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Contaminantes químicos ácidos y básicos y sus consecuencias

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Respuesta rápida

Ácidos: $\text{SO}_2$ , $\text{NO}_x$ , $\text{CO}_2$ , $\text{HCl}$ → lluvia ácida, corrosión, daño respiratorio. Básicos: $\text{NH}_3$ , $\text{NaOH}$ , $\text{Na}_2\text{CO}_3$ , $\text{Ca(OH)}_2$ → alcalinización, irritación, eutrofización.

📚 exercise quimica ⭐⭐⭐ Dificultad 3/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 166

Quimica 2° · 2024

Ejercicio 1

Indago y elaboro un listado de contaminantes químicos ácidos y básicos e indico las consecuencias para los seres vivos (completar los dos organizadores gráficos de la página).

La actividad pide ubicar cuatro contaminantes ácidos y cuatro contaminantes básicos en los cuadros vacíos de los mapas conceptuales. Se resuelve de la siguiente manera.

Contaminantes ácidos (mapa superior)

Dióxido de azufre, $\text{SO}_2$ . Se libera por la quema de carbón y petróleo con azufre. Oxidado en la atmósfera da \text{SO}_3 y, al disolverse en la lluvia, \text{H}_2\text{SO}_4: forma la lluvia ácida.
- Consecuencia: daña hojas y cortezas, acidifica lagos y ríos (muerte de peces y anfibios) y corroe edificios y monumentos de piedra caliza ( $\text{CaCO}_3$ ).
Óxidos de nitrógeno, $\text{NO}_x$ ( $\text{NO}$ , $\text{NO}_2$ ). Proceden de los motores de combustión y de las centrales eléctricas; el \text{NO}_2 reacciona con agua y oxígeno: 4\text{NO}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{HNO}_3.
- Consecuencia: contribuyen a la lluvia ácida y al smog fotoquímico; irritan vías respiratorias, favorecen asma y bronquitis y dañan la clorofila de las plantas.
Dióxido de carbono, $\text{CO}_2$ . Procede de la combustión de combustibles fósiles y de la deforestación.
- Consecuencia: aumenta el efecto invernadero y calienta el planeta; además se disuelve en el agua marina ( $\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3$ ), lo que acidifica el océano y disuelve los caparazones y corales de calcio.
Ácido clorhídrico, $\text{HCl}$ (vapor de ácido). Se libera en fundiciones, incineradoras y por la quema de residuos con cloro; los clorofluorocarbonos (CFC) también generan \text{HCl} al destruir el ozono.
- Consecuencia: causa corrosión de tejidos vegetales y metálicos, irrita ojos y pulmones y su lluvia ácida destruye el follaje de bosques cercanos a las fábricas.

Contaminantes básicos (mapa inferior)

Amoníaco, $\text{NH}_3$ . Se origina en granjas ganaderas, plantas de fertilizantes y aguas residuales con materia orgánica en descomposición.
- Consecuencia: es tóxico para peces incluso a bajas concentraciones y, al nitrificarse ( $\text{NH}_3 \rightarrow \text{NO}_2^- \rightarrow \text{NO}_3^-$ ), produce eutrofización: floraciones algales que consumen el oxígeno disuelto y asfixian la vida acuática.
Hidróxidos de metales alcalinos, $\text{NaOH}$ y $\text{KO}$ . Proceden de efluentes de industrias textiles, papeleras, curtido de cueros y detergentes.
- Consecuencia: elevan el pH del agua (agua sosa), provocan irritación y quemaduras en la piel y los ojos de animales y personas, y alteran la reproducción de los peces.
Carbonato de sodio, $\text{Na}_2\text{CO}_3$ (soda). Viene de la industria del vidrio, del blanqueo de papel y de los detergentes fosfatados.
- Consecuencia: agua y suelos alcalinizados, espuma permanente que bloquea el intercambio gaseoso en ríos y arroyos, y lesión de branquias en los organismos acuáticos.
Hidróxido de calcio, $\text{Ca(OH)}_2$ , y aminas orgánicas ( $\text{R-NH}_2$ ). El primero proviene de cementeras y plantas de tratamiento de aguas; las segundas, de curtiembres, mataderos y refinerías.
- Consecuencia: hacen el agua y el suelo alcalinos, corrosivos para tuberías y tejidos vivos; las aminas huelen fuerte, son tóxicas y bioacumulables en la cadena trófica.

