Qumica Ambiental Ao 2010

Qumica Ambiental Ao 20104

TALLER DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

La presencia y uso de productos qumicos peligrosos en el mbito profesional, y tambin en el domstico, es actualmente un hecho de lo ms habitual; desde la gran industria hasta el pequeo taller, pasando por centros de trabajo especializados como los laboratorios o las peluqueras, pueden ser algunos de los ejemplos. Un punto clave para una actuacin preventiva ante productos qumicos peligrosos radica en que toda persona que los utilice tenga la informacin precisa que le permita conocer su peligrosidad y las precauciones que debe seguir en su manejo. Esto, adems de ser una norma recomendable, es una obligacin legal, puesto que la actual Ley de Prevencin de Riesgos Laborales obliga al empresario a informar a los trabajadores de los riesgos a que estn expuestos en la realizacin de su trabajo , as como a formarlos en prcticas de trabajo seguras. La etiqueta es la fuente de informacin bsica y obligatoria que identifica el producto, as como sus riesgos. Como fuente de informacin complementaria, que ampla el contenido de la etiqueta, existen las Fichas de Datos de Seguridad (FDS).

El docente presentara a cada grupo de alumnos una situacin de accidente, donde una sustancia o compuesto qumico peligroso se halla involucrado. El alumno deber tener en cuenta las siguientes pautas de trabajo:

1. Comentar brevemente el accidente ocurrido. Describir que factores de riesgo o situaciones peligrosas puede observar. Evaluar normas de seguridad, productos qumicos involucrados, posibilidad de que se haya generado una sustancia toxica.2. Respecto a las sustancias involucradas:a. Realice la bsqueda de la ficha de seguridad correspondiente.b. Identificar los pictogramas y como se la clasifica segn su peligrosidad. c. Observe las caractersticas fisicoqumicas y toxicas de las sustancias y trate de predecir frases R (de riesgo) para cada una.d. Sugiera para cada sustancia frases S (de seguridad y prevencin). e. Tomando en cuenta el accidente analizado: Evale modo de accin de la sustancia, va de ingreso y a qu nivel del organismo produjo sntomas. 3. Qu medidas se deben tomar para evitar el accidente con estas sustancias? Proponga normas de seguridad y medidas correctivas para cada caso.

Buscar las fichas internacionales de seguridad correspondientes a las siguientes sustancias:a. Amoniaco Solucin o Hidrxido de Amoniob. Acido Clorhdrico c. MetanolSugerencias: Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (Espaa)

El grupo deber exponer oralmente las consignas anteriores y elaborar un informe por escrito.1) Direccion web Fichas de Seguridad: http://www.insht.es/portal/site/Insht2) Enlace: Documentacion3) Fichas tcnicas y mtodos: Enlace Fichas FISQ

Caso 1

Caso 2

Caso 3

Caso 4

Caso 5

Caso 6

TRABAJO PRCTICO: CONTAMINACIN DEL AIRE

INTRODUCCIN

Existen muchas definiciones de contaminacin atmosfrica, se cita una de ellas:

Contaminacin atmosfrica es la impurificacin de la atmosfera por inyeccin y permanencia temporal en ella de materias gaseosas, liquidas o solidas, o radiaciones ajenas a su composicin natural o en proporcin superior a ella.

Las alteraciones de la composicin del aire pueden tener dos orgenes diferentes:a) Natural: erupciones volcnicas, meteoritos, fuegos, etc.b) Antropognica: Provocada por actividades humanas, transporte, combustiones, procesos industriales. 1. Contaminacin localizada, es decir, la proporcin se altera en los puntos geogrficos en los que tiene lugar la emisin.2. Las emisiones se producen en puntos geogrficos donde la existencia de sumideros es menor. Ej. zonas industriales con escasez de especies vegetales.3. Climatologa influye en la difusin de contaminantes.4. Capacidad de ciertos contaminantes de sufrir transformaciones, que provoca la aparicin de nuevos contaminantes.

Las fuentes de emisin ms comunes de contaminacin atmosfrica se las clasifican considerando si la localizacin es fija (industrial, vertederos, domestica) o mvil (transporte).

