Esmog fotoquímico
El esmog o smog es un tipo de contaminación del aire. El "smog" es una mezcla de humo y niebla. Por lo general el "smog" se forma cuando el humo se mezcla con la neblina. Por ejemplo, en la ciudad de Londres, en Inglaterra, casi siempre hay neblina. La mayoría de las personas en Londres solían calentar sus viviendas quemando carbón. El carbón genera mucho humo, y mezclado con neblina forma el "smog". Londres solía tener mucho smog.
Existe una especie de smog llamado smog fotoquímico. Este se forma cuando los fotones de la luz solar choca con moléculas de diferentes tipos de agentes contaminantes en la atmósfera. Los fotones hacen que se produzcan una reacciones químicas. Las moléculas de contaminación se convierten en otros tipos de químicos nocivos. A esta mezcla de malos químicos se le conoce como smog fotoquímico.
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Reacciones.
Durante el día el dióxido de nitrógeno se disocia en monóxido de nitrógeno y radicales oxígeno:
- NO2 + hν → NO + O·
El O· se combina con oxígeno molecular generando ozono:
- O· + O2 → O3
En ausencia de COVs este ozono oxida al monóxido de nitrógeno de la etapa anterior:
- O3 + NO → O2 + NO2
Pero en presencia de COVs, éstos se transforman en radicales peroxi que a su vez oxidan al NO:
- ROO· + NO → RO· + NO2
De esta forma el NO no está disponible para reaccionar con el ozono y éste se acumula en la atmósfera.
Muchos de los radicales RO· generados terminan formando aldehídos. Éstos, cuando la concentración de NO es baja (conforme avanza el día), pueden reaccionar con NO2dando lugar a compuestos del tipo RCOOONO2 (cuando R es un metilo se denomina peróxido de acetilnitrato, PAN, un compuesto tóxico).
La formación del HNO3 se produce al final del día por reacción del NO2 con radicales oxhidrilo:
- NO2 + OH· → HNO3
Durante la noche los radicales OH· pueden reaccionar con el NO dando ácido nitroso, que se disocia en presencia de luz, pero es estable durante la noche.
- OH· + NO → HONO
- HONO + hν → OH· + NO
Durante la noche las reacciones de smog fotoquímico se ven muy reducidas al necesitar la luz para funcionar, aunque éstas pueden continuar a través de otros compuestos.
El impacto del smog fotoquímico.
El smog reduce la cantidad de energía solar que llega hasta la superficie de la Tierra.
En algunas ciudades, la reducción ha llegado a alcanzar 35% en días particularmente contaminados. La reducción es todavía mayor cuando el Sol se está poniendo en el horizonte pues a medida que el águlo disminuye, la luz solar tiene que viajar por una mayor cantidad de aire contaminado. También puede alterar patrones de lluvia.
Por lo general, las partículas en el aire se forman de la condensación del núcleo que atrae vapor de agua. Por ejemplo, cuando se acumula suficiente humedad alrededor de partículas de polvo, es común que esta mezcla caiga en forma de gotas de lluvia.
Radiaciones solares.
La radiación solar es un conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El Sol se comporta prácticamente como un Cuerpo negro que emite energía siguiendo la ley de Planck a una temperatura de unos 6000 K.
La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, pues las ondas ultravioletas, más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera fundamentalmente por el ozono. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiancia, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la Tierra. Su unidad es el W/m² (vatio por metro cuadrado).
Tipos de radiación:
En función de cómo reciben la radiación solar los objetos situados en la superficie terrestre, se pueden distinguir estos tipos de radiación:
- radiación directa. Es aquella que llega directamente del Sol sin haber sufrido cambio alguno en su dirección. Este tipo de radiación se caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos opacos que la interceptan.
