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Unidad 3: Fase 3 - Contaminación del Aire

Estudiantes Eliana Marcela Trujillo Romero_Cod. 1.096.201.686 Henry Duran_Cod. 91.324.750 Verónica Cervera_cod. 1.047.450.610 Néstor Rico Nieto Cód. 72005383

Grupo del curso 401549_21

Presentado a Mg. Marcela Andrea Zambrano

FECHA 20 de noviembre de 2019 1

2

IDENTIFICACIÓN DE CARACTERÍSTICAS DE CONTAMINACIÓN Y EFECTOS QUÍMICOS EN EL AIRE

PASO 1. IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA APORTE INDIVIDUAL a. El estudiante presenta una lista de lo que conoce de la problemática, donde identifica las características asociadas a la contaminación del aire. Nombre del estudiante

Características Departamento Sector industrial Industria

Santander Explotación de minas y canteras Extracción de oro

Contaminación del aire por minería En la minería muchas actividades toman parte: perforación, voladura, acarreo, recolección y transporte. Algunos métodos de minería pueden generar un impacto ambiental significativo y efectos en la salud pública durante estas actividades, ya que los mineros tienen una enorme y constante exposición a varios contaminantes del aire. Estudiante 1 Eliana Marcela Trujillo Romero

La contaminación del aire de las minas de carbón es particularmente dañina debido a las emisiones de partículas y gases, incluidos el metano (CH4), el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NOx) y el monóxido de carbono (CO). No obstante, los mineros no son los únicos afectados, la población cercana y la vida silvestre también pueden sufrir enfermedades por esta actividad arriesgada. Las dos partículas más peligrosas para exhalar durante esta actividad son el polvo de carbón y el polvo de sílice. En particular, la sílice, o a menudo conocida como cuarzo, es un material muy común que se encuentra en muchos materiales de construcción. El polvo creado al cortar, moler, perforar o molestar estos materiales puede contener partículas de sílice cristalina. Estos diminutos materiales invisibles pueden penetrar profundamente en los pulmones y tener la capacidad de cortarlos.

3

Contamina el aire, durante esta actividad se generan grandes cantidades de materia fina “polvillo” tóxico, constituidos por químicos pesados que son absorbidos por animales y seres humanos.

Estudiante 2 Henry Duran

Departamento Santander Sector industrial Industria manufacturera Industria Refinería de petróleo Las principales fuentes de contaminación de la atmosfera por la industria del petróleo son: - Contaminación por la permanente combustión de gas natural asociado al petróleo. - Emisiones provenientes de pruebas de producción de pozos, incineradoras, motores de maquinaria y vehículos. - Contaminación por generación de partículas sólidas procedentes del movimiento de tierras para la construcción de plataformas, por transporte de material pétreo y por el tráfico de vehículos. - Polvo de distinta naturaleza procedente de la construcción de carreteras y infraestructura petrolera. Desechos producto de la combustión de petróleo y sus derivados, emanaciones de compuestos volátiles. Las principales emisiones atmosféricas provenientes de la quema del gas natural son: • Óxidos de carbono (COx), como dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO). • Óxidos de nitrógeno (NOx), como dióxido de nitrógeno (NO2) y monóxido de nitrógeno (NO). • Óxidos de azufre (SOx), como dióxido de sulfuro (SO2) • Gas sulfhídrico (SH2) • Hidrocarburos Aromáticos Volátiles (HAV) • Hidrocarburos saturados o alcanos, como metano (CH4), etano (CH6), propano (CH8), butano (CH10) pentano (CH12), heptano (CH14). • Ozono (O3) • Clorofluorocarbonados (CFCs). 4

Emisión de gases asociados a la combustión fósil proveniente de la maquinaria de perforación. La contaminación atmosférica producida por la quema incompleta de los hidrocarburos, no sólo puede acabar afectando a suelos y a fuentes de agua por su precipitación, sino que puede tener un efecto negativo en diferentes organismos. La vegetación puede verse afectada, en cierta parte por los contaminantes que entran en la planta por los estomas en el intercambio gaseoso de la fotosíntesis. Por otro lado, las partículas sólidas pueden depositarse en las hojas, formando unas costras que impiden el desarrollo normal de la planta. Departamento Sector industrial Industria

Santander Ganadería Producción de ganado vacuno, expansión de la frontera agropecuaria. Este sector está en constante crecimiento debido a su demanda, beneficiando a millones de persona, pero las consecuencias fatales las está viviendo el medio ambiente. Estudiante 3 Verónica Cervera peña

El sector industrial dedicado a la cría de ganado vacuno, produce o genera gran cantidad de gases de efecto de invernadero- por medio de dióxido de carbono (CO2) y gas metano producido por la digestión de los vacunos. El sector industrial ganadero genera más gases de efecto invernadero, que el sector del transporte. En los últimos años se ha evidenciado el incremento de los niveles de gases de efecto de invernadero en la atmosfera.

