1 FASE 3 – CONTAMINACION DEL AIRE Presentado por: HERNAN DARIO MARIN COD: 3203227 ERIKA YULIETH LOPEZ COD: 1007631457
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FASE 3 – CONTAMINACION DEL AIRE
Presentado por: HERNAN DARIO MARIN COD: 3203227 ERIKA YULIETH LOPEZ COD: 1007631457
GRUPO: 401549_81
TUTOR JULY ALEXANDRA HERNANDEZ
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD GARAGOA, 25 DE NOVIEMBRE DE 2018
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1. A partir de la industria identificada en la actividad de la Fase 1, realice una lista de aquello que conoce sobre la contaminación que genera la industria al componente aire. HERNAN DARIO MARIN -
Departamento: Boyacá. Sector Industrial: Agrícola, ganadera y acuicultura Industria: Agricultura -ganadera
Contaminación del aire Se denomina efecto boina, al efecto provocado por el aire contaminado. Este fenómeno se produce por la inversión térmica: las altas presiones forman una tapadera, de forma que el aire frío se queda en las capas bajas, bloqueado por la capa superior que está a mayor temperatura. Hay un riesgo muy alto de padecer una infección viral, ya que el dióxido de nitrógeno (NO2) produce irritaciones en la piel o mucosas del cuerpo humano. La irritación de los tejidos pulmonares y las mucosas es provocada por el ozono troposférico, causante también de dolores de cabeza y pecho, entre otras dolencias y afecciones Efectos en la agricultura por la contaminación del aire La contaminación del aire puede afectar a la agricultura y ocasionar daños en los campos. Las plantas tienen una especial sensibilidad a la mayor parte de los contaminantes que se encuentran suspendidos en el aire. Por ejemplo, el dióxido de azufre provoca la aparición de manchas por las gotas de ácido que quedan depositadas con el rocío o la niebla sobre las hojas. La ganadería y la agricultura son factores que favorecen la contaminación del aire, de hecho, suponen la fuente principal de emisiones de amoniaco. El 40% de estas emisiones son originadas por el ganado, los fertilizantes y la combustión de la biomasa. La quema deliberada de vegetación forestal para la deforestación, también es responsable de dicha contaminación. Lluvia ácida Se produce por la gran cantidad de compuestos químicos liberados por las fábricas, viviendas o automóviles, que se quedan en suspensión en el aire, que los arrastra por el agua de lluvia, la niebla o la nieve. El amoniaco es un gran causante de esta lluvia ácida que acidifica el suelo, precipita en los árboles, y perjudica la biodiversidad. Tanto en los países desarrollados como en aquellos países que se encuentran en vías de desarrollo, las emisiones de amoniaco procedentes de la agricultura y la ganadería seguirán aumentando. Las perspectivas suponen un aumento del 60% en las emisiones de amoniaco, procedentes de los excrementos de los animales
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ERIKA YULIETH LOPEZ
HERNAN DARIO MARIN
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Monóxido de carbono
Hidrocarburos no Hidrocarburos quemados
Combustión sistemas de calefacción
Aerosol polvo y olores
Emisiones por tubos de escape
Emisiones
Partículas
Terremotos
Ruido
Las partículas
Incendios forestales
Combustión de automóviles
Uso de productos químicos Chimeneas industriales
ACTIVIDADES HOMBRE
Desechos
Adición de sustancias
CONTAMINACIÓN ATMOSFERA Termoeléctricas Relleno sanitario
Armas nucleares
Transporte
Quema de combustibles fósiles
Quemas controladas
Gases de la actividad volcánica
PROCESOS NATURALES
Aplicación químicos
Quemas controladas
Partículas de caucho
Consumo tabaco Combustión química
Lluvia acida
PRODUCTOS LACTEOS
ACTIVIDADES ANTROPICAS
TRANSPORTE
ACTIVIDADES DOMESTICAS
ACTIVIDADES INDUSTRIALES
ACTIVIDADES ECÓNOMICAS
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ERIKA YULIETH LOPEZ
HERNAN DARIO MARIN
6 CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
JUICIO CATEGORICO
JUICIO CONTEXTUAL
Impactos negativos generados
Estado actual de la atmosfera
Contaminación generada por causa de quema de combustibles fósiles por el parque automotor y sector doméstico además de la contaminación generada por actividades industriales y domesticas
JUICIO INSTRUMENTAL
Por distintas formas de Energía
Contaminación Acústica
Métodos para llegar al estado deseado
Por sustancias contaminantes
Contaminación Luminosa
Daños a la capa de ozono Efecto invernadero Lluvia Ácida
Efectos Globales
Sistema a implementar para realizar monitoreo y control. Contaminación por material particulado. Precipitadores electrostáticos.
Efectos locales Smog y nieblas tóxicas, MP
Generación NO, CO, hidrocarburos
Contaminación por SO2, SO3 H2SO4
Contaminación por emisiones gaseosas. Incinerador térmico. Contaminación por fuentes móviles. Convertidor catalítico-gasolina. Sistema de reducción con catálisis selectiva –SCR – diésel.