Síntesis

Tipo de contaminante	Efecto químico principal	Consecuencia general
Ácidos ( $\text{SO}_2$ , $\text{NO}_x$ , $\text{CO}_2$ , $\text{HCl}$ )	Bajan el pH de lluvia, agua y suelo	Lluvia ácida, acidificación oceánica, corrosión, daño respiratorio
Básicos ( $\text{NH}_3$ , $\text{NaOH}$ , $\text{Na}_2\text{CO}_3$ , $\text{Ca(OH)}_2$ )	Suben el pH (efluentes alcalinos)	Irritación y quemaduras, eutrofización, asfixia acuática, corrosión

Respuesta

Los cuatro contaminantes ácidos son $\text{SO}_2$ , $\text{NO}_x$ , $\text{CO}_2$ y $\text{HCl}$ , que causan lluvia ácida, acidificación del agua y del océano, corrosión y daño respiratorio; los cuatro básicos son $\text{NH}_3$ , $\text{NaOH}$ , $\text{Na}_2\text{CO}_3$ y $\text{Ca(OH)}_2$ (más aminas), que alcalinizan el medio, irritan tejidos y provocan eutrofización y muerte de organismos acuáticos.

Contenido de la página

ACTIVIDADES

1. Indago y elaboro un listado de contaminantes químicos ácidos y básicos e indico las consecuencias para los seres vivos.

Organizador gráfico superior — CONTAMINANTES ÁCIDOS (cuadros 1 a 4):

Dióxido de azufre ( $\text{SO}_2$ ): quema de combustibles con azufre; daño a hojas, acidez de lagos y ríos, corrosión de monumentos.
Óxidos de nitrógeno ( $\text{NO}_x$ ): motores y plantas eléctricas; lluvia ácida, smog fotoquímico, irritación respiratoria.
Dióxido de carbono ( $\text{CO}_2$ ): combustión y deforestación; efecto invernadero y acidificación oceánica.
Ácido clorhídrico ( $\text{HCl}$ ) y CFC: fundiciones e incineradoras; corrosión y destrucción de tejidos vegetales.

Organizador gráfico inferior — CONTAMINANTES BÁSICOS (cuadros 1 a 4):

Amoníaco ( $\text{NH}_3$ ): ganadería y fertilizantes; toxicidad para peces y eutrofización.
Hidróxidos de sodio y potasio ( $\text{NaOH}$ , $\text{KOH}$ ): industria textil, papelera y detergentes; quemaduras y daño a branquias.
Carbonato de sodio ( $\text{Na}_2\text{CO}_3$ ): vidrio y detergentes; agua y suelos alcalinizados, espuma permanente.
Hidróxido de calcio ( $\text{Ca(OH)}_2$ ) y aminas orgánicas: cementeras y curtiembres; alcalinización, toxicidad y bioacumulación.

Cierre: los contaminantes ácidos disminuyen el pH del medio y los básicos lo aumentan; ambos alteran el equilibrio químico del agua, del suelo y de los organismos vivos.

Ejemplos resueltos

La lluvia cae con pH 4,5. ¿Por qué se considera ácida y qué consecuencias tiene para los seres vivos?

Comparamos con el pH del agua pura: $\text{pH}=7$ es neutro.
Como $4,5 < 5,6$ , la lluvia es ácida (límite natural de la lluvia por el $\text{CO}_2$ disuelto).
La concentración de iones hidrógeno es $[\text{H}^+] = 10^{-4,5} \approx 3{,}2 \times 10^{-5} \, \text{M}$ , unas 32 veces mayor que en lluvia neutra.
Consecuencias: disuelve minerales del suelo y tóxicos como el aluminio, daña hojas, acidifica lagos (muerte de peces) y corrige malamente el calcio de conchas y huesos.

¿Por qué el amoníaco de un establo contaminante es un contaminante básico y no ácido?

El amoníaco se disuelve en el agua: $\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-$ .
La formación de $\text{OH}^-$ eleva la concentración de iones hidróxido.
Al subir $[\text{OH}^-]$ baja $[\text{H}^+]$ por el producto iónico del agua $K_w = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 10^{-14}$ .
Por lo tanto el pH del agua aumenta por encima de 7: el medio resulta básico, y así se clasifica al contaminante.