Estudiante 4 Néstor Rico

Departamento Sector industrial Industria

Santander Explotación de minas y canteras Extracción de oro y otros metales preciosos

5

-Se utiliza cianuro para disolver las rocas y sacar los metales preciosos emitiendo gases. -Por cada onza de oro se utilizan 5 kilogramos de cianuro -Existen industrias que todavía utilizan mercurio, contaminante mayor que el cianuro y más volátil -El cianuro es un compuesto altamente toxico, y nocivo para cualquier ser vivo -El aire se contamina de metales pesados provenientes de la explotación minera -Contaminación por material particulado Departamento Sector industrial Industria Estudiante 5 Nombre Completo

INDUSTRIA SELECCIONADA Departamento Santander Eliana Marcela Trujillo Romero

Sector industrial

Explotación de minas y canteras

Industria

Extracción de oro

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PASO 2. ANÁLISIS Y DISCUSION DEL PROBLEMA APORTE INDIVIDUAL b. El estudiante relaciona los cambios químicos que ocurren en la atmosfera, a partir de una lluvia de ideas que asocia las causas y efectos del problema de contaminación industrial seleccionado. Estudiante No. 1: Eliana Marcela Trujillo Romero Lluvia de ideas

Consecuencias -

Lluvia ácida.

-

Efecto invernadero.

-

Daños irreversibles a la piel.

-

Efecto Smog.

-

Deterioro de los campos.

-

Extinción de especies animales.

-

Mala calidad del aire en espacios cerrados.

-

Como mitigar el impacto ambiental ocasionado por la minería

-

Control de Excavaciones, Remoción de Suelo y de Cobertura Vegetal.

-

Control de Emisiones Gaseosas, Material Particulado, Ruidos y Vibraciones.

-

Control de la Correcta Gestión de los Residuos Tipo Sólido Urbano y Peligrosos.

-

Control del Acopio y Utilización de Materiales e Insumos.

-

Control de Vehículos, Equipos y Maquinaria Pesada.

-

Realizar cursos de capacitación antes de la construcción.

-

Restauración de las funciones ecológicas, y protección de flora y fauna silvestre. Controlar el mantenimiento operativo de la planta.

-

Tratamiento, control de calidad y disposición final de lodos removidos.

-

Mantenimiento preventivo y monitoreo del estado de la red.

7

-

Elaborar “Planes de Contingencias” y sistemas de alarma específicos. DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

Lista de aquello que desconoce

- La contaminación generada por los ingenios o plantas metalúrgicas deviene principalmente de la descarga de colas con contenidos de minerales sulfurosos y del uso de reactivos químicos, productos orgánicos y otros, en operaciones de concentración, cuyos efectos negativos repercuten directa e indirectamente en el hombre y en la biodiversidad, incluso más allá del período de explotación a que son sometidos. - Producto de la actividad minera, se han ido acumulando diferentes depósitos de residuos mineros, que de acuerdo con su composición presentan problemas de contaminación que se extienden en el tiempo, aún después de haber concluido las actividades de explotación; estas fuentes se conocen como pasivos ambientales (Coronado, 2008b). Estudiante No. 2: Henry Duran

Lluvia de ideas

La contaminación del aire ocurre cuando se emiten más contaminantes a la atmósfera que pueden ser absorbidos y diluidos de manera segura por procesos naturales. En los procesos de extracción de oro, el aire puede contaminarse con impurezas sólidas, por ejemplo polvo y combustibles tóxicos o inertes, 8

capaces de penetrar hasta los pulmones, provenientes de diversas fases del proceso. También puede contaminarse el aire con vapores o gases de cianuros, mercurio, dióxido de azufre contenidos en gases residuales, procesos de combustión incompleta o emanaciones de charcos o lagunas de aguas no circulantes con materia orgánica en descomposición. Las minas de oro suelen ser operaciones a gran escala, con maquinaria pesada y vehículos grandes necesarios para excavar y transportar mineral de un lugar a otro. Estos vehículos grandes producen emisiones y gases de efecto invernadero al igual que cualquier otro vehículo con motor de combustión, pero generalmente a mayor escala y con una eficiencia de combustible mucho menor. Además, el equipo de movimiento de tierra que excava los pozos de la mina o elimina la capa superior del suelo puede producir cantidades sustanciales de polvo y partículas en el aire que pueden reducir aún más la calidad del aire alrededor de la operación minera. La contaminación del aire por la extracción de oro con frecuencia contiene metales pesados como el mercurio, y como tal es un peligro potencial para la salud de cualquier persona expuesta a él. Esto se ve en los casos en que las ubicaciones de los sitios de excavación están en áreas remotas y las máquinas, los camiones de eliminación de desechos y los trabajadores viajan de ida y vuelta para completar el trabajo. Al hacer todos estos viajes y con algunos de los camiones que se utilizan, las emisiones son masivas. Todo el CO2 que ingresa al aire provoca lluvia ácida y agujeros en la atmósfera, lo que contribuye al calentamiento global. DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