Estado deseado
Descontaminación capa terrestre y litosfera
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Estudiante N° 1 1 a
Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil. TIPO DE CARACTERÍSTICAS Y EJEMPLOS FUENTE Fuente fija Es la fuente de emisión situada en un lugar determinado e inamovible, aun cuando la descarga de contaminantes se produzca en forma dispersa. Los cuales pueden ser humos, gases, vapores, polvos o partículas, provenientes del proceso de producción, de la actividad misma, de la incineración de residuos, o de la operación de hornos o calderas. Ejemplos: La quema industrial o comercial de combustibles fósiles Fuente fija Corresponde aquellas fuentes que se derivan de la puntual generación de energía eléctrica y de actividades industriales, Las emisiones derivadas de la combustión utilizada para la generación de energía o vapor, dependen de la calidad de los combustibles y de la eficiencia de los quemadores, mantenimiento del equipo y de la presencia de equipo de control al final del proceso, Los principales contaminantes asociados a la combustión son partículas SO2, NOx, CO2, CO e hidrocarburos. Ejemplos: la química, textil, alimentaria, maderera, metalúrgica, metálica, manufacturera y procesadora de productos vegetales y animales, entre otras Fuente fija Este tipo de fuente corresponde a aquélla en que los focos de dispersa emisión de una fuente fija se dispersan en un área, por razón del desplazamiento de la acción causante de la emisión. Ejemplos: Tenemos como en el caso de las quemas abiertas controladas en zonas rurales. Fuente Dentro de esta fuente se encuentran las emisiones natural producidas por volcanes, océanos, plantas, suspensión de suelos, emisiones por digestión anaerobia y aerobia de sistemas naturales estas son denominadas emisiones biogénicas las cueles incluyen óxido de nitrógeno, hidrocarburos no metanogénicos, metano, dióxido y monóxido de carbono y compuestos nitrogenados y azufrados Ejemplos: Emisión de suelos (El óxido nitroso (N2O) es producido naturalmente en los suelos como parte de los procesos de desnitrificación). Son todas aquellas fuentes que por su operación generan emisiones contaminantes a la atmosfera, Los motores de los vehículos son los responsables de las emisiones de CO, de
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1 b
compuestos orgánicos volátiles, SO2, y NOx, producidos Fuente durante la combustión. móvil Ejemplos: en este grupo de encuentran los aviones, helicópteros, ferrocarriles, tranvías, tractocamiones, autobuses, camiones, automóviles, motocicletas, embarcaciones, equipo y maquinarias no fijas con motores de combustión y similares. Establezca la diferencia entre las concentraciones deseables del ozono en la estratosfera y en la troposfera. CONDICIONES DESEABLES DEL OZONO EN LA ESTRATOSFERA
CONDICIONES DESEABLES DEL OZONO EN LA TROPOSFERA
La estratosfera se encuentra ubicada después de la capa terminal de la troposfera, que se extiende desde los 12 km hasta los 50 km, donde el ozono interviene a través de reacciones fotoquímicas, el ozono absorbe radiación ultravioleta de longitudes de onda entre 200 y 290 nm.
El ozono que se encuentra en la troposfera entre superficie y los 18 km de altitud para las zonas ecuatoriales, es el principal contaminante fotoquímico, se origina en las áreas urbanas por varias fuentes de emisión, como los automóviles y la industria. Es causante de muchos problemas, porque este gas reacciona fuertemente para destruir o alterar otras moléculas y actúa como un contaminante tóxico para la salud humana. El Ozono troposférico fluctúa entre 18 y 34 U.D, en las menores concentraciones, las cuales varían entre 18 y 26 U.D. En se observa que las mayores concentraciones se presentan en el oriente de país, mientras que las menores se localizan sobre el agua marítima del océano Pacífico.
Las cantidades torales del ozono atmosférico sobre cualquier punto del planeta en unidades Dobson (UD). Esta unidad es igual a una capa de ozono puro con espesor de 0,001 mm a una presión de 1 atm y temperatura de 273 K. En términos generales, las cantidades totales de ozono son de hasta 450 UD en las regiones polares, 350 UD en las templadas y de 250 UD en las ecuatoriales 1 c
Determine la alcalinidad y el pH en una muestra de agua que tiene una presión parcial de CO2 de 3.6x10-4 atm, considerando que KH a condiciones ideales de temperatura es de 29.6 atm/mol.L y la constante de disociación del agua (Kw) es de 10-14.