Tablas (2)

Cuadro	Contaminante ácido	Fórmula	Fuente principal	Consecuencia para los seres vivos
1	Dióxido de azufre	$\text{SO}_2$	Carbón y petróleo con azufre	Lluvia ácida: daño a hojas, acidificación de lagos y ríos, corrosión
2	Óxidos de nitrógeno	$\text{NO}_x$	Motores de combustión y centrales	Lluvia ácida y smog; irritación respiratoria y daño a la clorofila
3	Dióxido de carbono	$\text{CO}_2$	Combustión y deforestación	Efecto invernadero y acidificación oceánica
4	Ácido clorhídrico	$\text{HCl}$	Fundiciones, incineradoras, CFC	Corrosión y destrucción del follaje

Cuadro	Contaminante básico	Fórmula	Fuente principal	Consecuencia para los seres vivos
1	Amoníaco	$\text{NH}_3$	Ganadería y fertilizantes	Toxicidad para peces y eutrofización
2	Hidróxidos alcalinos	$\text{NaOH}$ , $\text{KOH}$	Textiles, papelera, curtido, detergentes	Agua alcalinizada, irritación y quemaduras
3	Carbonato de sodio	$\text{Na}_2\text{CO}_3$	Vidrio y detergentes	Suelos y aguas alcalinos, espuma que asfixia la vida acuática
4	Hidróxido de calcio y aminas	$\text{Ca(OH)}_2$ , $\text{R-NH}_2$	Cementeras, curtiembres, refinerías	Alcalinización, toxicidad y bioacumulación en la cadena trófica

Diagrama

flowchart TB
  A1["1. Dióxido de azufre SO2<br/>Quema de carbón y petróleo"] --> AC["CONTAMINANTES ÁCIDOS"]
  A2["2. Óxidos de nitrógeno NOx<br/>Motores y plantas eléctricas"] --> AC
  A3["3. Dióxido de carbono CO2<br/>Combustión y deforestación"] --> AC
  A4["4. Ácido clorhídrico HCl y CFC<br/>Fundiciones e incineradoras"] --> AC
  AC --> C1["Lluvia ácida y acidificación de lagos, ríos y océanos"]
  AC --> C2["Corrosión de tejidos, monumentos y metal"]
  AC --> C3["Irritación respiratoria, daño a la clorofila"]
  B1["1. Amoníaco NH3<br/>Ganadería y fertilizantes"] --> BA["CONTAMINANTES BÁSICOS"]
  B2["2. Hidróxidos NaOH y KOH<br/>Industria textil y papelera"] --> BA
  B3["3. Carbonato de sodio Na2CO3<br/>Vidrio y detergentes"] --> BA
  B4["4. Hidróxido de calcio y aminas<br/>Cementeras y curtiembres"] --> BA
  BA --> D1["Aguas y suelos alcalinizados"]
  BA --> D2["Irritación, quemaduras y daño a branquias"]
  BA --> D3["Eutrofización y asfixia de la vida acuática"]

Fórmulas y ecuaciones

pH = $-\log_{10}[$ $\text{H}$ ^+]

$\text{pH}$ < 7 $\Rightarrow$ $\text{medio ácido}$ ;\ $\text{pH}$ > 7 $\Rightarrow$ $\text{medio básico}$

$\text{SO}$ _2 $\xrightarrow{\text{oxigenación}}$ $\text{H}$ _2 $\text{SO}$ _4 \ ( $\text{lluvia ácida}$ )

$\text{NH}$ _3 + $\text{H}$ _2 $\text{O}$ $\rightleftharpoons$ $\text{NH}$ _4^+ + $\text{OH}$ ^- \ ( $\text{agua básica}$ )

4 $\text{NO}$ _2 + $\text{O}$ _2 + 2 $\text{H}$ _2 $\text{O}$ $\rightarrow$ 4 $\text{HNO}$ _3

$\text{SO}$ _2 + $\text{H}$ _2 $\text{O}$ $\rightarrow$ $\text{H}$ _2 $\text{SO}$ _3

2 $\text{SO}$ _2 + $\text{O}$ _2 $\rightarrow$ 2 $\text{SO}$ _3

$\text{SO}$ _3 + $\text{H}$ _2 $\text{O}$ $\rightarrow$ $\text{H}$ _2 $\text{SO}$ _4

$\text{CO}$ _2 + $\text{H}$ _2 $\text{O}$ $\rightleftharpoons$ $\text{H}$ _2 $\text{CO}$ _3