EXPRESION DE LAS MEDIDAS DE CONTAMINACIN

La concentracin de los diversos agentes contaminantes en la atmsfera se expresa en dos tipos de unidades: Unidades volumen/volumen: cm3/m3 (ppm); mm3/m3 (ppb). Unidades masa/volumen: mg/m3 o g/m3.

Es importante destacar que un valor expresado en ppm es distinto si se indica en mg/m3 (o g/m3). Para interconvertir entre unidades es necesario aplicar la ecuacin de estado de los gases ideales (P.V=n.R.T). Muchas veces se hace referencia a medidas de volumen de un gas precedida por la letra N (Ej. 12 Nm3), lo que indica que ese volumen esta medido en condiciones normales de presin y temperatura (CNPT).

Ejemplo: A cuntos mg /Nm3 equivalen 20 ppm de CO medidos en CNPT?

Recordando que ppm es equivalente a cm3/m3:

Ec. (1)

Debemos obtener la masa de CO a partir de la ecuacin de los gases ideales, reemplazando el nmero de moles (n) por masa/masa molecular de CO (m/MM):

Reemplazando en la Ec. (1):

Siguiendo el mismo procedimiento, tambin podemos comprobar que 20 ppm de SO2 corresponden a 57 mg SO2/Nm3, demostrando la importancia que tiene el peso molecular del contaminante.

Tomando en cuenta los contaminantes qumicos, una vez que son emitidos a la atmosfera pueden sufrir transformaciones. De esto surge una clasificacin denominando contaminantes primarios, a aquellas que se emiten en forma directa a la atmsfera (CO, NOx, SOx, hidrocarburos, partculas), mientras que los contaminantes secundarios se transforman por interaccin entre los contaminantes primarios, componentes naturales de la atmosfera y radiaciones incidentes (O3, oxidantes fotoquimicos, SO42-, NO3-).

PROBLEMAS

1) El monitor de una estacin de control de la contaminacin atmosfrica da una concentracin diaria promedio para el SO2 de 480 g/m3 a 30 C y 1 atm Cul ser la concentracin de SO2 en ppm?R: 0,186 ppm SO2

2) Se observa que la concentracin diaria promedio para el NO en una estacin de monitoreo es de 40 g/m3 a 25C y 750 mmHg Cul ser la concentracin de NO en ppm?R: 0,033 ppm NO

3) El gas del tubo de escape de un camin contiene un 2,2% en volumen de monxido de carbono Cul ser la concentracin de CO en mg/m3 a 30C y 1,02 atm?R: 2,53.104mgCO/m3aire

4) Se utiliza magnesita (MgCO3) para depurar el SO2 producido en una planta trmica en la que se emplea como combustible carbn con un contenido de S del 3,0%. La eficiencia de la eliminacin de SO2 debe ser del 90% a fin de cumplir con los requisitos medioambientales impuestos. Calculea) Kg de MgCO3 estequiomtricos que se necesitan por kg de S en el carbn.b) Kg de magnesita necesarios por tonelada de carbn si se emplea un 20% de exceso de MgCO3 y la riqueza de la magnesita en MgCO3 es del 85%R: a) 2,367 kg MgCO3/kg S b) 100,2 kg magnesita/t carbon

5) La eliminacin de H2S contenido en un gas puede llevarse a cabo mediante un proceso que implica las reacciones indicadas a continuacin, que conducen, a la obtencin de azufre elemental (S):

2 H2S + 3 O2 2 SO2 + 2 H2O (1)2 H2S + SO2 3 S + 2 H2O (2)

Se emplea ste mtodo para eliminar el H2S contenido en un gas residual con una riqueza del 3% en S.En la etapa (1) del proceso se consumen 0,05 Nm3 (N=CNPT) de aire previamente rectificado, por cada Nm3 de gas y transcurre con una eficiencia del 91%. A continuacin se emplea el SO2 generado para llevar a cabo la reaccin (2).Calcule a) Cantidad de S que se podr obtener por Nm3 de gas tratado.b) Cantidad de H2S o SO2 residuales que permanecen al final del proceso, expresados en mg/ Nm3 de gas.Densidad media del gas 0,9 g/l en CNPTAire: 21% de O2R: a) 26,84 g S obtenido/Nm3gas b) 320,4 mg SO2/Nm3 gas

