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UNIVERSIDAD JUAREZ AUTONOMA DE TABASCO DIVISION ACADEMICA MULTIDISCIPLINARIA DE JALPA DE MENDEZ INGENIERIA PETROQUIMICA

Química Ambiental

MECANISMOS DE REACCIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS EN LA TROPÓSFERA.

PROFR. MOISES PETRIS PRIETO ALUMNO: GABRIEL ALBERTO CASTELLANOS KETCHUM 2º SEMESTRE GRUPO “B”

CUNDUACÁN, TABASCO; 23 DE JUNIO DE 2015

LA TROPÓSFERA La troposfera o tropósfera es la capa de la atmósfera terrestre que está en contacto con la superficie de la Tierra. Tiene alrededor de 17 km de espesor en el ecuador terrestre y solo 7 km en los polos, y en ella ocurren todos los fenómenos meteorológicos que influyen en los seres vivos, como los vientos, la lluvia y las nieves.

Además, concentra la mayor parte del oxígeno y del vapor de agua. En particular este último actúa como un regulador térmico del planeta; sin él, las diferencias térmicas entre el día y la noche serían tan grandes que no podríamos sobrevivir. Es de vital importancia para los seres vivos. La troposfera es la capa más delgada del conjunto de las capas de la atmósfera. La temperatura en la troposfera desciende a razón de aproximadamente 6,5 ºC por kilómetro de altura, por encima de los 2000 metros de altura. La troposfera es la capa más baja de la atmósfera de la Tierra. La troposfera comienza a nivel del suelo y sube a una altura de 7 a 20 kilómetros (4 a 12 millas, ó 23 000 a 65 000 pies) sobre el nivel del mar. La mayor parte de la masa (cerca de 75-80%) de la atmósfera está en la troposfera. Casi todos los estados del tiempo ocurren en esta capa. El aire es más caliente en la parte inferior de la troposfera cerca del nivel del suelo. Más arriba, el aire se enfría. La presión y la densidad del aire también son menores en elevadas altitudes. La capa sobre la troposfera se llama la estratosfera. Casi todo el vapor de agua y partículas de polvo de la atmósfera se encuentran en la troposfera. Es esto por lo que la mayoría de las nubes también se encuentran en esta capa más baja. La parte inferior de la troposfera, justo sobre la superficie de la tierra, se llama la "capa límite". En lugares donde la superficie de la Tierra tiene "relieve" (montañas, bosques) los vientos en la capa de límite están mezclados. En lugares con superficies lisas (sobre el agua o hielo) los vientos son más fluidos. Los vientos sobre la capa límite no son muy afectados por las superficies. La troposfera se calienta desde abajo. La luz del sol calienta la Tierra u océano, lo que a su vez irradia calor hacia el aire sobre ella. Este aire caliente tiende a elevarse. Esto mantiene "mezclado" el aire de la troposfera. La parte superior de la troposfera es bastante fría. ¡La temperatura allí es de aproximadamente -55° C (- 64° F)! A medida que se sube, el aire también se hace más "ligero". Es por esto que los escaladores de montaña a veces necesitan el oxígeno embotellado para poder respirar. El límite entre la parte superior de la troposfera y la estratosfera (la capa sobre ella) se llama tropopausa. La altura de la tropopausa depende de la latitud, estación, si es de día o de noche. Cerca del ecuador, la tropopausa tiene cerca de 20 kilómetros (12 millas ó 65 000 pies) sobre el nivel del mar. En invierno, cerca de los polos, la tropopausa es mucho más baja. Tiene cerca de 7 kilómetros (4 millas ó 23 000 pies) de alto. La corriente de aire está debajo de la tropopausa. ¡Este "río de aire" se desplaza a 400 km/hr (250 mph)!.