$\text{H}$ _2 $\text{CO}$ _3 $\rightleftharpoons$ $\text{H}$ ^+ + $\text{HCO}$ _3^-

$\text{CaCO}$ _3 + 2 $\text{H}$ ^+ $\rightarrow$ $\text{Ca}$ $^{2+}$ + $\text{CO}$ _2 + $\text{H}$ _2 $\text{O}$

$\text{NH}$ _3 + $\text{H}$ _2 $\text{O}$ $\rightleftharpoons$ $\text{NH}$ _4^+ + $\text{OH}$ ^-

$\text{NaOH}$ $\rightarrow$ $\text{Na}$ ^+ + $\text{OH}$ ^-

$\text{Na}$ _2 $\text{CO}$ _3 + 2 $\text{H}$ _2 $\text{O}$ $\rightleftharpoons$ 2 $\text{Na}$ ^+ + $\text{CO}$ $_3^{2-}$ + 2 $\text{H}$ _2 $\text{O}$

$\text{pH}$ = $-\log_{10}[$ $\text{H}$ ^+]

$\text{Ca(OH)}$ _2 $\rightarrow$ $\text{Ca}$ $^{2+}$ + 2 $\text{OH}$ ^-

Glosario (7)

Contaminante ácido: Sustancia química que, al incorporarse al agua o al suelo, disminuye el pH y forma ácidos corrosivos (p. ej. SO2, NOx, HCl).
Contaminante básico: Sustancia química alcalina que eleva el pH del medio, como el amoníaco, los hidróxidos o los carbonatos alcalinos.
Lluvia ácida: Precipitación con pH menor a 5,6 formada cuando óxidos de azufre y nitrógeno reaccionan con el agua y el oxígeno de la atmósfera.
Eutrofización: Enriquecimiento excesivo de nutrientes (nitrógeno, fósforo) en un cuerpo de agua, que provoca floraciones algales y falta de oxígeno.
Acidificación oceánica: Descenso del pH del agua marina por la absorción de CO2, que daña corales y moluscos de concha calcárea.
Óxidos ácidos: Óxidos no metálicos que reaccionan con el agua para producir oxácidos, como SO2 + H2O → H2SO3.
Óxidos básicos: Óxidos de metales alcalinos y alcalinotérreos que, con agua, forman hidróxidos, como CaO + H2O → Ca(OH)2.

Preguntas para practicar

¿Por qué la lluvia ácida afecta más a los lagos que a los ríos que desembocan en el mar?

Porque los ríos fluyen y renuevan constantemente su agua, diluyendo los ácidos y transportándolos al mar, donde el gran volumen amortigua el pH. En cambio los lagos, especialmente los de aguas estancadas y gran relieve como los escandinavos o de Norteamérica, reciben la lluvia ácida de forma continua y sin drenaje, de modo que el pH desciende y el calcio disuelto (que amortigua el agua) se agota, con lo que aumenta la concentración de aluminio tóxico y mueren los peces.

¿Qué papel juegan los detergentes fosfatados y con carbonato de sodio en la contaminación básica de los ríos?

Al lavarse, estas sales se vierten a las aguas residuales y elevan el pH del agua y los fosfatos actúan como nutrientes. El pH alcalino irrita las branquias de los peces y los fosfatos, junto con el nitrógeno del amoníaco, provocan floraciones algales (eutrofización) que, al morir y descomponerse, consumen el oxígeno disuelto y asfixian la vida acuática.

¿Por qué se dice que el $\text{CO}_2$ es un contaminante de doble efecto?

Por una parte, al acumularse en la atmósfera aumenta la retención de calor y acelera el efecto invernadero y el cambio climático; por otra, al disolverse en el agua de los océanos forma ácido carbónico que reduce el pH marino (acidificación oceánica), lo que impide a corales y moluscos construir sus conchas y esqueletos de carbonato de calcio.

Temas y conceptos clave

Contaminantes químicos ácidosContaminantes químicos básicosConsecuencias para los seres vivosOrganizadores gráficos de cienciasLluvia ácidaÓxidos ácidos (SO2, NOx, CO2, HCl)Óxidos y compuestos básicos (NH3, NaOH, Na2CO3, Ca(OH)2)pH del aguaEutrofizaciónAcidificación oceánicaEfecto invernadero