6) Una planta incineradora de residuos, sin control de gases, emitira a la atmosfera 9,5 Kg de xidos de nitrgeno por tonelada de basura incinerada. a) Calcule cuales serian las emisiones diarias de NOx a la atmsfera en una ciudad de 200.000 habitantes, en la que cada persona genera 1,2 kg de basura/dia, y la basura de la industria, que se trata en la misma incineradora 1,25 kg de residuo por habitante y da.b) Cul ser la concentracin de NO2 en los gases de emisin (en ppm) si dicha incineradora emite 12 Nm3 de gas por kg de basura incinerada y se considera que todos los NOx se expresan como NO2?R: a) 4655 kg NOx/da b) 385 ppm NO2

7) Una instalacin de produccin de energa trmica quema carbn como combustible y produce unas emisiones gaseosas de 6,8 Nm3 /Kg de combustible incinerado.a) Calcule cual ser la concentracin de partculas (en mg/ Nm3) en los gases de emisin si se generan 7,2 kg de partculas por tonelada de combustible incinerado.b) Debe disminuirse la concentracin de de partculas en los gases que se emiten hasta 200 mg/ Nm3. Indique que tipo de sistema de depuracin podra instalarse para que las emisiones de esa industria cumpliesen el objetivo de reduccin y que rendimiento exigira al mismo.c) Se obliga a que el contenido en SO2 de los gases que se emiten a la atmosfera sea inferior a 3000 mg/ Nm3. Exprese esta concentracin en ppm e indique cuanto SO2 se libera, como mximo, por cada kg de combustible incinerado con esta concentracin.R: 1059 mg partculas/Nm3 gas b) 81,11% c)1049 ppm SO2 20,4 g SO2/kg combustible

8) Una industria emite 2000 Nm3 /h de gases con un contenido de 1000 mg/ Nm3 de SO2 y de 400 mg/ Nm3 en una mezcla de CO y etano. Calcule:a) Cantidad diaria mnima de caliza del 80% en CaCO3 que habra que aadir a la caldera de combustin si deseramos eliminar el 90% de las emisiones de SO2 en forma de SO4Ca.b) Qu cantidad de H2SO4 expresada en moles se producir diariamente si el 70% del SO2 emitido durante la misma se transforma en este acido?c) Si se considera lluvia acida la de pH 4,5 Cul es la concentracin de H2SO4 capaz de originar este pH? Cuntos litros de lluvia se convertirn en lluvia acida con el H2SO4 producido en (b)? pH Lluvia = 7R: a) 84,39 kg caliza (80%)/da b) 52,44 moles H2SO4/da c) 3319 m3/da

9) Un laboratorio que tiene las siguientes dimensiones: 10 m de largo, 5 m de ancho y 3 m de altura, tiene en su interior 7 botellas de nitrgeno de 25 l de capacidad a una presin de 200 atm. Debido a una fuga en el sistema de interconexin de las botellas, estas se vacan completamente. Calcular el % de oxigeno en el ambiente del laboratorio tras la fuga y verificar si dicho valor supone un riesgo para la salud, sabiendo que el TLV para el oxigeno es del 18% (El valor limite indica en este caso el porcentaje de oxigeno por debajo del cual pueden ocasionar efectos perjudiciales en la salud). Considrese que el laboratorio se encuentra a 1 atm de presin, a 25C de temperatura y que la composicin del aire previo al incidente es de 21% de oxigeno y 79% de nitrgeno.10) Segn la estimacin de factores de emisin de la USEPA (Agencia de proteccin del medio ambiente de EEUU), una coquera de una planta siderrgica emite 1,75 kg de partculas/tonelada de carbn empleado. Para una industria que utiliza 1000 toneladas de carbn al da, calcule:a) Cantidad de partculas generadas en Kg/h.b) Concentracin de partculas, en mg/Nm3 si el volumen total de gases emitidos es de 6,4.106 Nm3/da.c) Cul debe ser el rendimiento mnimo de los sistemas de depuracin que se deben instalar si se permite un mximo de emisin de 100 mg/Nm3?d) Qu cantidad mxima de partculas, expresadas en toneladas, emitir la planta anualmente una vez instalados los sistemas de depuracin necesarios? Comparar con las emisiones en caso de no instalarse sistema alguno de depuracin.