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CO2(g) + H2O ↔ CO2 (ac) + H2O CO2(g) + H2O ↔ H+ + HCO3H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
calculo de alcalinidad
KH =
[𝐻2𝐶𝑂3] 𝑃𝐶𝑂2
𝑎𝑡𝑚
= (29,6 𝑚𝑜𝑙∗𝐿 ∗ 3.6𝑥10 − 4) = [𝐻2𝐶𝑂3]
[𝐻2𝐶𝑂3] = 0,01065 = H + + HCO3 −
Kw = [H+] * [OH-]
[𝑂𝐻] =
10−4 = 9.389 ∗ 10−14 0.01065
POH = - log (9.389 𝑥 10−14 ) = 13.02 de Alcalinidad
pH= 14-13,02 = 0,972 1 d
Una industria productora de ácido sulfúrico (H2SO4) que emplea Diesel para su funcionamiento maquinarias; contamina con óxidos de azufre, cuyo contenido de azufre corresponde al 1.0% y el volumen empleado al día es de 525Kg. Calcule la concentración de SO2 presente en los gases emitidos, asumiendo que la emisión generada corresponde a 2.0 Nm3 por Kg de combustible empleado. Exprese la respuesta en Nm3 (trabaje a condiciones normales de temperatura y presión. 2SO2 + O2 → 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4
% = 2,0 Nm3 * Kg / (525 Kg) = 3,80x10-3 Nm3
Asumiendo que la emisión generada corresponde a 2.0 Nm 3 por Kg de combustible empleado, tenemos que la concentración de SO2 corresponde a 3,80x10-3 Nm3
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Estudiante N° 2 2 a
Explique la dinámica de cada uno de los denominados gases invernadero. Los gases de efecto invernadero (GEI) o gases de invernadero son los componentes gaseosos de la atmósfera, tanto naturales como antropógenos, que absorben y emiten radiación en determinadas longitudes de onda del espectro de radiación infrarroja emitido por la superficie de la Tierra, la atmósfera y las nubes. GEI Directos: Son gases que contribuyen al efecto invernadero tal como son emitidos a la atmósfera. En este grupo se encuentran: el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso y los compuestos halogenados. GEI Indirectos: Son precursores de ozono troposférico, además de contaminantes del aire ambiente de carácter local y en la atmósfera se transforman a gases de efecto invernadero directo. En este grupo se encuentran: los óxidos de nitrógeno, los compuestos orgánicos volátiles diferentes del metano y el monóxido de carbono. GEI DIRECTOS 1. DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) El dióxido de carbono es uno de los gases traza más comunes e importantes en el sistema atmósfera-océano-Tierra, es el más importante GEI asociado a actividades humanas y el segundo gas más importante en el calentamiento global después del vapor de agua. Este gas tiene fuentes antropogénicas y naturales. Dentro del ciclo natural del carbono, el CO2 juega un rol principal en un gran número de procesos biológicos. En relación a las actividades humanas el CO2 se emite principalmente, por el consumo de combustibles fósiles (carbón, gas natural, petróleo y sus derivados) y leña para generar energía, por la tala y quema de bosques y por algunos procesos industriales como la fabricación del cemento. Las mayores concentraciones de CO2 se presentan en el hemisferio norte, donde se encuentra la totalidad de los países industrializados responsables exclusivos del aumento de la concentración de la mayoría de los gases de GEI que se han ido acumulando en la atmósfera desde la revolución industrial. 2. METANO (CH4) El metano juega un papel importante en la determinación de la capacidad de oxidación de la troposfera.
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El metano es removido de la atmósfera por reacción con radicales hidroxilos (OH) convirtiéndose finalmente en CO2. La fuente más importante de metano es la descomposición de materia orgánica en sistemas biológicos: 1. Las actividades agrícolas relacionadas con: a) fermentación entérica como consecuencia del proceso digestivo de los herbívoros; b) descomposición en condiciones anaerobias (sin oxígeno) del estiércol generado por especies pecuarias; c) cultivos de arroz bajo riego y d) quemas de sabanas y residuos agrícolas. 2. Disposición de residuos sólidos. 3. El tratamiento anaerobio de aguas residuales domésticas e industriales. Otra fuente importante de metano está relacionada con la producción y distribución de gas natural y petróleo y en la explotación de carbón mineral. El efecto de las emisiones de metano por fermentación intestinal de los rumiantes es bastante grande a nivel global y se estima que esta fuente produce hasta el 37% del metano presente en la atmósfera. El desfogue del intestino de una vaca es tan perjudicial para el medio ambiente. La producción de metano depende de la temperatura en el equipo. En las fuentes de combustión más pequeñas las velocidades de emisión son más grandes particularmente cuando ocurre fuego lento sin llama (smouldering). Las velocidades más altas de emisiones de metano ocurren en aplicaciones residenciales (pequeñas estufas y quemas a cielo abierto).
3. OXIDO NITROSO (N2O) El óxido nitroso, cuyas fuentes son de carácter natural y antropogénico, contribuye con cerca del 6% del forzamiento del efecto invernadero. Sus fuentes incluyen los océanos, la quema de combustibles fósiles y biomasa y la agricultura. El óxido nitroso es inerte en la troposfera. Su principal sumidero es a través de las reacciones fotoquímicas en la estratosfera que afectan la abundancia de ozono estratosférico. La fuente más importante de óxido nitroso son las emisiones generadas por suelos agrícolas y en menor grado por el consumo de combustibles fósiles para generar energía y las emitidas por descomposición de proteínas de aguas residuales domésticas.