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Lista de aquello que desconoce

- Concentración de metales pesados en los gases de residuos - Regulación ambiental acerca de la emisión de partículas en minerías. - Tipos de medidas empleadas para la disminución de la emisión de gases de efecto invernadero - Tipos de maquinaria y eficiencia de los motores empleados en la excavación y extracción de metales pesados. Estudiante No. 3: verónica Cervera peña

Lluvia de ideas

Durante la explotación de la industria minera se produce una seria de emisiones a la atmosfera, estas emisiones se pueden observar en diferentes formas: solidas, gases, aerosoles, y ruido. -dentro de las emisiones solidadas el polvo que es emitido al momento de realizar las excavaciones, durante la voladura y extracción del material. -las emisiones solidas también se producen durante el proceso de carga y transporte. -Adicionalmente puede haber una importante remoción eólica de material fino en escombreras y balsas abandonadas. -erosión eólica de la tierra floja durante la extracción superficial, o cualquier operación que ocurre en la superficie de las minas En las emisiones de gases que se emiten a la atmosfera podemos evidenciar que se presenta por: 10

-combustión de la maquinaria utilizada en la actividad. -la emisión natural durante el proceso de extracción (CO2 , CO, grisú — mezcla explosiva de metano y aire—) -la emisión en voladuras. -La formación de aerosoles tóxicos se producen durante la explotación, y sobre todo, durante procesos de hidrometalurgia, que implican el riego por aspersión de pilas de mineral con compuestos a menudo de alta toxicidad (sulfúrico para la extracción de algunos elementos, como el cobre; cianuro de sodio para la extracción del oro). DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

Lista de aquello que desconoce

-Monitoreo de material particulado producido por una fuente minera. -Medición de la cantidad de ruido generado por las explotaciones. -Técnicas de bioremediación para mitigar el impacto generado en al aire. -permisos y leyes que se puedan aplicar para sancionar las fallas en la actividad. Estudiante No. 4: Néstor Rico Nieto

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Lluvia de ideas

-Generación de material particulado PM10 y PM5, proveniente de los procesos generados. -Emisión de gases efecto invernadero a través de los procesos de calcinación -Contaminación por emisión de gases de combustión como CO y CO2 -Emisión de gases ácidos y compuestos azufrados. -Contaminantes gaseosos COVS -El ruido generado trae alteraciones en la atmosfera DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

Métodos de remediación de la atmosfera que logren mitigar la problemática -Agentes externos que puedan dar solución a la problemática -Tipo de sistema al que se está tratando -Evolución del aire después de la aplicación de los métodos de remediación -Aplicación de técnicas biológicas físicas y químicas para remediar el aire

Lista de aquello que desconoce

Estudiante No. 5: Nombre completo del estudiante Lluvia de ideas

12

DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

Lista de aquello que desconoce

-

13

PASO 3. DISEÑO DE UNA POSIBLE ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA APORTE INDIVIDUAL Identificación de tratamientos de control y evaluación del problema desde los efectos de la contaminación atmosférica. Estudiante No. 1: Eliana Marcela Trujillo Romero MAPA JUICIOS DE VALOR

Estudiante No. 2: Henry Duran MAPA JUICIOS DE VALOR

14

Estudiante No. 3: Verónica Cervera peña MAPA JUICIOS DE VALOR

15

Contaminación atmosférica por la industria minera (extracción de oro)

Juicio contextual Juicio categórico Aplicación de la norma Otorgación permisos

Efectos de la minería de oro en la atmosfera y las repercusiones en el ser humano

de Consecuencias en la salud

Genera economía para el país, pero es un recurso agotable en el ambiente

Estudiante No. 4: Nestor Rico Nieto MAPA JUICIOS DE VALOR

Estudiante No. 5: Nombre completo del estudiante 16

Juicio instrumental Técnicas que permitan mitigar el impacto en el aire Procesos de biorremediacion.

