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En la Tabla 11.2 de la ref. [1] se enlistan los contaminantes peligrosos del aire (CPA o HAP en inglés) Estos contaminantes se eligieron después de estudios realizados por la EPA a nivel industrial. Es decir, existen límites permisibles para laborar en una industria que maneje este tipo de contaminantes. Sin embargo, poco se conocen los efectos que ocasionan a nivel atmosférico. Es más, no existen ni siquiera estudios concretos que detallen la composición de estos contaminantes fuera del “atmosfera industrial”. Pero si se sabe que los CPA como el asbesto, arsénico, benceno, emisiones de hornos de coquización y radionúclidos pueden provocar cáncer.
El monóxido de carbono, por otro lado, es un gas incoloro e inodoro que es letal para los humanos en pocos minutos en concentraciones mayores a 5 000 ppm. El CO reacciona con la hemoglobina (Hb) de la sangre y forma carboxihemoglobina (COHg). Esto debido a que la Hb tiene mayor afinidad al CO que a O2.
El plomo además de ser un contaminante en el aire es un veneno acumulativo. No sólo puede inhalarse del aire, sino que puede ingerirse en los alimentos y en el agua. Cuando se ingiere se acumula en un 5-10%. Si se inhala, 20-50% se puede absorber en nuestro organismo. A concentraciones de 60-120 µg/100g en sangre provoca anemia, estreñimiento y calambres abdominales. Por encima de 120 µg/100g puede presentarse daño cerebral, y si la exposición es constante provoca convulsiones, coma, paro cardiorrespiratorio y la muerte. El plomo atmosférico se presenta en partículas de entre 0.16 y 0.43 µm. ¿Sería importante investigar si existe algún estudio sobre las concentraciones de plomo promedio de la población de la Ciudad de México antes de la prohibición del mismo en los combustibles de los automóviles? Cabe recordar que antes de 1990 existían algunas gasolinas que contenían tetraetilo de plomo para aumentar su octanaje.
Los óxidos de nitrógeno (NOx) provocan tos e irritación del tracto respiratorio a bajas concentraciones, 5 ppm (misma concentración de humo del tabaco). Además, se han reportado enfermedades respiratorias provocadas por la inhalación de NOx a concentraciones de 0.1 ppm.
Sería bueno que no se nos olvide consultar las concentraciones límites que establecen la Normas Estadounidenses de Calidad del Aire (NAAQS). [1]. https://www.epa.gov/criteria-air-pollutants/naaqs-table
Los oxidantes fotoquímicos como el Ozono (O3) a concentraciones tan bajas como 0.1ppm y 0.3ppm pueden provocar tos y malestares en el pecho. Los aldehídos y los óxidos de nitrógeno también son oxidante fotoquímicos. ¿Conoces algunos otros oxidantes fotoquímicos?
El material particulado MP10 y MP2.5 también afectan la calidad del aire para los seres humanos. Se sabe que las partículas de 10 µm no penetran profundamente en los pulmones. Por ello se ha establecido una nueva norma basada en un tamaño de partícula menor a 2.5 µm. En 1997, las NAAQS propusieron una concentración de MP2.5 menor a 15 µm/m3. Sin embargo, actualmente la OMS establece un valor máximo anual de 10 µm/m3. Es importante “mirar” cuáles son límites permisibles de los otros contaminantes, según la OMS. En esta liga encontraremos parte de esta información.
http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs313/en/index.html
Además, es interesante acceder las bases de datos de la OMS en relación al MP
http://www.who.int/phe/health_topics/outdoorair/databases/en/index.html
Al comparar las ciudades que presentan una mayor cantidad de PM2.5, es sorprendente ver como las ciudades canadienses son las que presentan una menor concentración. ¿Qué pasa con México? ¿Qué ciudad presenta una mayor concentración de PM2.5? ¿Cómo “estamos” en relación con la ciudad menos “particulada”?
Para terminar en esta liga
http://whqlibdoc.who.int/hq/2006/WHO_SDE_PHE_OEH_06.02_spa.pdf
se puede descargar la información más actualizada (en español) de las guías de la calidad de aire en relación al material particulado, al ozono, al dióxido de nitrógeno y al dióxido de azufre.
Los óxidos de azufre, principalmente el SO2 y el SO3, sus ácidos y sus sales, afectan principalemnte el tracto respiratorio inferior cuando estos óxidos están dentro de partículas y en ausencia d ellas se absrobe en las membranas mucosas del tracto respiratorio superior.