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Las emisiones de óxido nitroso generadas por los suelos agrícolas se deben principalmente al proceso microbiológico de la nitrificación y desnitrificación del suelo. Se pueden distinguir tres tipos de emisiones: las directas desde el suelo, las directas de óxido nitroso del suelo debido a la producción animal (pastoreo) y las indirectas generadas por el uso de fertilizantes. El óxido nitroso es producido por diferentes procesos de reducción catalítica. Las emisiones desde vehículos hasta ahora se están estudiando con detalle y son bajas respecto al total de emisiones antropogénicas y pueden ser relativamente más altas cuando se utilizan controles de emisión (especialmente catalíticos). Otras fuentes de N2O de menor importancia son: la producción de ácido nítrico y adípico (nylon), tratamiento de aguas residuales y quema de residuos y biomasa. 4. COMPUESTOS HALOGENADOS Los halocarbonos tienen efectos sobre los forzamientos radiactivos tanto directos como indirectos. Los clorofluorocarbonos (CFCs), los cuales incluyen el CFC 11 (CFC3) y el CFC12 (CF2Cl2) son una familia de compuestos que no existen naturalmente en el ambiente, los CFCs han sido utilizados como gases refrigerantes, como solventes en aplicaciones industriales y en la limpieza en seco y como propulsor en los recipientes de aerosoles. Otros compuestos que contienen cloro incluyen los hidroclorofluorocarbonos (HCFCs), el metil cloroformo y el tetracloruro de carbono, mientras que entre los compuestos que contienen bromo están los halones, el bromuro de metilo y los hidrobromofluorocarbonos (HBFCs). Estos compuestos halogenados son poco reactivos en la troposfera, pero en la estratosfera pierden los átomos de cloro y bromo (a través de procesos fotoquímicos) y posteriormente destruyen catalíticamente el ozono. Estos compuestos también contribuyen al forzamiento del efecto invernadero. A pesar de que entre los CFCs y los HCFCs se incluyen gases con altos potenciales de calentamiento global, su forzamiento radiactivo neto es reducido debido a que ellos destruyen el ozono estratosférico el cual es un importante GEI. Los Hidrofluorocarbonos (HFCs), perfluorocarbonos (PFCs) y el hexafluoruro de azufre (SF6) no destruyen la capa de ozono, sin embargo, estos son poderosos GEIs. Los CFC, HCFC, HFC y los perfluorocarbonos (PFC, compuestos que solo tienen átomos de carbono y flúor y están caracterizados por tener una alta estabilidad, baja toxicidad y un Potencial de Agotamiento de Ozono-ODP de cero) son buenos absorbentes de radiación infrarroja, en parte, porque muchos de ellos absorben
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energía en la región de longitudes de onda donde la energía no es absorbida por el dióxido de carbono ni el vapor de agua, 5. OZONO TROPOSFERICO El ozono está presente en la estratosfera superior, donde protege la Tierra de niveles perjudiciales de radiación ultravioleta y en concentraciones más bajas en la troposfera, donde es el componente principal del smog fotoquímico antropogénico. El aumento en las concentraciones de ozono troposférico, que también es un GEI, se estima que proporcionará el tercer aumento más grande en el forzamiento radiactivo directo positivo desde la era preindustrial, detrás del CO2 y el CH4. El ozono troposférico es producido a partir de reacciones químicas complejas de compuestos orgánicos volátiles que se mezclan con óxidos de nitrógeno (NOx) en presencia de luz solar. 6. VAPOR DE AGUA El vapor de agua sigue siendo el GEI más abundante en la atmósfera y las nubes son una parte importante del invernadero planetario de la Tierra; las nubes pueden provocar el mismo efecto que los demás GEI: calientan el planeta atrapando el calor que se encuentra debajo de ellas. A diferencia de los gases de invernadero, sin embargo, las nubes que reflejan los rayos solares también poseen una influencia refrigerante. Además, la temperatura del aire, que se ve afectada por las nubes, a su vez afecta la formación de las propias nubes.
Las actividades humanas no están afectando directamente la concentración media global del vapor del agua; sin embargo, el forzamiento radiactivo producido por el incremento en las concentraciones de otros GEIs puede afectar indirectamente el ciclo hidrológico. Una atmósfera más caliente tiende a incrementar su contenido de vapor de agua lo cual afectará la formación de nubes. En general, las nubes bajas y espesas reflejan la luz solar nuevamente hacia el espacio enfriando el planeta. Por otro lado, las delgadas nubes que se desplazan en lo alto forman una escasa sombra y debido a que son frías en sí mismas, atrapan el calor que irradia el planeta ubicado allá abajo. La temperatura del aire que se encuentra cerca del suelo, en efecto podría aumentar.
