REACTIVIDAD DE LOS COMPUESTOS DEL AIRE

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

N2 O2 CO2

Retícula de la unidad I

CONTENIDOS A TRABAJAR EN LA UNIDAD DE APRENDIZAJE: AIRE

MESORETÍCULA MICRORETÍCULA

1.2 Reactividad de los componentes del aire

1.2.1 Algunas reacciones de N2, O2 y CO2. Ciclos biogeoquímicos

1.2.2 Reacción del oxígeno con metales y no metales

1.2.3 Reacciones de combustión. Reacciones endotérmicas Reacciones exotérmicas

1.2.4 Calores de combustión1.2.5 Energías de enlace

La composición del aire atmosférico esta conformada por el 21% de Oxígeno, el 78% de Nitrógeno y el 1% de otros gases.

El nitrógeno es un gas inerte en condiciones ambientales, excepto para determinados organismos terrestres (transforman el nitrógeno atmosférico en sales nitrogenadas que las plantas utilizan como nutrientes rompiendo el triple enlace de la molécula a temperatura ambiente) y las raíces de algunas leguminosas.

La reactividad del Oxígeno en la atmósfera es muy grande, de tal forma que la Tierra tiene una atmósfera oxidante, en donde el oxígeno está combinado con casi todos los elementos de la Tabla Periódica en forma de oxidos, como el agua (H2O) y la arena (SiO2), además de participar en una gran cantidad de reacciones químicas.

Ciclos biogeoquímicos

Movimiento de cantidades de carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, fósforo, potasio y otros elementoss entre los seres vivos y el ambiente (atmósfera, biomassa y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos de producción y descomposición.

En la biosfera la materia es limitada de manera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la vida en la Tierra, de otro modo, lo nutrientes se agotarían y la vida desaparecería.

Nutriente: elemento químico o molécula necesario para la vida de un organismo.

Los organismos vivos necesitan de 31 a 40 elementos químicos

Macronitrientes: Carbono, Oxígeno, Hidrógeno, Nitrógeno, fosforo, azufre, Magnesio y potasio. constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano

Micronutrientes: hierro, cobre, zinc, cloro yodo.

La mayor parte de las sustancias químicas de la Tierra no están en forma útiles para los organismos.

Los nutrientes son reciclados en formas complejas a través de las partes vivas y no vivas de la biosfera, convirtiéndolas en formas útiles por una combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos.

Ciclos biogeoquímicos

Hay tres tipos de ciclos biogeoquímicos

Gaseoso

Los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos

Elementos reciclados rápidamente

Los principales son: carbono, oxígeno y nitrógeno.

Sedimentario

Ciclos de los contaminantes

Fósforo y azufre

Hidrológico

Proceso de circulación del agua entre los distintos compartimentos de la hidrósfera

Ciclo del nitrógeno

NITRÓGENO

El nitrógeno es un gas inodoro e incoloro

Solubilidad pequeña

Punto de fusión de -210ºC y de ebullición -196ºC

Es molécula diatómica

Estable debido al triple enlace

Para romper el enlace se requieren 226 kCal /mol

El nitrógeno reacciona con el oxígeno a muy altas temperaturas

Su escasez en el suelo constituye un factor limitante para el crecimiento de los vegetales.

MOTOR MAL AFINADO

Se produce óxido de nitrógeno II o monóxido de nitrógeno en los pistones del motor durante la combustión de la gasolina.

N2 + O2 2 NO

El NO expulsado por el escape reacciona con el oxígeno de la atmósfera y con otros oxidantes como el ozono (O3), provocando la formación de óxido de nitrógeno IV o dióxido de nitrógeno NO2.

2 NO + O2 2 NO2 NO + O3 NO2 + O2

El No reacciona con los hidrocarburos evaporados en la atmósfera; estos se oxidan mediante una reacción fotoquímica que origina la producción de radicales peróxido muy reactivos.

R-O-O + NO NO2 + R-O

Los radicales peróxido también reaccionan con el NO2, produciendo nitratos de peroxiácido (PAN), sustancias irritantes y tóxicas que provocan el color café de la atmósfera contaminada.

R – O – O + NO2

Ciclo del carbono

Parte fundamental y soporte de los organismos vivos

Proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida contienen carbono. 

Juega un papel importante en la regulación del clima del planeta.