MAPA JUICIOS DE VALOR

17

PASO 3. DISEÑO DE UNA POSIBLE ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA APORTE INDIVIDUAL Aplicación de conceptos relacionados con parámetros de evaluación de la calidad del aire para resolver problemas

1a

Estudiante No. 1: Nombre completo del estudiante Asuma que el aire está conformado por cantidades definidas de N2, O2 y Ne. Calcule las moléculas de cada tipo de gas que están presentes en 0.45 gal de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales), considerando los porcentajes de participación que el tutor le comparta en el foro. Los resultados obtenidos son: N₂ : 0,584 × 10²³ moléculas O₂ : 0,15 × 10²³ moléculas Ne : 0,018 × 10²³ moléculas Volumen de aire = 0,45 gal × 3,785 L / gal = 1,7 L Condiciones normales de presión y temperatura: P = 1 atm T = 273 K R = 0,082 atm. L / K. mol (constante universal de gases ideales) Tenemos la ecuación de estado de gases ideales: PV = n R T

Despejamos n = número de moles

n = PV / RT n = (1 atm × 1,7 L) / (0,082 atm. L/ K. mol) × 273 K n = 0,007594 moles Porcentajes de componentes del aire: N₂: 77,5% O₂: 20% Ne: 2,5% 18

Calculamos moles de cada componente: N₂ = ( 77,5 × 0,007594) / 100 = 0,0058 mol O₂ = ( 20 × 0,007594) / 100 = 0,0018 mol Ne = 0,007594- (0,0058 + 0,0018) = 0,000006 mol En un mol de cada elemento tenemos 6,022 × 10²³ moléculas, entonces tenemos: N₂ : 0,0058 mol × 6,022 × 10²³ moléculas / mol = 0,03492 × 10²³ moléculas O₂ : 0,0018 mol × 6,022 × 10²³ moléculas / mol = 0,0108 × 10²³ moléculas Ne : 0,000006 mol × 6,022 × 10²³ moléculas / mol = 0,000036 × 10²³ moléculas 1b

Relacione en un cuadro las capas de la atmósfera en razón a su altura, temperatura y fenómenos más relevantes. Indique la capa en donde ocurren los procesos de oxidación y relacione la especie química clave en ese proceso y los productos tras la combinación con CO, óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre y metano. Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo (a partir del sector industrial que identificó como problemática en la Fase 1), para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil. Departamento Sector industrial Industria

Santander Explotación de minas y canteras Extracción de oro

fuente de emisión

Contaminación generada por gases, metano (CH4), el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NOx) y el monóxido de carbono (CO) fuente fija Emisiones fugitivas o dispersas de contaminantes por actividades de explotación minera a cielo abierto. fuente fija puntual Todas las sustancias generadas por los gases al aire. Ejemplo (chimenea y horno). fuente fija dispersa Dispersión de gases y partículas en el aire a causa de la explotación minera. Ejemplo ( hierro, acero y carbón). fuente natural Impactos generados de la minería a causa de los minerales metálicos en el medio natural. fuente móvil los vehículos consumen galones y galones de combustibles derivados del Petróleo como Diesel y Gasolina generando grandes cantidades de monóxido de carbono (CO) y cantidades menores de óxidos de nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos volátiles (COVs). 19

1c

Una muestra gaseosa contiene 0.68 moles de Neón (Ar) a una temperatura de 311 K y a una presión de 287 Torr. Si se caliente la muestra a 379 K y se aumenta la presión a 432 Torr, determine el cambio de volumen que experimenta la muestra. Se emplea la siguiente ecuación Pv/t =pv/t Presión 1 = 287 torr= 0,377632 atmosferas Presión 2 = 432 torr = 0,568421 atmosferas Temperatura 1 = 311 k Temperatura 2 = 379 k Volumen 1= 0,68 moles 0.377𝑥0,68𝑚𝑜𝑙 0,568𝑎𝑡𝑚𝑥𝑣2 = = 311𝑘 397𝑘 0.377𝑥0,68𝑥397 101,77 = = 0,57 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 311𝑥0,568 176,648 Diferencia de volúmenes 0,57 moles

1d

Calcule la longitud de onda (λ) que necesita un fotón para disociar el enlace NO-O del dióxido de nitrógeno (NO2). Sabemos que: λ= longitud de onda V=frecuencia v = λ*f entonces: al sustituir: E = h*f de tal forma que la frecuencia que necesitará es de: f = E/h = 494*10⁻³ /6.63 x 10-34 = f = 7.46*10³⁸ hz. La longitud de onda v= c = 300*10⁶ m/s λ= v/f λ = 300*10⁶/ 7.46*10³⁸ λ= 4.02*10⁻³¹ m 20