GEI INDIRECTOS 1. MONÓXIDO DE CARBONO (CO) En la troposfera, el monóxido de carbono es frecuentemente el principal sumidero de radicales hidroxilos (OH). Es un componente de la amplia variedad de reacciones que oxidan el carbón, nitrógeno y azufre reducido contenido en gases
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traza. Aunque el CO por sí mismo no contribuye directamente al efecto invernadero, a causa de su influencia sobre los radicales OH, el CO tiene la importancia climatológica ya que su cantidad afecta indirectamente la formación de otros GEI tales como el metano y el ozono troposférico. Este es un GEI indirecto creado cuando el carbono contenido en los combustibles es quemado incompletamente y posteriormente es oxidado a CO 2 a través de procesos naturales. La mayoría de las emisiones de CO de la combustión de combustibles proviene de los automotores. Otro gran contribuyente es el sector residencial desde pequeños equipos de combustión. El CO es un producto intermedio de los procesos de combustión y en particular bajo condiciones estequiométricas de combustión. Las emisiones de CO desde fuentes móviles son una función de la eficiencia de la combustión, así como los controles de emisión post combustión. Las emisiones son más altas cuando las mezclas aire-combustible contienen menos oxígeno que el requerido para una combustión completa. Esto ocurre especialmente en velocidades bajas y en condiciones de arranque en frío.
2. COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES DIFERENTES AL METANO (COVDM) Estos son GEI indirectos e incluye gases como el butano, propano y etano. Estos compuestos participan, junto a los NOx, en la formación de ozono troposférico y otros oxidantes fotoquímicos. La mayoría de las emisiones de COVDM de la combustión de combustibles proviene de los automotores. Otro gran contribuyente es el sector residencial (especialmente desde la combustión de biomasa) y los procesos industriales. Las emisiones de COVDM (ej. olefinas, cetonas y aldehídos) son el producto de la combustión incompleta. Ellos son directamente influenciados por patrones de uso, tipo y tamaño del equipo, mantenimiento y tecnología de la operación. Las velocidades de emisión pueden variar varios órdenes de magnitud para equipos que son pobremente operados o inapropiadamente mantenidos, tal como puede ser el caso de equipos viejos. 2 b
En la tropósfera uno de los procesos más importantes es la oxidación, respecto a éste indique la especie química clave para iniciar el proceso y los resultados globales de la combinación del oxígeno con el CO, los óxidos de nitrógeno, el dióxido de azufre y el metano. En relación con la química de la fase gaseosa en la troposfera, uno de los procesos generales más importantes es la oxidación, en la cual participa el oxígeno.
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Los resultados globales de la combinación del oxígeno con sustancias comúnmente existentes en la atmósfera, como son el monóxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre, se presentan a continuación: CO
CO2
NO, NO2 SO2
HNO3 H2SO4
Para los hidrocarburos el proceso general es similar a la combustión, aunque pueden formarse diversas especies químicas intermedias. Ej. del proceso global: CH4
HCHO
CO
En todos los casos anteriores se dan mecanismos de reacción en los cuales la especie química clave para iniciar el proceso es el radical libre hidroxilo y posteriormente participan otros radicales libres. 2 c
El sector agrícola del área metropolitana de la Zona Oriente del país quema al día 152 toneladas de residuos, generando emisiones de 5550 Nm 3/hora con contenido de carbono (80%), azufre (5%) y cromo (0.1%). Calcule la cantidad de dióxido de azufre (SO2) presente en la emisión. Carbono (80%) Azufre (5%) Cromo (0.1%). = 85,1%
100% − 85,1% = 14.9% 5550 𝑥
𝑁𝑚3 ∗14,9% ℎ
5550
100%
SO2 = 826,9 2 d
= 826,9
𝑁𝑚3 → 100% ℎ → 14,9%
𝑁𝑚3 ℎ
𝑁𝑚3 ℎ
Calcule la longitud de onda (λ) máxima que necesita un fotón para disociar el enlace N2. Exprese la respuesta en nanómetros. Solución:
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𝑁2(𝑔) → 2𝑁(𝑔)
∆𝐻 = 225
∆𝐻 = +225𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙
𝑘𝑐𝑎𝑙 1 4.184𝐽 ∗ ∗ = 1.563 ∗ 10−18 𝐽 23 −1 𝑚𝑜𝑙 6.022 ∗ 10 𝑚𝑜𝑙 1𝑐𝑎𝑙
Lo que corresponde con la energía de un fotón capaz de producir la reacción: 𝑐 ℎ𝑐 ∆𝐻 = ℎ𝑣 = ℎ → 𝜆 = 𝜆 ∆𝐻
=
6.626∗10−34 𝐽𝑠∗2.998∗108 𝑚/𝑠 1.563∗10−18 𝐽
= 1.271 ∗ 10−7 𝑚 = 127,1𝑛𝑚
Estudiante N° 3 3 a
Suponga que usted trabaja en un laboratorio y las medidas del lugar de trabajo son de 16m (largo), 11m (ancho) y 4.2 m (altura), en donde la composición del aire corresponde a 60% de nitrógeno y 40% de oxígeno. En el laboratorio se encuentran tres frascos de 50 mL con nitrógeno y se presenta una fuga (de los tres frascos) a una presión de 200 Bar. Calcule si esa situación de emergencia puede generar algún tipo de efecto. Tenga en cuenta que el valor límite umbral es del 20%. 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑟 𝑒𝑠𝑡𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑙𝑒𝑚𝑎 𝑠𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 − 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛, 𝑐𝑢𝑦𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒: %𝑣/𝑣 = 𝑉𝑠/𝑉 ∗ 100% 𝐿𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑠𝑜𝑛: 𝑉 = 16 ∗ 11 ∗ 4.2 = 739.2 𝑚³ = 739200 𝐿 𝑉𝑠 = 0.4 ∗ 739200 = 295680 𝐿 𝑆𝑖 𝑠𝑒 𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑛 3 𝑓𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜𝑠 𝑑𝑒 50 𝑚𝐿, 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑠: 𝑉2 = 50 ∗ 3 = 150 𝑚𝐿 = 0.15 𝐿 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑛𝑢𝑒𝑣𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠: %𝑣/𝑣 = 295680/(739200 + 0.15) ∗ 100% %𝑣/𝑣 = 39.999 % 𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑛𝑜 ℎ𝑎𝑦 𝑟𝑖𝑒𝑠𝑔𝑜.
