Química ambiental

Se discute la importancia de los temas de la química en el medio ambiente, mediante ejemplos y listados de los asuntos que se pueden tratar, incluyendo las leyes de la naturaleza y los principios constitutivos

1. QUÍMICA AMBIENTAL Enrique Posada Restrepo DÍA DEL QUÍMICO Escuela de Química - Facultad de Ciencias Universidad Nacional de Colombia –Sede Medellín 30 de Noviembre de 2017

2. IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA EN LOS ESTUDIOS AMBIENTALES La naturaleza, en sí misma, obedece a una compleja interacción de procesos de naturaleza química y físico química Los seres vivos dependen de procesos donde se relacionan la vida, la biología, la energía, los flujos de masas, con la química Las reacciones químicas son aspectos esenciales del equilibrio y del balance natural La clasificación de los elementos y de sus compuestos es fundamental para entender el comportamiento natural

3. IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA EN LOS ESTUDIOS AMBIENTALES

4. IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA EN LOS ESTUDIOS AMBIENTALES Muchas de las alteraciones producidas en el ambiente tienen naturaleza química, es decir, implican cambios en la naturaleza fundamental de las sustancias involucradas Muchas de las soluciones a los problemas ambientales tienen que ver, igualmente con transformaciones fundamentales, de naturaleza química El conocimiento y la tecnología química ha contribuido notablemente a la generación de nuevas sustancias, cuyos impactos sobre el medio ambiente son desconocidos o perjudiciales A su vez este mismo conocimiento y esa misma tecnología se constituye en un recurso de la humanidad para resolver los problemas ambientales

5. EXPERIENCIA PERSONAL EN QUÍMICA AMBIENTAL Creación y puesta en marcha del grupo de estudios ambientales de la Universidad Pontificia Bolivariana - Estudios de la atmósfera y de las aguas Dirección de investigación y desarrollo en Nubiola Colombia Pigmentos S.A. (ahora Ferro Colombia), con responsabilidad en los temas del medio ambiente y del control de emisiones Dirección de proyectos en INDISA S.A. (ahora Hatch Indisa S.A.S), con responsabilidad en diseños y fabricación de equipos de control ambiental Trabajo en proyectos de investigación medio ambiental colaborando con diversas universidades, la mayor parte relacionados con la química del medio ambiente

6. I La observación es la herramienta fundamental: ¿Podemos señalar seis aspectos de esta fotografía que podamos relacionar con la química ambiental?

7. La forma de la pila indica que se trata de desechos de la combustión de un combustible sólido Los tonos blancos indican calcinación a alta temperatura Las manchas oscuras en el muro indican humos de combustión Los tonos negros de la pila indican material carbonoso sin quemar Los trozos aglomerados indican procesos de sinterización La variedad de tonos indica que el proceso no es estable, con fuertes variaciones de temperatura y composición La observación

8. Los troncos de aspecto fluido, como de lava, indican presencia de sales fundentes, probablemente sales de sodio El ataque a las paredes y los depósitos indican presencia de sales solubles Las variadas texturas indican tamaños de partícula muy variables y presencia de óxidos mezclados con materiales carbonosos Los tonos tan blancos del material bien calcinado, indica que los contenidos de hierro en las cenizas son bajos. El tono rojizo de una de las pilas, indica, por el contrario, alta presencia de hierro. Parece tener un origen distinto La observación

9. ¿Y qué podríamos señalar en estas fotos? ¿Qué indican los tonos amarillentos? ¿Qué indican las espumas blancas? La observación ¿Y qué podríamos decir de los depósitos sobre los pisos? ¿Y del aspecto exterior de las tuberías? ¿Es contaminación orgánica o inorgánica o mezclada?

10. Conservación de la masa Conservación de la energía Los límites impuestos por la segunda ley y la entropía Los principios que gobiernan las mezclas Los principios que gobiernan los estados y los cambios de estado Los principios que gobiernan el equilibrio y los diagramas de equilibrio LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

11. Conservación de la masa y conservación de la energía LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

12. La tabla periódica Las barreras energéticas y de activación Las constantes de equilibrio Las entalpías de reacción Los procesos de combustión Las familias de reacciones LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

13. LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS La tabla periódica

14. La acidez y la alcalinidad Los potenciales electroquímicos La cinética de las reacciones Los principios de la catálisis La lixiviación LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

15. La acidez y la alcalinidad LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

16. Las leyes que gobiernan los colores y las superficies El estudio de los cristales El estudio de la solubilidad El comportamiento con relación a la temperatura y la presión Las propiedades físico químicas LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

17. Las leyes que gobiernan los colores y las superficies LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

18. La clasificación de las sustancias Las familias de los compuestos y su ordenamiento Los principios que permiten el análisis fisicoquímico Las reacciones de corrosión Las leyes que gobiernan la explosividad y la inflamación LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