2a

2b

Estudiante No. 2: Henry Duran Asuma que el aire está conformado por cantidades definidas de N2, O2 y Ar. Calcule las moléculas de cada tipo de gas que están presentes en 0.74 gal de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales), considerando los porcentajes de participación que el tutor le comparta en el foro. Desarrollo: Las condiciones del aire son: P = 1atm T = 298,15 K 3,78 l V = 0,74 gal = 2,80 l 1 gal atml R = 0,082 molK Calculando el número de moles: PV = nRT (1 atm)(2,80 l) PV n= = = 0,11 mol RT (0,082 atm l ) (298,15 K) mol k La composición del aire corresponde a %N2 = 77,5% %O2 = 20% %Ne = 2,5% Calculamos las moles de cada componente: nN2 = 0,11 ∗ 0,775 = 0,0888 mol nO2 = 0,11 ∗ 0,20 = 0,0229 mol nNe = 0,11 ∗ 0,025 = 0,0029 mol Calculamos las moléculas de cada componente: 6,023 ∗ 1023 moleculas moleculasN2 = 0,0888 mol = 5,35 ∗ 1022 moleculas 1 mol 6,023 ∗ 1023 moleculas moleculasO2 = 0,0229 mol = 1,38 ∗ 1022 moleculas 1 mol 6,023 ∗ 1023 moleculas moleculasNe = 0,0029 mol = 1,72 ∗ 1021 moleculas 1 mol A partir del ciclo del oxígeno atmosférico, explique la participación de esta especie química en intercambios entre las esferas ambientales. Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo (a partir del sector industrial que identificó como problemática en la Fase 1), para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil. 21

Desarrollo: el ciclo del oxígeno se caracteriza por ser una combinación de los ciclos: del oxígeno como gas oxígeno, del carbono como gas carbónico, y del agua en sus distintos estados de agregación. Este se encuentra en la atmosfera como Como tal, su forma más común son gas oxígeno (O2), gas carbónico (CO2) y agua (H2O). En la biosfera el dióxido de carbono es capturado por las plantas y otros organismos autótrofos para ser transformado con el agua y la luz solar en energía y nutrientes para el organismo y así liberar el oxígeno al medio ambiente. Los carbonos y los oxigenados presentes en el gas carbono pasan a formar parte de la materia orgánica del vegetal. El oxígeno liberado es inspirado por los seres vivos, los cuales, expulsan dióxido de carbono a través del proceso respiratorio para la obtención de energía. Adicionalmente el agua utilizada por las plantas en la fotosíntesis es rota y sus átomos de oxígeno son liberados para la atmósfera en la forma de O2. Tanto la respiración como la descomposición de la materia orgánica restituirán el oxígeno a la atmósfera en forma de agua y gas carbono. Por su parte el ciclo hidrológico corresponde al recorrido que hacen dos moléculas de oxígeno junto con una molécula de hidrógeno por la superficie y el interior de la Tierra, a través de las etapas de evaporación, condensación, precipitación, infiltración y escorrentía. Fuente de emisión Fuente fija puntual

Ejemplo Contaminación permanente por la combustión incompleta de gas natural Contaminación por generación de partículas sólidas procedentes del movimiento de tierras para la construcción de plataformas.

Fuente fija dispersa

Fuente natural Fuente móvil

2c

Contaminación producida por transporte de material pétreo y por el tráfico de vehículos.

Una muestra gaseosa contiene 0.73 moles de Argón (He) a una temperatura de 290 K y a una presión de 66605 Pa. 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. Inicialmente: n = 0,73 mol de Argón P𝑖 = 66605 Pa = 0,657 atm T𝑖 = 290 K atm l R = 0,082 mol K Usando la ley de gases ideales: 22

V𝑖 =

nRT𝑖 = 26,42 l P𝑖

Posterior al calentamiento: P𝑓 = 838 torr = 1,103 atm T𝑓 = 59°C = 332 K Usando la ley de los gases ideales: nRT𝑓 V𝑓 = = 18,26 l P𝑓 Calculamos el cambio de volumen: ∆V = V𝑓 − V𝑖 = −8,166 l 2d

Calcule la longitud de onda (λ) que necesita un fotón para disociar el enlace N-N del nitrógeno molecular (N2). hc E= λ h = 6,62607 ∗ 10−34 Js m c = 3 ∗ 108 s Energía de enlace del nitrógeno: ∆H = 941,4

kJ mol

Calculamos la energía de enlace para una molécula: kJ 1 mol ∆H = 941,4 = 1,56 ∗ 10−21 kJ mol 6,022 ∗ 1023 moleculas E = ∆H