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3 b
A partir del ciclo del oxígeno atmosférico, explique la participación de esta especie química en intercambios entre la hidrósfera, la litósfera y la atmósfera. Atmósfera El O2 le confiere un carácter oxidante a la atmósfera. Se formó por fotólisis de H2O, formándose H2 y O2 : H2O + hν → 1/2 O22 El oxígeno molecular presente en la atmósfera y el disuelto en el agua interviene en muchas reacciones de los seres vivos. En la respiración celular se reduce dioxígeno para la producción de energía generándose dióxido de carbono, y en el proceso de fotosíntesis se origina oxígeno y glucosa a partir de agua, dióxido de carbono (CO2) y radiación solar. Hidrósfera y atmósfera El oxígeno es ligeramente soluble en agua, disminuyendo su solubilidad con la temperatura. Condiciona las propiedades rédox de los sistemas acuáticos. Oxida materia orgánica dando el dióxido de carbono y agua. El dióxido de carbono es ligeramente soluble en agua dando carbonatos; condiciona las propiedades ácido-base de los sistemas acuáticos. Una parte importante del dióxido de carbono atmosférico es captado por los océanos quedando en los fondos marinos como carbonato de calcio. Por eso los campos gravitatorios son la única protección que tenemos.
3 c
Calcule la concentración molar del aire atmosférico bajo condiciones ideales. Exprese su respuesta en concentración molar (M) y en moléculas por centímetros cúbicos (moléculas/cm3).
𝐸𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒 𝑢𝑛 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑖𝑜 𝑒𝑥𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑙𝑒𝑦 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 ( 𝐿𝑒𝑦 𝑑𝑒 𝐴𝑣𝑜𝑔𝑎𝑑𝑟𝑜) 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑔𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎 22.4 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 (𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑦 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙). 𝑃𝑜𝑟 𝑜𝑡𝑟𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒, ℎ𝑎𝑦𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒, 𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑙 𝑂𝑥í𝑔𝑒𝑛𝑜 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒 𝑎𝑙 21%, 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠, 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑞𝑢𝑒 𝑡𝑜𝑚𝑎𝑟 𝑒𝑛 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑡𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑙 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 𝑝𝑜𝑠𝑒𝑒 𝑢𝑛𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 78% ℎ𝑎𝑦: 𝑂𝑥í𝑔𝑒𝑛𝑜 1 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 … … … . 100% 𝑋 . … … … 21 % 𝑥 = 0,21 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑂𝑥𝑖𝑔𝑒𝑛𝑜. 𝑙𝑜 𝑙𝑙𝑒𝑣𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 1 𝑚𝑜𝑙 … … … . 22,4 𝑥 … … … . 0,21 𝑙 𝑥 = 0.009375 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 ℎ𝑎𝑦 0.009375 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑜𝑥𝑖𝑔𝑒𝑛𝑜 𝑒𝑛 1 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒, 𝑦 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑙𝑒𝑣𝑎𝑟𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑎 𝑐𝑐 𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑖𝑚𝑜𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒
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1000 (𝑝𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒 1 𝐿𝑡 = 1000 𝑐𝑐) 0,009375 / 1000 = 0,000009375 = 9,375 𝑥 10⁶ 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑜𝑥í𝑔𝑒𝑛𝑜 / 𝑐𝑐 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑒𝑙 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑜 𝑟𝑎𝑧𝑜𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜: 1 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 . . . . . . . . . . 100% 𝑋
. . . . . . . . . . . 78 %
𝑋 = 0,78 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜.