19. La clasificación de las sustancias y las familias de los compuestos y su ordenamiento LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

20. La toxicidad y los impactos negativos La persistencia con respecto al tiempo y los efectos ambientales Los ciclos de vida El análisis de riesgos y los límites permisibles Efectos de la radiación y el electromagnetismo LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

21. La persistencia con respecto al tiempo y los efectos ambientales LAS LEYES DE LA NATURALEZA Y LOS PRINCIPIOS CONSTITUTIVOS

22. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Ozono en el Valle de Aburrá

23. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Ozono en el Valle de Aburrá

24. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Ozono en el Valle de Aburrá ¿Cómo interpretar la información?

25. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Ozono en el Valle de Aburrá Es evidente que el brillo solar impacta en la formación de ozono, estando asociados los intervalos luminosos del día con las mayores concentraciones. La disminución de las concentraciones se debe presentar en principio cuando se generan entradas grandes de VOC´s , provenientes de los altos picos matutinos de flujo vehicular, que a esas horas suceden con baja intensidad solar. El ozono actúa como oxidante de los VOC´s , dando así lugar a gastos del mismo y disminuyendo sus concentraciones en el intervalo de las 5 a las 7 (en la mañana). En general se puede considerar que el sector industrial también genera emisiones de ozono y de volátiles y de NOx que pueden favorecer la formación de ozono; sin embargo, dado que estas fuentes tienden a trabajar de forma continua (hornos y calderas), podría concluirse que son pequeños sus impactos en las concentraciones de ozono de la región.

26. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Naturaleza del PM2.5 en el Valle de Aburrá

27. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Naturaleza del PM2.5 en el Valle de Aburrá

28. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Naturaleza del PM2.5 en el Valle de Aburrá

29. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Análisis de composición para PM2.5 2009-2011. Porcentajes en peso Componente Media Poli Media Poli Alto S Media Poli Bajo S Media UNAL Media UNAL Alto S Media UNAL Bajo S Media UPB OC (carbono orgánico) 7,48 8,04 7,63 7,07 5,65 7,59 6,34 EC (carbono elemental) 7,18 7,81 7,18 13,85 11,18 14,61 6,27 Nitratos 0,16 0,20 0,15 0,17 0,10 0,21 0,08 Sulfatos 3,61 5,31 3,03 2,51 3,51 2,31 2,23 Sodio 0,53 0,64 0,48 0,31 0,34 0,27 0,34 Amonio 0,79 1,54 0,77 0,75 1,12 0,70 0,52 Potasio 0,32 0,42 0,26 0,19 0,27 0,16 0,19 Calcio 0,082 0,006 0,167 0,055 0,000 0,124 0,068 SO 3 0,93 1,15 1,14 0,73 0,76 0,68 0,27 Al 2 O 3 0,17 0,28 0,16 0,06 0,18 0,04 0,00 SiO 2 0,60 0,57 0,61 0,42 0,37 0,40 0,21 Fe 2 O 3 0,40 0,31 0,46 0,30 0,18 0,34 0,16 CuO 0,03 0,03 0,02 0,01 0,00 0,01 0,01 ZnO 0,32 0,22 0,37 0,13 0,02 0,14 0,10 PbO 0,19 0,20 0,22 0,072 0,008 0,097 0,077 Total 28,07 32,71 27,94 31,48 27,61 32,80 20,74 Relación OC a EC 1,04 1,03 1,06 0,51 0,51 0,52 1,01 Carbono total y sus compuestos de O y H relacionados, % 66,36 61,48 67,47 78,325 71,798 79,910 76,989

30. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Contaminante Media total Desviación Media total alto azufre Desviación Media total bajo azufre Desviación OC (carbono orgánico) 7,40 3,25 8,07 4,65 7,09 1,99 EC (carbono elemental) 9,59 4,82 9,70 4,82 9,02 4,61 Nitratos 0,23 0,28 0,39 0,39 0,14 0,15 Sulfatos 3,62 2,96 5,54 3,55 2,49 0,74 Sodio 0,47 0,36 0,63 0,46 0,36 0,20 Amonio 0,98 0,87 1,69 1,10 0,65 0,28 Potasio 0,28 0,23 0,38 0,26 0,20 0,09 Calcio 0,09 0,09 0,13 0,11 0,11 0,07 SO 3 0,74 0,84 0,88 1,21 0,65 0,66 Al 2 O 3 0,13 0,25 0,25 0,26 0,06 0,21 SiO 2 0,45 0,42 0,46 0,40 0,38 0,33 Fe 2 O 3 0,30 0,19 0,26 0,18 0,30 0,19 CuO 0,02 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01 ZnO 0,17 0,17 0,10 0,11 0,19 0,18 PbO 0,13 0,23 0,16 0,36 0,12 0,15 Total 29,61 13,60 34,19 17,99 26,46 8,78 Relación OC a EC 0,77   0,83   0,79   Carbono total y sus compuestos de O y H relacionados, % 70,66   64,47   75,08   Análisis de composición para PM2.5 2009-2011. Concentraciones en µg/m 3

31. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Fuentes Vehículos gasolina Vehículos diésel Mezcla de vehículos Vías Fondo Calderas ACPM Calderas de fueloil Natural Llantas Calderas carbón Constru-cción Altas en EC OC 39,555 45,134 26,045 6,762 37,299 3,828 5,900 49,681 22,293 1,387 7,499 20,01 EC 1,396 18,116 49,970 1,443 17,431 7,101 3,896 8,673 62,421 3,705 1,294 65,99 Nitratos 1,162 0,816 0,070 0,000 0,226 0,000 0,387 0,000 0,072 Sulfatos 18,826 1,077 0,596 0,695 1,485 25,769 23,832 5,708 59,900 Sodio iónico 1,638 1,648 0,010 0,081 0,497 8,032 2,234 0,000 25,332 Amonio 4,173 0,076 0,206 0,087 1,900 2,506 0,316 2,353 0,226 Potasio iónico 1,522 0,266 0,024 0,022 0,761 1,723 0,309 0,000 2,865 Calcio iónico 1,588 0,162 0,213 1,842 0,141 3,432 8,151 0,000 0,373 4,630 SO 3 0,000 0,000 0,000 15,512 4,367 0,000 0,000 0,000 0,083 Al 2 O 3 0,000 0,000 0,211 16,091 0,021 2,597 1,632 0,000 0,176 8,144 SiO 2 0,000 0,000 0,835 25,335 0,321 0,245 0,003 0,000 0,004 52,650 Fe 2 O 3 0,206 0,082 1,167 13,277 0,371 6,077 22,360 0,000 1,405 5,972 CuO 0,060 0,000 0,026 0,020 0,029 0,091 0,001 0,000 0,038 ZnO 0,576 0,000 0,079 0,060 0,193 0,225 0,430 0,177 1,025 0,095 PbO 0,054 0,028 0,001 0,009 0,415 0,000 0,124 0,000 0,649 Humedad y otros 6,000 6,000 6,000 6,000 6,000 6,000 6,000 6,000 2,379 2,000 2,000 2 Composición química en % en peso, para las muestras de las fuentes

32. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Factores de influencia para las fuentes consideradas Vehículos y llantas Vías, construcción Calderas Fondo y naturales Reacciones atmosféricas y secundarias Muestra total 60,34 19,77 4,82 5,14 9,93 Muestra total alto S 61,24 15,99 8,14 1,36 13,28 Muestra total bajo S 69,38 13,37 6,53 6,22 4,50 Itagüí 62,06 8,31 11,71 7,05 10,87 Bello 58,22 20,91 2,50 5,34 13,02 San Antonio 68,22 5,08 13,08 0,00 13,62 Poli 64,89 13,46 8,28 6,42 6,95 Poli alto S 51,12 29,69 7,63 5,63 5,94 Poli bajo S 53,08 26,65 3,43 11,97 4,88 UNAL 70,56 11,70 10,88 1,91 4,96 UNAL alto S 71,51 11,00 9,91 0,38 7,20 UNAL bajo S 71,34 10,40 11,49 1,51 5,26 UPB 62,30 14,96 4,38 12,04 6,32

33. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Comportamiento fracción OC PM 2.5

34. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Comportamiento fracción EC PM 2.5

35. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Comportamiento fracción OC PM 2.5

36. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Comportamiento fracción sulfatos PM 2.5

37. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Comportamiento fracción sulfatos PM 2.5

38. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Comportamiento fracción nitratos PM 2.5

39. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Oxígeno disuelto en el Río Medellín

40. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Oxígeno disuelto en el Río Medellín

41. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Control catalítico de emisiones de VOCs 100 200 300 400 500 600 700 800 20 40 60 80 100 % Conversión Temp (°C) LaCoO3 LaCo0,75Mn0,25O3 LaMnO3 Powder catalysts

42. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Estudio de emisiones vehiculares bajo pruebas estáticas

43. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Estudio de emisiones vehiculares bajo pruebas estáticas

44. ALGUNOS EJEMPLOS DE TRABAJO EN QUÍMICA AMBIENTAL Estudio de emisiones vehiculares bajo pruebas estáticas (comparación entre combustible base (LB) y combustible activado con catalizador Green Plus (GP))

45. MUCHAS GRACIAS [email protected] www.slideshare.net/eposadar