Los contaminantes de Tabla 11.1 de la ref. [1] y que acabamos de detallar brevemente se conocen como contaminantes criterios o contaminantes primarios (según la EPA). Se denominan “criterios” porque se establecieron con base en criterios de salud. De ahí, que en los párrafos anteriores se resaltara principalmente los efectos nocivos a la salud de los seres humanos. Observamos en la Tabla 11.1 de la ref. [1] que existen dos tipos de normas. La norma primaria se estableció para proteger la salud humana, mientras que la norma secundaria pretende evitar daños al ambiente. Cuando una región cumple con la norma primaria, se denomina área de alcance, y área fuera del alcance, cuando ocurre lo contrario.
Cabe señalar que muchos oxidantes fotoquímicos se producen por reacciones atmosféricas, es decir, no son emisiones directas por lo que se consideran como contaminantes secundarios.
1.2.1. Fundamentos de los gases ideales
Se puede suponer que el comportamiento de las sustancias en el aire, con respecto a la temperatura y a la presión, es ideal (en sentido químico) debido a que por lo general las concentraciones son relativamente bajas. Por lo que los gases siguen la ley de gas ideal
Donde P es la presión absoluta (Pa, atm, bar mmbar, etc.), T es la temperatura absoluta (K, °R), R es la constante de gas ideal (por ejemplo R=8.3143 J.K.mol-1, ó Pa.m3.mol-1.K), V es el volumen que ocupan n moles de gas ideal.
¿Sabes cuál es el volumen de un mol de un gas ideal a condiciones estándares de T y P (STP).
John Dalton, científico inglés, encontró que la presión total que ejerce una mezcla de gases es igual a la sima de las presiones que cada gas ejercería su ocupara él solo el recipiente, es decir,
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1.2.2. Concentración de contaminantes en el aire
Como comentamos en el curso anterior, las concentraciones de los contaminantes o de gases en el aire se pueden reportar en ppm. Sin embargo, en este caso ya no es válida la aproximación 1ppm= 1mg.L-1, como en el caso de las soluciones acuosas diluidas. ¿Sabes por qué? Porque, la densidad del aire no es 1g.mg.L-1, y varía bastante con la temperatura.
Como también vivos anteriormente las concentraciones de los gases en aire se puede dar en µg.m-3, o en ppm (en volumen/volumen). Las ppm tiene la ventaja, sobre los µg.m-3, que los cambios de T y P no alteran la relación entre los volúmenes del contaminante y del aire. Pero, recordemos que las partículas solo pueden presentarse en µg.m-3. Los tamaños de partículas se expresan generalmente en µm o micras.
1.2.3. Conversión de µg.m-3 en ppm
Se basa en condiciones estándar del V que ocupa 1 mol de gas ideal, 22.414 L.mol-1. Así, se puede convertir la masa de un contaminante, Mc, en gramos, a su volumen equivalente, Vc, en litros a STP.
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donde es la masa molecular del contaminante, g.mol-1.
Sin embargo, a condiciones de T y P diferentes de la estándar, es necesario corregir el V,
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donde T2y P2 son la temperatura absoluta (en Kelvin) y la presión absoluta (en kilopascales), respectivamente.
¿Pero, todo esto para qué? Simplemente para determinar la ppm en base volumétrica.
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Ejemplo 2-24[1]. Se encontró que una muestra de 1 m3 de aire contenía 80 µg de SO2.m-3. Al momento de tomar la muestra de aire, la temperatura y la presión eran de 25.0°C y 103.193 kPa, respectivamente. ¿Cuál es la concentración de SO2 en partes por millón?
Solución:
Es necesario conocer la masa molecular del SO2 = 32.06 +2(15.9994)=64.06 g.mol-1, y convertir la temperatura a Kelvin: 25°C+273 K = 298 K. Al aplicar la última ecuación, tenemos:
= 0.030 ppm de SO2
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Ejemplo 6.11[2]. Determine el volumen de un tanque de gas que se necesita para almacenar, al menos por siete días, CH4 proveniente de un digestor anaerobio de residuos sólidos. La producción diaria de gas es de 500 kg; su temperatura es de 25°C y la presión del tanque es de 200 kPa.
Solución:
Masa molecular del CH4 = 12+84*1)=16 g.mol-1
Número de mol/semana
A partir de la ecuación de gas ideal,
Ejemplo 6.112 La composición del gas proveniente de la digestión anaerobia de un lodo residual es 68% CH4, 30% de CO2 y 2% H2S. Si se almacenan 1,000 Kg de la mezcla de gases en un tanque a una presión de 300 kPa, determine la presión parcial de cada componente.
Solución:
Masas moleculares
CH4 = 16 g.mol-1
CO2 = 44 g.mol-1
H2S = 34 g.mol-1
Los moles de cada gas:
Las presiones parciales,
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