El carbono circula entre la atmósfera, la hidrosfera, la biosfera y la litosfera por medio de la interacción en escalas de tiempo que van desde procesos que demoran algunas horas, días, meses y estaciones hasta aquellos que tardan largos periodos geológicos. En la atmósfera como dióxido de carbono, metano y otros

componentes

En la hidrosfera, en forma de dióxido de carbono disuelto en el agua

En la litósfera en las rocas y en depósitos de carbón, petróleo y gas

En la biosfera, en los carbohidratos

Los pasos más importantes del ciclo del carbono son los siguientes:

El dióxido de carbono de la atmósfera es absorbido por las plantas y convertido en azúcar, por el proceso de fotosíntesis.

Los animales comen plantas y al descomponer los azúcares dejan salir carbono a la atmósfera, los océanos o el suelo.

Bacterias y hongos descomponen las plantas muertas y la materia animal, devolviendo carbono al medio ambiente.

El carbono también se intercambia entre los océanos y la atmósfera. Esto sucede en ambos sentidos en la interacción entre el aire y el agua.

Reacciones del O2

El oxígeno es el más abundante de los elementos de la corteza terrestre: atmósfera (21%), agua (89%), arena (53%), organismo humano (65%), etc. En la atmósfera se encuentra en forma molecular (O2) como un gas incoloro.

En estado líquido presenta un color azul pálido fuertemente magnético

El oxígeno sólido de color pálido se obtiene comprimiento el líquido

El oxígeno se combina con todos los elementos de la tabla periódica

Con los no metales forma oxidos ácidos

C + O2 CO2 S + O2 SO2 B + O2 B2O3

Con los metales forman óxidos básicos

2 Mg + O2 2 MgO 4Na + O2 2 Na2O

La solubilidad del oxígeno en el agua es de enorme importancia para la vida marina. En el agua hay más oxígeno disuelto a bajas temperaturas.

Las plantas sintetizan las sustancias orgánicas a partir de la luz solar, CO2, minerales y H2O, devolviendo a la atmósfera oxígeno mediante el proceso de fotosíntesis.

Reacciones de combustión

COMBUSTIÓN: Cuando la oxidación se acompaña de un gran desprendimiento de calor y luz.

REACCIÓN DE COMBUSTIÓN: es aquella en donde el oxígeno reacciona con otra sustancia produciendo gases de combustión (principalmente CO2 y H2O) y energía (luz y calor)

Todos los compuestos orgánicos son combustibles y para que las moléculas reaccionen requieren de una energía mínima conocida como energía de activación, la cual se obtiene de una chispa o flama para que se produzca la ignición.

Los procesos de oxidación se hacen más vigorosos y con mayor energía con oxígeno puro.

REACCIONES ENDOTÉRMICAS Y EXÓTÉRMICAS

PROCESO EXOTÉRMICO:

Las moléculas de los reactivos tienen alta energía interna y sólo requieren de un poco que se obtiene mediante una flama o chispa.

Se libera calor

PROCESO ENDOTÉRMICO

Las moléculas de los reactivos tienen baja energía interna y requieren de un calentamiento para que choquen con intensidad y adquieran la energía de activación necesaria que les permita el cambio químico

Absorbe calor

Calores de combustión

La energía liberada cuando un gramo de material combustible reacciona, se conoce como valor energético del material (calor liberado en una reacción de combustión).

El valor energético de un material se mide por medio de la calorimetría

Las mediciones se calor se efectúan en un calorímetro a volumen constante

Las reacciones normalmente se efectúan en recipientes abiertos a presión constante, los valores de calores de reacción generalmente se miden a temperatura y presión constante, a esa cantidad se le asigna el símbolo ∆H

∆Hr = ∑ ∆H (productos) - ∑ ∆H (reactivos)

La ecuación indica que el calor de reacción es igual a la suma de los calores de formación en condiciones estándar (25ºC y 1 atm) de los productos menos la suma de los calores de formación estándar de los reactivos

Energías de enlace

La cantidad de energía necesaria para descomponer una molécula gaseosa en fragmentos individuales o para romper un enlace en una molécula se llama, ENERGÍA DE DISOCIACIÓN DE ENLACE

La energía necesaria para descomponer totalmente una molécula en átomos aislados, debe ser igual a la suma de las energías de enlace de todos los enlaces de la molécula