Despejando: λ=

3a

hc = ∆H

(6,62607 ∗ 10−34 Js) (3 ∗ (1,56 ∗ 10−18 J)

108 m s )

= 1,27 ∗ 10−7 m

Estudiante No. 3: verónica Cervera peña Asuma que el aire está conformado por cantidades definidas de N2, O2 y He. Calcule las moléculas de cada tipo de gas que están presentes en 1.03 gal de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales), considerando los porcentajes de participación que el tutor le comparta en el foro. N2_78.3% O2_20% He_1%

23

Usamos la ecuación de los gases ideales 𝑃𝑣 = 𝑛𝑅𝑇 𝑎𝑡𝑚.𝐿 La constante 𝑅 = 0,0821 𝑚𝑜𝑙.𝐾 P=1atm R=0, 0821atm.l/mol. K T=273,15°K V=1,03 Gal = 389,8 L 𝑛=

𝑝𝑣 1𝑎𝑡𝑚 ∗ 389,8 𝐿 = = 17,38 𝑚𝑜𝑙 𝑅𝑇 0,0821 ∗ 𝑎𝑚𝑡 ∗ 𝐿 ∗ 273,15°𝐾 𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝐾

Moléculas N2= 0,783 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 ∗ (17,38 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠) ∗ 8,19𝑥1024 moles N2 Moléculas O2= 0,207 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 ∗ (17,38 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠) ∗ 2,16𝑥1024 moles O2 Moléculas He = 0,01 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 ∗ (17,38 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠) ∗ 1,04𝑥1023 moles He

3b

(6.022𝑥1023 ∗𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑁2 ) 1𝑚𝑜𝑙

(6.022𝑥1023 ∗𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑁2 ) 1𝑚𝑜𝑙

(6.022𝑥1023 ∗𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑁2 ) 1𝑚𝑜𝑙

=

=

=

Relacione en un cuadro las capas de la atmósfera en razón a su altura, temperatura y fenómenos más relevantes. Incluya representaciones gráficas y asocie los cambios y reacciones químicas que se encuentran en cada una. Explique las similitudes y diferencias entre el efecto invernadero y el efecto invernadero intensificado. Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo (a partir del sector industrial que identificó como problemática en la Fase 1), para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil. CAPAS DE LA ATMOSFERA CAPA

TROPOSFERA

ALTURA

TEMPERATURA

0 a 12 km La temperatura en la parte de altura superior de la troposfera es 24

FENOMENOS RELEVANTES

Clima.

ESTRATOSFERA

aproximadamente de -55 ° C. La temperatura disminuye a medida que aumenta la altura. De 13 a 50 Puede presentar en su base km de una temperatura hasta de altura 80°C. -

MESOSFERA

De 50 a 85 -120 a -143 ° km de altura

-

IONOSFERATERMOSFERA

80 y los 1.500 °C 500 km de altitud

-

-

EXOSFERA.

650 y 0 y más de 1700 °C. 10.000 kilómetros de altitud

-

Fenómenos atmosféricos como lluvias tormentas.

Contiene 19 % de los gases atmosféricos. Se ubica la capa de ozono. Contiene gases responsables de frenar meteoritos y otros fragmentos Reflexión de las ondas de radio emitidas desde la superficie terrestre Las emisiones electromagnéticas Aurora boreal. Zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio.

EFECTO INVERNADERO

-

EFECTO INVERNADERO INTENSIFICADO SIMILITUDES Retención de calor por los gases generados haciendo posible la vida en la tierra. Actúan sobre todo el globo. Influyen sobre todas las especies que habitan los diferentes ecosistemas. DIFERENCIAS El efecto de invernadero intensificado genera un aumento significativo de la temperatura media terrestre. El efecto invernadero se basa en algunos gases para la retención de la radiación y aumento moderado de la temperatura. El efecto invernadero intensificado presenta variedad de fases y compuestos que retienen de forma exagerada la radiación y aumentan de forma significativa la temperatura. Difieren en la forma de influir sobre los elementos, compuestos y biotas presentes en la tierra. El efecto invernadero intensificado modifica la composición de la atmosfera 25

3c

Una muestra gaseosa contiene 0.98 moles de Helio (He) a una temperatura de 301 K y a una presión de 390 Torr. Si se caliente la muestra a 49 °C y se aumenta la presión a 1.2 Barr, determine el cambio de volumen que experimenta la muestra.