11) Completar el siguiente cuadro, referente a problemas de contaminacin atmosfrica. Se seala la participacin de cada sustancia en los distintos efectos.

NO: No Influye apreciablemente SI: Con influencia

Sustancia EmitidaSmog SecoLluvia AcidaEfecto InvernaderoDeterioro de la capa de ozonoFuente/s Principale/s

CO

NONONONOTransporte

CO2

NO

SINOSITransporte yCombustin Estacionaria

SINOAlgunos

CFCsNOSI

SOxNO

12) Una industria del sector del automvil posee unas calderas que utilizan como combustible fuel-oil, lo que genera una emisin de gases contaminantes que sobrepasa los lmites legales establecidos para el SO2 y las partculas. Indique como planteara la posible depuracin de dichos contaminantes.

13) Completar el siguiente cuadro relacionado con la contaminacin atmosfrica

ContaminanteFuentes de EmisinEfectos sobre el medioambienteMtodos de Tratamiento

Combustin fuentes fijasLluvia Acida

NOxTransportes Combustin fuentes fijas

COVariable

TransporteOxidacin hasta CO2 + H2O (Cataltica o no)

PartculasDificultan paso de luz solar Toxicidad seres vivos

AerosolesCircuitos RefrigeracinReduccin en origen

Efecto Invernadero

Reduccin del uso de combustibles fsiles

CUESTIONES TEORICAS

14) Indique si las siguientes cuestiones son ciertas o falsas y justifique cada respuesta. Si es CIERTA puede realizar algn comentario breve que complete el enunciado. En caso de ser FALSA reformular la oracin, y realizar un comentario para ampliar muy brevemente el tema.

a) Es preciso que la concentracin de ozono en la estratosfera no disminuya, sin embargo en la troposfera es deseable que esta concentracin no aumente.

b) Los oxidantes fotoqumicos son contaminantes primarios que se emiten en la combustin de compuestos carbonados.

c) Los CFCs son compuestos muy estables y sus enlaces se rompen con radiaciones de longitud de onda de la zona del UV.

d) Los llamados gases de invernadero son especies que absorben radiacin de la zona del infrarojo.

e) En el smog fotoquimico participan los denominados oxidantes fotoquimicos, que son unos contaminates secundarios.

f) Reduciendo el contenido de nitrgeno en los combustibles disminuira de forma importante la emisin a la atmosfera de NOx.

g) El ciclo fotoquimico de los NOx se ve alterado por la presencia de hidrocarburos en la atmosfera.

h) Se dice que un contaminante del aire es secundario cuando existe en pequea cantidad.

i) El efecto pernicioso de las particulas en suspensin, sobre la salud, depende fundamentalmente de su composicin, pero no de su tamao.

j) El smog fotoquimico se ve favorecido con condiciones climaticas secas y luminosas. La concentracin de los componente del smog fotoquimico varian a lo largo del dia.

k) La combustin del carbono es una causa de la lluvia acida, cosa que no ocurre de manera apreciable con la combustin de la mayora de los gases naturales, aunque ambas contribuyen al efecto invernadero.

l) Cuanto mayor sea la proporcin aire/combustible empleada en la combustin de un hidrocarburo, menor ser la cantidad de CO emitido, pero podra aumentar la de NOx.

m) Los oxidos de azufre pueden eliminarse precipitndolos como Sulfato de calcio.

n) La eliminacin de partculas puede realizarse mediante cmaras de sedimentacin, ciclones, electrofiltros, filtros de mangas o lavado hmedo.

o) La combustin en dos etapas puede utilizarse para reducir la emision de NOx, en los focos de combustin estacionarios.

p) Las cmaras de sediementacion son un buen mtodo para la eliminacin de partculas finas.

q) Los valores de inmison y emisin siempre son iguales.

r) Las capas de inversin trmica en la troposfera impiden la dispersin vertical de los contaminantes.

s) Las reacciones fotoqumica en la troposfera son fundamentalmente de tipo ionico.

t) Todo el oxigeno contenido en la atmosfera terrestre se encuentra en la forma de molculas diatomicas.