- radiación difusa. Parte de la radiación que atraviesa la atmósfera es reflejada por las nubes o absorbida por éstas. Esta radiación, que se denomina difusa, va en todas direcciones, como consecuencia de las reflexiones y absorciones, no sólo de las nubes sino de las partículas de polvo atmosférico, montañas, árboles, edificios, el propio suelo, etc. Este tipo de radiación se caracteriza por no producir sombra alguna respecto a los objetos opacos interpuestos. Las superficies horizontales son las que más radiación difusa reciben, ya que ven toda la bóveda celeste, mientras que las verticales reciben menos porque sólo ven la mitad.
- radiación reflejada. La radiación reflejada es, como su nombre indica, aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, también llamado albedo. Las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada, porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies verticales son las que más radiación reflejada reciben.
- radiación global. Es la radiación total. Es la suma de las tres radiaciones.
Espectro de radiación solar.
La aplicación de la Ley de Planck al Sol con una temperatura superficial de unos 6000 K nos lleva a que el 99 % de la radiación emitida está entre las longitudes de onda 0,15 μm (micrómetros o micras) y 4 micras. Como 1 angstrom 1 Å = 10-10 m = 10-4 micras resulta que el Sol emite en un rango de 1500 Å hasta 40000 Å. La luz visible se extiende desde 4000 Å a 7400 Å. La radiación ultravioleta u ondas cortas iría desde los 1500 Å a los 4000 Å y la radiación infrarroja u ondas largas desde las 0,74 micras a 4 micras.
Radiación ultravioleta
La radiación ultravioleta tiene la menor longitud de onda (360 nm), lleva mucha energía e interfiere con los enlaces moleculares. Especialmente las de menos de 300 nm que pueden alterar las moléculas de ADN, muy importantes para la vida. Estas ondas son absorbidas por la parte alta de la atmósfera, especialmente por la capa de ozono. Es importante protegerse de este tipo de radiación ya que por su acción sobre el ADN está asociada con el cáncer de piel.
Sólo las nubes tipo cúmulos de gran desarrollo vertical atenúan éstas radiaciones prácticamente a cero. El resto de las formaciones tales como cirrus, estratos y cúmulos de poco desarrollo vertical no las atenúan, por lo cual es importante la protección aún en días nublados. Es importante tener especial cuidado cuando se desarrollan nubes cúmulos, ya que éstas pueden llegar a actuar como espejos y difusores e incrementar las intensidades de los rayos ultravioleta y por consiguiente el riesgo solar. Algunas nubes tenues pueden tener el efecto de lupa.
Luz visible
A radiación correspondiente a la zona visible cuya longitud de onda está entre 360 nm (violeta) y 760 nm (rojo), por la energía que lleva, tiene gran influencia en los seres vivos. La luz visible atraviesa con bastante eficacia la atmósfera limpia, pero cuando hay nubes o masas de polvo parte de ella es absorbida o reflejada.
Radiación infrarroja
La radiación infrarroja de más de 760 nm, es la que corresponde a longitudes de onda más largas y lleva poca energía asociada. Su efecto aumenta la agitación de las moléculas, provocando el aumento de la temperatura. El CO2, el vapor de agua y las pequeñas gotas de agua que forman las nubes absorben con mucha intensidad las radiaciones infrarrojas.
La atmósfera se desempeña como un filtro ya que mediante sus diferentes capas distribuyen la energía solar para que a la superficie terrestre sólo llegue una pequeña parte de esa energía.
La parte externa de la atmósfera absorbe parte de las radiaciones reflejando el resto directamente al espacio exterior, mientras que otras pasarán a la Tierra y luego serán irradiadas. Esto produce el denominado balance térmico, cuyo resultado es el ciclo del equilibrio radiante.
Ello nos libra de la ultravioleta más peligrosa para la salud. La atmósfera es opaca a toda radiación infrarroja de longitud de onda superior a las 24 micras, ello no afecta a la radiación solar pero sí a la energía emitida por la Tierra que llega hasta las 40 micras y que es absorbida. A este efecto se lo conoce como efecto invernadero.
Efectos de la radiación en la salud.