𝑛 = 0.98 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐻𝑒. 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙: 𝑡 = 301 𝐾 𝑃 = 390 𝑇𝑜𝑟 = 0,51 𝐴𝑡𝑚 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙: 𝑡 = 322,15 𝐾 𝑃 = 1,2 𝐵𝑎𝑟 = 11,84 𝐴𝑡𝑚 Usamos la ecuación de los gases ideales y procedemos a reemplazar para encontrar el vol 1. 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 𝐿 ∗ 𝑎𝑡𝑚 0,51𝑉 = 0,98 ∗ 0.082 ∗ 301 𝐾 𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝐾 0,51 𝑉 = 24,188 24,188 𝑉= = 47,427 𝐿 0,51 Usamos la ley combinada de los gases para encontrar el cambio de volumen 𝑃1 ∗ 𝑉1 ∗ 𝑇2 = 𝑃2 ∗ 𝑉2 ∗ 𝑇 0,51 ∗ 47,428 ∗ 322,15 = 11,84 ∗ 𝑉2 ∗ 301 7792,25 = 11,84 ∗ 𝑉2 ∗ 301 7792,25 = ∗ 𝑉2 ∗ 301 11,84 658,1295 = 𝑉2 ∗ 301 658,1295 = 𝑉2 301 𝑉2 = 2.18 𝐿 47,427 − 2,18 = 45,247 𝐿 3d

Calcule la longitud de onda (λ) que necesita un fotón para disociar el enlace O-O del oxígeno molecular (O2). C Plank(h)=6,626x10−34 C=3x108 m/s E=molécula= 157kj/mol 157𝑘𝑗 𝑚𝑜𝑙

1𝑚𝑜𝑙

∗ 6.022𝑒𝑥1023 ∗

𝜆=(

1000𝐽 1𝐾𝐽

= 2,607𝑥10−19

3𝑥108 𝑚 ) 𝑠 −19 2,607𝑥10 𝑗

(6,626𝑥10−34 𝑗.𝑠)∗(

) = 7,624𝑥10−7 m

26

4a

Estudiante No. 4: Néstor Rico Asuma que el aire está conformado por cantidades definidas de N 2, O2 y He. Calcule las moléculas de cada tipo de gas que están presentes en 0.51 gal de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales), considerando los porcentajes de participación que el tutor le comparta en el foro.

𝑃 = 1 𝑎𝑡𝑚 (𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑒𝑠) 𝑇 = 273,15 𝐾 (𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑒𝑠) 𝑉 = 0,51𝐺𝑎 = 1,93 𝐿 Se toman como gases ideales 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 1 ∗ 1,93 𝑛= 0,082 ∗ 273,15 𝑛 = 0,086 𝑚𝑜𝑙 𝑶𝒙í𝒈𝒆𝒏𝒐 0,086 ∗ 0,202 = 0.017372 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑂₂ 0.017372 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑂₂ ∗ (6.023 ∗ 10²³ 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑂₂/ 1 𝑚𝑜𝑙 𝑂₂) = 1.04 ∗ 10²² 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑂₂ 𝑵𝒊𝒕𝒓ó𝒈𝒆𝒏𝒐 0,79 ∗ 0,086 = 0.068 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑁₂ 0.068 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑁₂ ∗ (6.023 ∗ 10²³ 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑁₂/ 1 𝑚𝑜𝑙 𝑁₂) = 4.08 ∗ 10²² 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑁₂ 27

𝑵𝒆𝒏𝒐𝒏 0,086 ∗ 0,008 = 6,88 ∗ 10⁻⁴ 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑁𝑒 6,88 ∗ 10−4 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑁𝑒 ∗ (6.023 ∗ 1023 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠

𝑋𝑒

1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑒)

= 4,14 ∗ 1020 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠𝑁𝑒

4b

A partir de la formación de los ácidos nítrico y sulfúrico, explique la participación de las fases sólida y líquida de la atmósfera en las diferentes reacciones. Escriba y explique las reacciones implicadas. Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo (a partir del sector industrial que identificó como problemática en la Fase 1), para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil. R 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. Variable Fuente de emisión

Fuente fija

Fuente fija puntual

Concepto Toda actividad, proceso u operación, realizado por los seres humanos, con su intervención o de origen natural susceptible de emitir contaminantes al aire. Fuente de emisión situada en un lugar determinado e inmovible, aun cuando la descarga de contaminantes se produzca en forma dispersa. Estos contaminantes son fenómenos físicos, puede ser una sustancia o un elemento en estado sólido, líquido o gaseoso, causante de efectos adversos en el medio ambiente. Derivadas de la generación de energía eléctrica y de actividades industriales como química, textil, alimentaria, maderera, metalúrgica, metálica, manufacturera y procesadora de productos vegetales y animales, entre otras. 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 28

Ejemplo Chimenea, volcán

Industria manufacturera

Chimeneas de la Industria manufacturera

presencia de equipo de control al final del proceso.