u) Una zona en la que los valores de inmisin estn ligeramente por debajo de los valores gua es una zona con mala calidad de ambiente atmosfrico.

v) La utilizacin de factores de emisin es frecuente para realizar evaluaciones de posibles impactos ambientales.

w) Las fuentes principales de emisin de metano y compuestos organicos voltiles no metanicos a la atmosfera son las mismas.

x) Es tal la importancia del tamao de las partculas que en la actualidad tienden a estimarse por separado las emisiones de partculas grandes y finas.

y) El smog fotoquimico y el smog hmedo se diferencian por la ausencia o no de agua, pero el resto de los componentes son semejantes.

Trabajo Practico : Suelos

Contenidos

1. Procedimientos de muestreo en suelos contaminados1. Determinacion por gravimetra de hidrocarburos en suelos.

Procedimientos de muestreo en suelos contaminados

Si se quiere conocer alguna propiedad del suelo, generalmente se la estima en base al prmoedio de un nuemro determninado de muestras analizadas en el laboratorio. Sin embargo estas propiedades presentan gran variabilidad en el espacio (en superficie y profundidad) y el tiempo, siendo difcil lograr exactitud y representabilidad el los resultados. Por ese motivo, la obtencin de una muestra representativa, se convierte en un punto crucial para lograr confiabilidad en los anlisis de suelos.

Existen tres enfoques bsicos para el muestreo:

Selectivo: consiste en escoger sitios para el muestreo en base a diferencias obvias o tpicas. Tales diferencias se determinan segn la experiencia del muestreador y generalmente incluyen factores tales como la visibilidad del rea de un derrame de qumicos, los cambios en el color del suelo, las reas de perturbacin fsica anterior o las reas sin vegetacin o con vegetacin muerta.

Sistemtico: es un mtodo mediante el cual los puntos de muestreo seleccionados se ubican a distancias uniformes entre s. En los sitios con derrames de qumicos lquidos o con deposicin area de contaminantes, este mtodo es til para documentar probables gradientes de concentracin.

Al azar: el muestreo al azar se basa en la teora de probabilidades y la necesidad de un riguroso anlisis estadstico. El muestreo al azar permite toda combinacin posible de unidades de muestras a seleccionarse y el nmero de combinaciones posibles est slo limitado por el tamao de la muestra.

Una combinacin de muestreo selectivo, sistemtico y al azar es a menudo el enfoque ms factible.

Una vez determinado el enfoque para el muestreo, el siguiente paso consiste en seleccionar las ubicaciones para el muestreo. La seleccin de la exacta ubicacin de cada punto de muestreo es crucial para la obtencin de datos representativos. Por ejemplo, factores tales como la dificultad para colectar una muestra en un punto dado, la presencia de vegetacin o la decoloracin del suelo, podran influir (desviar) un plan de muestreo. Existen diferentes patrones de recorrido dentro de cada rea antes de efectuar la extraccin de muestras.

El nmero de muestras a tomar depender del tamao del lote de muestreo y de la intensidad de uso. Mientras mayor sea el lote, mayor nmero de submuestras sern necesarias. El mnimo puede ser entre 15 - 20 y lo ideal entre 30 - 40 submuestras.

Los dispositivos de muestreo de suelo deben escogerse luego de considerar la profundidad de la muestra a tomarse, las caractersticas del suelo, el contenido de humedad, la textura, etc., y la naturaleza del anlisis de inters (por ejemplo, orgnico o inorgnico, voltil o no voltil). El muestreo de superficie se podr escoger para derrames o contaminacin recientes y para tasas reducidas de migracin de contaminantes. Si los contaminantes han estado en contacto con el suelo por un perodo prolongado de tiempo, podr ser necesario el muestreo a mayores profundidades.

Existen diferentes equipos que permiten realizar la toma de muestras en forma satisfactoria:

Preservacin y almacenamiento de muestras

Las muestras deben colocarse en bolsas plsticas, sellarse hermticamente, y refrigerarse tan pronto como sea posible. La temperatura de refrigeracin deber mantenerse a aproximadamente 4C hasta el anlisis, el mismo que deber realizarse a la brevedad.