𝑄𝑢𝑒 𝑠𝑖 𝑙𝑜 𝑝𝑎𝑠𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑠 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎 1 𝑚𝑜𝑙. . . . . . . . . . . . . . 22.4 𝑙 𝑋 . . . . . . . . . . . . . . 0.78 𝑙 𝑋 = 0.0348 𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 ℎ𝑎𝑦 0.0348 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 𝑒𝑛 1 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 0,0000348 = 3,48 𝑥 10⁵ 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 / 𝑐𝑐
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠, 𝑠𝑖𝑚𝑝𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑞𝑢𝑒 1 𝑚𝑜𝑙 = 𝑁° 𝑑𝑒 𝐴𝑣𝑜𝑔𝑎𝑑𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠, 𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 6,022 𝑥 10²³, 𝑑𝑒𝑐𝑖𝑚𝑜𝑠:
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑂𝑥í𝑔𝑒𝑛𝑜: 1 𝑚𝑜𝑙 ………….. 0.009375 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑋
6,022 𝑥 10²³ 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎
𝑋 = ( 0,009375 𝑥 6,022 𝑥 10²³) / 1 = 0,0565 𝑥 10²³ 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 0,0565 𝑥 10²³ 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑂𝑥í𝑔𝑒𝑛𝑜 /𝐿𝑡 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒.
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑁𝑖𝑡𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜: 1 𝑚𝑜𝑙 … … … … . . 0.0348 𝑚𝑜𝑙
6,022 𝑥 10²³ 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠
…….. 𝑋
𝑋 = ( 0,0348 𝑥 6,022 𝑥 10²³) / 1 = 0,210 𝑥 10²³
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3 d
Cite tres ejemplos de compuestos pertenecientes al grupo denominado Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) y explique la diferencia entre las reacciones de oxidación que experimentan en el día y en la noche. Ejemplos son el formaldehído, clorobenceno, disolventes como tolueno, xileno, acetona,), el principal disolvente usado en la industria de lavado en seco. Muchos compuestos orgánicos volátiles son peligrosos contaminantes del aire Y Contribuyen a la formación del smog fotoquímico al reaccionar con otros contaminantes atmosféricos (como óxidos de nitrógeno) y con la luz solar.(en el día y la noche)Se da principalmente en áreas urbanas, dando lugar a atmósferas ricas en ozono de un color marrón. Reduciendo la emisión de estos compuestos orgánicos volátiles y de los óxidos de nitrógeno se conseguiría evitar la formación del smog Estudiante 4.
4 a
Explique las similitudes y diferencias entre el efecto invernadero y el efecto invernadero intensificado. SIMILITUDES: Empezaremos por decir que en los dos escenarios los GEI se hacen presentes y absorben la radiación térmica emitida por la superficie del planeta y esta a su vez es trasmitida o direccionada a toda la tierra. Los dos gases son esenciales para la vida en nuestro planeta ya que sin ellos no sería posible la mantener una temperatura que permita la supervivencia de los seres vivos y organismo que integran el planeta. DIFERENCIAS: Los GEI son esenciales para la vida, pero los GEI intensificados provocan aumento de la temperatura del planeta, sequias de las fuentes hídricas, aumento de inundaciones, días de calor intensos y prolongados, todo esto debido a la alta producción de CO2, Metano y quema de combustibles fósiles.
4 b
Tomando como ejemplo la formación de los ácidos nítrico y sulfúrico, explique la participación de las fases sólida y líquida de la atmósfera en las diferentes reacciones. Los ácidos nítrico y sulfúrico que se forman mediante reacciones en fase gaseosa siguen experimentando cambios, como se absorbidos por las gotas de agua presente, debido a su solubilidad en ella. A su vez estos ácidos pueden reaccionar con partículas sólidas como las de NaCl, de origen marino, con lo cual se convierten en sulfato y/o nitrato de sodio. En la fase acusa se pueden acumular sustancias gaseosas o sólidas y ocurren reacciones químicas que transforman a los elementos presentes.
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4 c
Calcule la concentración de SO2 de una planta productora de energía que funciona 24 horas al día, siete días a la semana y que genera 175 μg/m 3 emisiones de SO2/d a una temperatura promedio de 277K. En la reacción: S + O2 → SO2 La cantidad de SO2 emitidas 175 μg/m3 ------ 0,000175gr/m3 PV =nRT w/ v = 1 at x 64gr/mol / 0,08205 at l/k-mol-gr x 277K w/v = 2,81 gr/l 0,000175 gr/m3 x 1 /2,81gr/l x 1molSO2 /día x 1m3/1000l = 6,2 x10-8molSO2/día
4 d
Calcule el porcentaje de monóxido de carbono (CO) generado por el consumo de cigarrillo de una población de 7050 habitantes, de los cuales 952 en promedio consumen un cigarrillo al día. Tenga en cuenta que la concentración del CO se da en volumen (cm3) por m3 de aire. Haga una relación con el número de habitantes considerados como fumadores activos. Promedio de cigarrillo consumidos por persona en el día: 1𝑐𝑖𝑔𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑔𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑎𝑙 𝑑í𝑎: 952 ∗ 1 = 952 La cantidad de CO producido por el humo del cigarrillo es de 400 ppm. 400𝑚3 400000000𝑐𝑚3 400𝑐𝑚3 400𝑝𝑝𝑚 = = = 1000000𝑚3 1000000𝑚3 𝑚3 1 𝑑𝑖𝑎 400𝑐𝑚3 × = 0,420𝑐𝑚3 /𝑚3 𝑜 𝑝𝑝𝑚 952 𝑐𝑖𝑔𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠 1𝑚3
Estudiante N° 5
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5 a
Si el aire está conformado por 78% de N2, 21% de O2 y 1% de Argón (Ar), calcule las moléculas de cada tipo de gas que están presentes en 1 L de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales). Números de moles en un litro de aire en condiciones normales PV = nRT n= PV/RT n = 1 at x 1 l / 0,08205 at-l/K- mol x 273K n= 0,0446 mol aire En gases la fracción molar es igual a la fracción volumen 0,78 N2(0,0446mol) x 6,022x10-23moleculas de N2/ 1mol = 2,09 x1022 moléculas de N2 0,21 O2(0,0446mol) x 6,022x10-23moleculas de O2/ 1mol = 5,64 x1021 moléculas de O2 0,01 Ar(0,0446mol) x 6,022x10-23moleculas de Ar/ 1mol = 2,68 x1020 moléculas de Ar
5 b
Relacione en un cuadro las capas de la atmósfera en razón a su altura, temperatura y fenómenos más relevantes.
