océanos (‘sopa primitiva’)
- Aparecen microorganismos anaeróbico y aeróbicos
- Surge la fotosíntesis
- Disminuye el CO2 // aumenta el O2 hasta
niveles actuales // el N2 se mantiene
4. Estructura y composición de la atmósfera
La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra aislándola del ambiente hostil del espacio
exterior. En la atmósfera pueden distinguirse diferentes capas o regiones como se muestra en la Fig. 5.
Figura 5
Rangos de Gradientes
Altitud Especies químicas
temperaturas de
/ km principales
/º C temperatura
N 2, O 2,
Troposfera 0-12 15 a -56 negativo CO2,N2O
NO3·, H3O+,
O2+, NO+ (50
50-
Mesofera -2 a -92 negativo km)
100
O,H,NO, O3,
·OH (80 km)
H+, He+
//movimiento
Magnetosfera
>300 constante cero regido por el
(Exosfera)
campo
magnético
•La magnetosfera ( o exosfera) se extiende más allá de los 300 km. En ella la temperatura se mantiene uniforme y el aire
pierde sus propiedades físico-químicas. En ella el campo magnético terrestre controla el movimiento de las especies
químicas existentes, H+ y He+.
•La termosfera se extiende desde los 100 a los 300 km y su temperatura aumenta desde los -92 ºC hasta los +1.200 ºC,
tiene un gradiente de temperatura positivo y las principales especies químicas presentes son Mg +, Fe+, Si+, Ca2+, (hasta los
110 km) y O2+, NO+ (hasta los 300 km).
•La mesofera comprende entre los 50 y 100 km y la temperatura disminuye al aumenta la altura (desde -2 hasta -92 ºC). Su
gradiente de temperatura es negativo (T / z < 0 ). Las especies químicas dominantes son ·NO3, H3O+, O2+, NO+ (hasta
los 50 km) y O, H, NO, O3, ·OH (hasta los 80 km).
•La estratosfera comprende entre 12 y 50 km y la temperatura aumenta (desde -56 ºC hasta -2 ºC) con la altura (gradiente
de temperatura positivo, T / z > 0). La especie química dominante es el ozono, O3.
•La troposfera marca una amplitud entre 0 y 12 km. En ella la temperatura disminuye (desde unos 15 ºC a nivel del mar)
con la altura (hasta unos – 56 ºC); es decir, presenta un gradiente de temperaturas negativo (T / z < 0 ). En esta región
las especies químicas dominantes son los gases N2, O2, CO2, N2O.
Presión atmosférica.
Otro aspecto de interés de la atmósfera es el cambio de la presión atmosférica con la altitud.
Este cambio, representado en la Figura 6, está originado por la
acción del campo gravitatorio terrestre sobre las moléculas de
los gases que componen la atmósfera.
h ·M aire·g
P(h) P(0)·exp( )
RT
Figura 6
Composición de la atmósfera (Homosfera, hasta unos 100 km de altitud)
Gas Volumen
Nitrógeno (N2) 780.840 ppmv (78,084 %)
Oxígeno (O2) 209.460 ppmv (20,946 %)
Argón (Ar) 9.340 ppmv (0,934 %)
Permite la absorción de los rayos cósmicos y radiación UV Participa en el balance térmico de la Tierra permitiendo la vida
proveniente del espacio exterior, protegiendo las funciones en el planeta (efecto del dióxido de carbono).
vitales de los seres vivos (efecto del ozono).
Es un componente básico del ciclo hidrológico Es una fuente de materia prima para la respiración (O2), la
(efecto del vapor de agua) fotosíntesis (CO2) y síntesis de bacterias (N2).
5. El suelo. Disolución del suelo
Como ya se ha indicado, la Tierra se formó como entidad independiente del Sol hace unos 4.600
millones de años (4,6 eones) a partir del material desgajado del ecuador del protosol por la acción
de la fuerza centrífuga. Desde entonces ha evolucionado hasta el estado actual, en donde se
distinguen tres zonas bien diferenciadas: Geosfera, Hidrosfera y atmósfera.
La hidrosfera y la atmósfera son las más expuestas al Sol. La geosfera, en apariencia sólida, es la más
heterogénea en composición de las tres, y ha cambiado poco sus principales características
macroscópicas en los últimos 4.000 millones de años. Está compuesta de tres capas:
•núcleo,
•manto y
•Corteza,
cuyas características principales se muestran en la Fig. 7.
Figura 7
•El núcleo es la parte más profunda, en él se acumula el material más denso, una aleación de hierro-
níquel sólida en su parte más interna y líquida en la más externa*.
•El manto está constituido principalmente por silicatos densos de hierro y magnesio.
•La corteza es la parte más externa, presentando diferencias de composición y espesor entre las
zonas oceánicas (rocas sedimentarias, 5-6 km) y continentales (rocas de origen ígneo, 20-65 km).
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* El interior del planeta es una fuente de calor desde su formación; se estima en 4,2·1013 W la
energía que llega a la superficie del planeta desde su interior, menor a la recibida del Sol, pero ésta
sólo penetra unos pocos metros en la corteza, siendo irradiada a la atmósfera y no interviene en los
procesos de transferencia de calor que tiene lugar en el interior del planeta.
Suelo:
Capa superior
Capa intermedia
Capa inferior
Figura 8
• Composición del suelo: La Figura 9 muestra un esquema de la composición de un suelo.
El suelo es una mezcla variable de:
Figura 9
La disolución del suelo
•Presencia de iones
Cl- > SO42- > Ca2+ (20-200 ppm)
(Iones más abundantes)
BIOSFERA: Plantas