Determinacin por gravimetra de hidrocarburos en suelos

Introduccin

En la determinacin de hidrocarburos no se mide una cantidad absoluta de una sustancia especfica, mas bien, se determinan cuantitativamente grupos de sustancias con caractersticas fsicas similares sobre la base de su solubilidad comn en tetracloruro de carbono.

Hidrocarburo es cualquier material recuperado como sustancia soluble en tetracloruro de carbono- Incluye otros materiales extrados por el disolvente (Tales como los compuestos de azufre, ciertos tintes orgnicos, grasas y clorofila) y no volatilizados durante la prueba. Es importante que esta limitacin se entienda con toda claridad. A diferencia de algunos componentes que representan elementos qumicos, iones, compuestos o grupos de compuestos concretos, por el mtodo utilizado para su determinacin se extrae compuestos solubles en tetracloruro de carbono, es decir compuestos no polares en general.

Ningn solvente conocido disolver de forma selectiva hidrocarburos, la eliminacin del solvente tiene como resultado la prdida de hidrocarburos de cadena corta y aromticos sencillos por volatilizacin. En este proceso se pierden cantidades significativas de destilados del petrleo desde la gasolina hasta el aceite combustible. Adems, los residuos ms pesados del petrleo pueden contener una porcin significativa de los materiales que no son extrables con el disolvente.El mtodo gravimtrico presentado aqu es adecuado para los lpidos biolgicos y los hidrocarburos minerales, aunque la complejidad de la muestra puede dar resultados bajos o altos debido a la ausencia de especificidad analtica. El mtodo no es aplicable para medir fracciones de bajo punto de ebullicin que volatilizan a temperaturas por debajo de 80 C.Instrumental y Reactivos Aparato de Extraccin: Soxhlet Dedal de Extraccin: Papel Bomba de Vacio Evaporador Rotatorio Equipo de Filtracin al vacio Balanza Mortero Desecador Sulfato de Magnesio monohidratado: Preprese MgSO4 H2O secando durante una noche una capa fina en un horno a 150 C . El sulfato de magnesio monohidratado es capaz de combinarse con el 75% de su propio peso en agua para formar la sal heptahidratada. Tetracloruro de Carbono: Verificar que al evaporar no deje residuo, caso contrario destilar. Gel de slice malla de 100 a 200. Secar a 110C durante 24 horas.

Procedimiento

Para la toma de muestras de suelo contaminado con hidrocarburos, tmese todas las precauciones para obtener una muestra lo ms representativa posible. Tambin tiene que realizarse a distintas profundidades para tener un perfil del grado de penetracin del contaminante.

Todos los anlisis deben ser realizados por triplicado y con un blanco. Para realizar el blanco se debe tomar un suelo del cual se tenga la seguridad que no ha sufrido ninguna contaminacin con hidrocarburos.

Pese 250g de la muestra obtenida, colquela en un mortero y triture hasta consistencia de polvo y luego introducir en un cartucho de papel de filtro adaptable al aparato de soxhlet que se va a utilizar.

Coloque Cl4C suficiente como para extraer, (aproximadamente ms de la mitad del baln del aparato de soxhlet). Extraer a una velocidad de 20 ciclos/hora durante 4 horas. Si en el matraz de condensacin hay alguna turbidez o materia prendida, elimnese filtrando a travs de un algodn libre de grasa en otro baln por lo menos 3 veces.

Al extracto obtenido agregar 3 g de gel de slice, agitando por lo menos 5 minutos. El gel de slice tiene la capacidad de adsorber los materiales polares. Si se mezcla una solucin de hidrocarburos y materiales grasos en Cl4C con gel de slice, los cidos grasos son extrados de forma selectiva de la solucin. Los materiales no eliminados por adsorcin con gel de slice son considerados hidrocarburos en esta determinacin. Los hidrocarburos ms polares, tales como compuestos aromticos complejos y los derivados de cloro, azufre y nitrgeno pueden ser adsorbidos por el gel de slice.

Filtrar al vacio y colocar la solucin en un baln previamente pesado. Evaporar en rotavap a sequedad, manteniendo el bao mara a 70C durante 15 minutos. Enfrese en un desecador durante 30 minutos y pese.

Para el blanco debe realizarse el mismo procedimiento.