La exposición exagerada a la radiación solar puede ser perjudicial para la salud. Esto está agravado por el aumento de la expectativa de vida humana, que está llevando a toda la población mundial, a permanecer más tiempo expuesto a las radiaciones solares, con el riesgo mayor de cáncer de piel.
La radiación ultravioleta, es emitida por el Sol en longitudes de onda que van aproximadamente desde los 150 nm (1500 Å), hasta los 400 nm (4000 Å), en las formas UV-A, UV-B y UV-C pero a causa de la absorción por parte de la atmósfera terrestre, el 99 % de los rayos ultravioletas que llegan a la superficie de la Tierra son del tipo UV-A. Ello nos libra de la radiación ultravioleta más peligrosa para la salud. La atmósfera ejerce una fuerte absorción que impide que la atraviese toda radiación con longitud de onda inferior a 290 nm (2900 Å).
La radiación UV-C no llega a la tierra porque es absorbida por el oxígeno y el ozono de la atmósfera, por lo tanto no produce daño. La radiación UV-B es parcialmente absorbida por el ozono y llega a la superficie de la tierra, produciendo daño en la piel. Ello se ve agravado por el agujero de ozono que se produce en los polos del planeta.
Relación del esmog fotoquímico con la radiación solar
El smog fotoquimico se forma cuando los fotones de la luz solar choca con moléculas de diferentes tipos de contaminantes. Se produce una reaccion quimica, por lo tanto si hay mucha radiación solar la cantidad de contaminación de smog fotoquimico sera mayor.
Como ya se ha dicho anteriormente los reactivos originales en un episodio de smog fotoquímico son
el óxido nítrico y los hidrocarburos no quemados (especialmente los que poseen enlaces C=C).
Un ingrediente muy importante en un episodio de smog es la luz solar, la cual hace que se aumente la concentración de radicales libres que participan en las reacciones de formación del smog.
Los reactivos finales del smog son ozono, ácido nítrico y otros compuestos orgánicos oxidantes, como los aldehidos, y los peroxiacetilnitratos (PAN). La velocidad de formación de estas sustancias es mucho más alta que si no existiera la presencia de otros compuestos químicos que se encuentran en el ambiente. También se forman finas partículas en suspensión.
Para que en una ciudad se produzca un episodio de smog deben cumplirse varios factores, como que las concentraciones de estos compuestos deben ser varios órdenes de magnitud superiores a los presentes en un aire limpio.
En segundo lugar el tiempo debe ser cálido y lucir mucho el sol, como en días calurosos de verano, las masas de aire pueden atrapar a los contaminantes durante largos períodos de tiempo y cuando se encuentran con la luz solar, se forman los contaminantes del smog mediante unas reacciones químicas a partir de los contaminantes primarios.
Como ya se ha dicho anteriormente los reactivos originales en un episodio de smog fotoquímico son
el óxido nítrico y los hidrocarburos no quemados (especialmente los que poseen enlaces C=C).
Un ingrediente muy importante en un episodio de smog es la luz solar, la cual hace que se aumente la concentración de radicales libres que participan en las reacciones de formación del smog.
Los reactivos finales del smog son ozono, ácido nítrico y otros compuestos orgánicos oxidantes, como los aldehidos, y los peroxiacetilnitratos (PAN). La velocidad de formación de estas sustancias es mucho más alta que si no existiera la presencia de otros compuestos químicos que se encuentran en el ambiente. También se forman finas partículas en suspensión.
Para que en una ciudad se produzca un episodio de smog deben cumplirse varios factores, como que las concentraciones de estos compuestos deben ser varios órdenes de magnitud superiores a los presentes en un aire limpio.
En segundo lugar el tiempo debe ser cálido y lucir mucho el sol, como en días calurosos de verano, las masas de aire pueden atrapar a los contaminantes durante largos períodos de tiempo y cuando se encuentran con la luz solar, se forman los contaminantes del smog mediante unas reacciones químicas a partir de los contaminantes primarios.
Referencias:
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