Química Atmosférica en la Troposfera Terrestre Cuando piensas en química, es posible que pienses en mezclar líquidos de diferentes colores en tubos de ensayo, o quizás pienses en una explosión... o en una súbita nube de humo. ¿Sabías que mucha química ocurre en la atmósfera? Hay gran cantidad de diferentes químicos en el aire. Esos químicos frecuentemente se combinan entre sí mediante reacciones químicas, formando químicos nuevos y diferentes. A esto se le conoce "química atmosférica". La atmósfera de la Tierra tiene diferentes capas. La capa más baja se llama troposfera. Nosotros vivimos en la troposfera. Esta página explica todo sobre la química atmosférica en la troposfera. La mayoría del gas de nuestra atmósfera es nitrógeno. Aproximadamente 4/5 del aire es nitrógeno. Pero, ¿qué hay con el 1/5 restante? Casi todo es oxígeno, lo que hay en el aire que necesitamos respirar. Pero también hay pequeñas cantidades de otros químicos. ¿Has escuchado hablar de los gases de invernadero? Estos son los tipos de gases que atrapan el calor del Sol en nuestra atmósfera. La Tierra sería muy fría si no tuviéramos gases de invernadero. El dióxido de carbono y el metano son dos gases de invernadero muy importantes. Algunos de los químicos del aire provienen de la contaminación. Cuando en una fábrica quemamos carbón, o cuando consumimos gasolina en nuestros carros, estamos creando aire contaminado. Tanto el carbón como el petróleo tienen sulfuro. Cuando son quemados se convierten en químicos conocidos como óxidos de sulfuro. Cuando estos se mezclan con gotas de agua en el aire pueden convertirse en ácido sulfúrico. Estas gotas de ácido pueden caer al suelo en forma de lluvia ácida. Los carros y camiones también emiten químicos llamados óxidos de nitrógeno. Los óxidos de nitrógeno se combinan con otros químicos y dan origen al smog. Estos también ayudan a formar el ácido nítrico, que es otro ácido de la lluvia ácida. La naturaleza también hace cosas que cambian la química de la troposfera. Los volcanes, rayos e incendios forestales agregan químicos al aire, o cambian los ya existentes. La energía de la luz solar puede hacer que ocurran reacciones químicas, cambiando un gas por otro. Algunos químicos se mueven en ciclos a través de la atmósfera, seres vivos y océanos. El ciclo del carbón y los ciclos del nitrógeno son dos ciclos importantes que cambian la química de la atmósfera. Esta tabla (que damos a continuación) describe algunos de los químicos en la troposfera, y algunas de las reacciones químicas que ocurren en el aire:

Químico

Fórmula

Función en la química troposférica

Dióxido de Carbón

CO2

El dióxido de carbón es una especie de gas de invernadero. Cuando respiramos inhalamos oxígeno y exhalamos dióxido de carbono. Las plantas y algunos tipos de microbios usan dióxido de carbono durante la fotosíntesis para hacer alimentos. La quema de combustibles también agrega dióxido de carbono a la atmósfera.

Monóxido de carbón

CO Cuando las cosas se queman, generalmente se crea dióxido de carbono. Algunas veces también se crea monóxido de carbono. El monóxido de carbono es un gas venenoso. Los volcanes y los motores de los carros y

camiones crean monóxido de carbono.

Hidrocarburos

CxOy

Los hidrocarburos son químicos compuestos por átomos de hidrógeno y de carbón. La quema de combustibles agrega cierta cantidad de hidrocarburos al aire. Los hidrocarburos contribuyen con la formación del smog, que es un tipo de contaminación de aire.

Metano

CH4

El metano es un tipo de gas de invernadero.

N2

La mayoría de la atmósfera de la Tierra es nitrógeno. Aproximadamente, 4/5 del aire está compuesto de nitrógeno. El ciclo del nitrógeno explica cómo se mueve el nitrógeno alrededor del medio ambiente. Cuando hay una combustión caliente de un combustible, como ocurre en el motor de un carro, el nitrógeno se combina con oxígeno y forma óxidos nitrosos.

NO & NO2

Los óxidos de nitrógeno son un tipo de contaminación. La quema de combustible, como la gasolina, forma óxidos de nitrógeno en el aire. La mayoría de los óxidos de nitrógeno provienen de los carros y camiones. Estos ayudan a crear al smog. También se mezclan con gotas de agua en el aire y dan origen al ácido nítrico. El ácido nítrico es un ácido que forma parte de la lluvia ácida.

HNO3

El ácido nítrico es parte de la lluvia ácida. El ácido nítrico se forma cuando los óxidos de nitrógeno se mezclan con gotas de agua en el aire. Los óxidos de nitrógeno son una especie de contaminación que proviene de los motores de carros y camiones.

O2 & O3

Aproximadamente 1/5 del gas de la atmósfera es oxígeno. Cuando respiras, tu cuerpo usa el oxígeno para mantenerte con vida. El ozono es un tipo especial de oxígeno que consta de tres átomos en vez de dos.