4c

Una muestra gaseosa contiene 1.1 moles de Helio (Xe) a una temperatura de 23 °C y a una presión de 137 atm. Si se caliente la muestra a 31 °C y se aumenta la presión a 201.6 Bar, determine el cambio de volumen que experimenta la muestra.

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 𝑛𝑅𝑇 𝑉= 𝑃 𝐿 ∗ 𝑎𝑡𝑚 1,1 𝑚𝑜𝑙 ∗ 0,082 ∗ 296,15 𝐾 𝑚𝑜𝑙 ∗𝐾 𝑉1 = 137𝑎𝑡𝑚 𝑉1 = 0,19𝐿 𝑃1 ∗ 𝑉1 ∗ 𝑇2 = 𝑃2 ∗ 𝑉2 ∗ 𝑇1 𝑃1 ∗ 𝑉1 ∗ 𝑇2 𝑉2 = 𝑃2 ∗ 𝑇1 137𝑎𝑡𝑚 ∗ 0,19𝐿 ∗ 304,15𝐾 𝑉2 = 198,96𝑎𝑡𝑚 ∗ 296,15𝐾 𝑉2 = 0,13𝐿 ∆𝑉 = 0,13 − 0,19 = 0,06 𝐿

4d

Calcule la longitud de onda (λ) que necesita un fotón para disociar el enlace SO-O del dióxido de azufre (SO2). 𝐸 = 469 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑓𝑜𝑡ó𝑛 𝑑𝑒𝑏𝑒 𝑠𝑒𝑟 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎 469𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝐸 = ℎ ∗ 𝑣/𝜆

𝑣 = 𝜆 ∗ 𝑓 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠: 29

𝑠𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑖𝑚𝑜𝑠: 𝐸 = ℎ∗𝑓

𝑓 = 𝐸/ℎ = 469 ∗ 10⁻³ /6.63 𝑥 10 − 34 𝑓 = 7.07 ∗ 10³2 ℎ𝑧. 𝐿𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑣 = 𝑐 = 300 ∗ 10⁶ 𝑚/𝑠 𝜆 = 𝑣/𝑓 𝜆 = 300 ∗ 10⁶/ 7.07 ∗ 10³2 𝜆 = 4.24 ∗ 10⁻25 𝑚

5a

5b

Estudiante No. 5: Nombre completo del estudiante Asuma que el aire está conformado por cantidades definidas de N 2, O2 y Xe. Calcule las moléculas de cada tipo de gas que están presentes en 0.78 gal de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales), considerando los porcentajes de participación que el tutor le comparta en el foro.

Relacione en un cuadro las capas de la atmósfera en razón a su altura, temperatura y fenómenos más relevantes. Establezca la diferencia entre las concentraciones deseables del ozono en las capas donde éste se encuentra presente. Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo (a partir del sector industrial que identificó como problemática en la Fase 1), para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil.

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5c

Una muestra gaseosa contiene 0.99 moles de Xenón (Ne) a una temperatura de 32 °C y a una presión de 14 atm. Si se caliente la muestra a 316 K y se aumenta la presión a 31.4 Bar, determine el cambio de volumen que experimenta la muestra.

5d

Calcule la longitud de onda (λ) que necesita un fotón para disociar el enlace CO-O del dióxido de carbono (CO2).

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PASO 2. ANÁLISIS Y DISCUSION DEL PROBLEMA APORTE COLABORATIVO Relación de la acción antrópica y natural en problemas de contaminación atmosférica. El grupo presenta un diagrama Ishikawa, donde relaciona las causas y efectos de la contaminación atmosférica generada por la industria, y considera los procesos y cambios químicos que ocurren.

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PASO 3. DISEÑO DE UNA POSIBLE ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA APORTE COLABORATIVO Revisión de tratamientos de control y evaluación en el aire. El grupo presenta un mapa conceptual, donde identifica los tratamientos de control y evaluación asociados al problema de contaminación industrial seleccionado en el grupo, y los articula a través de juicios de valor.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Se debe referenciar todas las páginas, libros, artículos que se consulten para el desarrollo de la actividad, recuerden utilizar las normas APA para ello. Ejemplo de cómo referenciar consultas de páginas web. Normas APA consultado el día 7 de septiembre del 2016. Disponible en línea en: http://www.bidi.uam.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=62:citar-recursoselectronicos-normas-apa&catid=38:como-citar-recursos&Itemid=65#2

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