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5 c
Una muestra gaseosa contiene 0.4 moles de Argón (Ar) a una temperatura de 15 °C y a una presión de 488 Torr. Si se caliente la muestra a 59 °C y se aumenta la presión a 838 Torr, determine el cambio de volumen que experimenta la muestra. PV = n RT V= nRT/P V = 0,4 mol x 0,08205 at -l /K mol-g x 288K / 0,64 at V = 14,8 litros P1V1T2 = P2V2T1 V2 = P1V1T2 / P2T1
V2 = 14,8 l x 332K x 0,64at / 1,10 at x 288 K V2 = 9,92 litros
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5 d
Calcule la longitud de onda (λ) y la frecuencia (ν) que necesita un fotón para disociar el enlace NO-O del dióxido de nitrógeno (NO2) e indique la zona del espectro electromagnético en la que se ubicaría. Sabemos que para partículas tan pequeña como un fotón, la longitud de onda viene dada de la siguiente forma en donde se incluye la constante de planck :
λ = (h·c)/E
Por otra parte, la energía de disociación de N₂ tiene un valor estándar de 1.56x10⁻¹⁸ J, por tanto, procedemos a calcular la longitud de onda.
λ = (6.63x10³⁴ J·s ·3x10⁸ m/s) /1.56x10⁻¹⁸ J
λ = 127.5 nm
Por tanto, la longitud de onda es de 127.5 nm.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Decreto 948 de 1995 del 5 de junio. Ministerio del medio ambiente. República de Colombia. Recuperado de: http://www.minambiente.gov.co/images/normativa/app/decretos/54dec_0948_1995.pdf Tiempo, C. (2016). Estiércol de vacas y cerdos da energía a 2.500 viviendas Ciencia - El Tiempo. El Tiempo. Fecha de visita: 9 de septiembre del 2016, recuperado de: http://www.eltiempo.com/estilo-de-vida/ciencia/estiercol-de-vacasy-cerdos-da-energia-a-viviendas/14843555 Contreras, A., & Molero, M. (2006). Ciencia y tecnología del medioambiente (2da. Ed.) Madrid, España. UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action?ppg=1&docID= 3198702&tm=1530139801424 Contaminación de la Industria Láctea, Consultado (Noviembre 06, 2018); Recuperado de: https://www.inti.gob.ar/lacteos/pdf/aspectos.pdf https://www.google.com.co/search?q=contaminacion+de+la+ganderia&oq=conta minacion+de+la+ganderia&aqs=chrome..69i57.7268j0j7&sourceid=chrome&ie=U TF-8# Tiempo, C. (2016). Estiércol de vacas y cerdos da energía a 2.500 viviendas Ciencia - El Tiempo. El Tiempo. Fecha de visita: 9 de septiembre del 2016, recuperado de: http://www.eltiempo.com/estilo-de-vida/ciencia/estiercol-de-vacasy-cerdos-da-energia-a-viviendas/14843555
C. Juan, M. Diana, A Luis, (2005). El gas metano en la producción ganadera y alternativas para medir sus emisiones y aminorar su impacto a nivel ambiental y productivo. Revista colombiana de ciencias pecuarias, Vol. 18:1, 15. Consultado el 13 de septiembre 2016 disponible en: http://www.scielo.org.co/pdf/rccp/v18n1/v18n1a06.pdf
Departamento de Geociencias-Universidad Nacional de Colombia. (s,f de 03 de 2000). LA CAPA DE OZONO: CAUSA Y EFECTOS DE SU DESTRUCCION. Recuperado el 03 de 05 de 2017, de http://ciencias.bogota.unal.edu.co/fileadmin/content/geociencias/revista_meteorol ogia_colombiana/numero01/01_06.pdf