C2H3O5N

PAN es un tipo de contaminación del aire. El smog contiene PAN. El PAN se forma cuando el dióxido de nitrógeno, el oxígeno y los Componentes Orgánicos Volátiles , (Volatile Organic Compounds, VOC por sus siglas en Inglés) se unen.

Smog

-

El smog es una mezcla de humo y niebla. El smog fotoquímico es un tipo de contaminación del aire. Este contiene óxidos de nitrógeno, ozono, VOC, y PAN.

Fotodisociación

-

Cuando un fotón de luz solar descompone una molécula.

SO2 & SO3

El dióxido de sulfuro y el trióxido de sulfuro son tipos de contaminación. La humanidad los produce cuando quema carbón y petróleo. Los volcanes también pueden emitir óxidos de sulfuro. El dióxido de sulfuro se combina con gotas de agua existentes en el aire para crear al ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico está presente en la lluvia ácida.

El Nitrógeno

Óxidos de Nitrógeno

Ácido Nítrico

Oxígeno yOzono

PAN (Nitrato Peroxiacitilo)

Óxidos de sulfuro

de

Ácido sulfúrico

H2SO4

El ácido sulfúrico se encuentra en la lluvia ácida. El ácido sulfúrico se encuentra en el aire y se forma cuando el gas de dióxido de sulfuro se mezcla con gotas de agua. El gas de dióxido de sulfuro proviene de los volcanes y de la quema de carbón y petróleo que las personas usan como combustible.

¿Qué son los compuestos orgánicos? Compuesto orgánico o molécula orgánica es un compuesto químico más conocido como micro molécula o estipula que contiene carbono, formando enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno. En muchos casos contienen oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, boro, halógenos y otros elementos menos frecuentes en su estado natural. Estos compuestos se denominan moléculas orgánicas. Algunos compuestos del carbono, carburos, los carbonatos y los óxidos de carbono, no son moléculas orgánicas. La principal característica de estas sustancias es que arden y pueden ser quemadas (son compuestos combustibles). La mayoría de los compuestos orgánicos se producen de forma artificial mediante síntesis química aunque algunos todavía se extraen de fuentes naturales.

Las moléculas orgánicas pueden ser de dos tipos: Moléculas orgánicas naturales: son las sintetizadas por los seres vivos, y se llaman biomoléculas, las cuales son estudiadas por la bioquímica y las derivadas del petróleo como los hidrocarburos. Moléculas orgánicas artificiales: son sustancias que no existen en la naturaleza y han sido fabricadas o sintetizadas por el hombre, por ejemplo los plásticos.

Los mecanismos de reacción de compuestos orgánicos en la tropósfera son los siguientes: 1. Reacciones de alcanos y radicales alquilo. Los alcanos son hidrocarburos, es decir, que tienen solo átomos de carbono e hidrógeno. La fórmula general para alcanos alifáticos (de cadena lineal) es CnH2n+2,1 y para cicloalcanos es CnH2n.2 También reciben el nombre de hidrocarburos saturados. Carecen de grupos funcionales como el carbonilo (-CO), carboxilo (-COOH), amida (-CON=), etc. Son compuestos de C e H (de ahí el nombre de hidrocarburos) de cadena abierta que están unidos entre sí por enlaces sencillos (C-C y C-H).

Su fórmula empírica es CnH2n+2, siendo n el nº de carbonos. Los cuatro primeros tienen un nombre sistemático que consiste en los prefijos met-, et-, prop-, y but- seguidos del sufijo "-ano". Los demás se nombran mediante los prefijos griegos que indican el número de átomos de carbono y la terminación "-ano".

Radicales alquilo Los radicales alquilo son alcanos que han cedido un hidrógeno en uno de sus carbonos primarios y tienen un electrón para compartir formando enlaces covalentes. Los más comunes son:

Los radicales alquilo sustituyen a un hidrógeno de un hidrocarburo y forman ramificaciones.

2. Reacciones de alquenos. Los alquenos son hidrocarburos insaturados que tienen uno o varios dobles enlaces carbono-carbono en su molécula. Se puede decir que un alqueno es un alcano que ha perdido dos átomos de hidrógeno produciendo como resultado un enlace doble entre dos carbonos. Los alquenos cíclicos reciben el nombre de cicloalquenos. Antiguamente se les conocía como olefinas dadas las propiedades que presentaban sus representantes más simples, principalmente el eteno, para reaccionar con halógenos y producir óleos.

3. Reacciones de compuestos intermedios de Criegee. Estos compuestos químicos intermedios invisibles, son potentes oxidantes de contaminantes tales como el dióxido de nitrógeno y el dióxido de azufre, generados por combustión, y pueden limpiar la atmósfera de forma natural. Los investigadores hallaron que los birradicales de Criegee reaccionan más rápidamente de lo que se pensaba, y acelerarán la formación de sulfatos y nitrados en la atmósfera. Estos compuestos llevarán a la formación de aerosoles y, finalmente, a la formación de nubes con el potencial de enfriar el planeta.

4. Reacciones de hidrocarburos aromáticos y de compuestos orgánicos oxigenados. Son hidrocarburos derivados del benceno. El benceno se caracteriza por una inusual estabilidad, que le viene dada por la particular disposición de los dobles enlaces conjugados. Un hidrocarburo aromático o areno es un compuesto orgánico cíclico conjugado que posee una mayor estabilidad debido a la deslocalización electrónica en enlaces π. Para determinar esta característica se aplica la regla de Hückel (debe tener un total de 4n+2electrones π en el anillo) en consideración de la topología de superposición de orbitales de los estados de transición.2 Para que se dé la aromaticidad, deben cumplirse

ciertas premisas, por ejemplo que los dobles enlaces resonantes de la molécula estén conjugados y que se den al menos dos formas resonantes equivalentes. La estabilidad excepcional de estos compuestos y la explicación de la regla de Hückel han sido explicadas cuánticamente, mediante el modelo de "partícula en un anillo". Originalmente el término estaba restringido a un producto del alquitrán mineral, el benceno, y a sus derivados, pero en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos orgánicos; el resto son los llamados compuestos alifáticos. El exponente emblemático de la familia de los hidrocarburos aromáticos es el benceno (C6H6), pero existen otros ejemplos, como la familia de anulenos, hidrocarburos monocíclicos totalmente conjugados de fórmula general (CH)n.

Compuestos orgánicos oxigenados. Los compuestos oxigenados orgánicos son numerosos puesto que el átomo de oxígeno, dada su estructura, permite una gran variedad de enlaces y posibilidades de combinación. Según sean los grupos funcionales en los cuales está presente el oxígeno, los compuestos oxigenados se clasifican en alcoholes (R OH), fenoles (Ar OH), aldehídos (R CHO), cetonas (R CO R'), ácidos carboxílicos (R COOH), ésteres (R COOR') y éteres (R O R'). Las propiedades de cada uno de estos grupos son totalmente diferentes y en este tema pretendemos dar únicamente una introducción a algunos de ellos, destacando su nomenclatura, características y reacciones más importantes.

5. Reacciones de compuestos orgánicos nitrogenados y halogenados. AMINAS, AMIDAS, NITRILOS ,HIDRACINAS AMINAS Se pueden considerar derivados del amoniaco: NH 3 . Sustitución de alguno o todos los hidrógenos por: Radical alquilo Radical arilo. Pueden ser: Primarias: una sustitución Secundarias: dos sustituciones Terciarias: tres sustituciones

A M I D A S Reacción de una ácido y una amina Por reacción entre: Ácido que pierde un OH Amina que pierde un hidrógeno. N I T R I L O S Derivados del ácido cianhídrico NITRILOS Se consideran derivados del ácido cianhídrico o cianuro de hidrógeno. Se sustituye el hidrógeno por: Radical alquilo. Radical arilo. H – C  N Ar – C  N; R – C  N HIDRACINAS Son hidracinas los compuestos orgánicos que derivan de la hidracina: NH 2 -NH 2 En ella se sustituyen uno o más átomos de hidrógeno por radicales: Arilo Alquilo.

IMPORTANCIA. El Nitrógeno (N) junto a otros elementos, como Carbono, Oxígeno e Hidrógeno participan en la constitución de las moléculas orgánicas fundamentales de la materia viva. Entre los compuestos constituyentes del organismo, el N forma parte de un grupo de compuestos orgánicos de gran jerarquía biológica a los cuales están asignadas funciones muy importantes, como lo son las proteínas y los nucleídos. Este elemento constituye por sí solo el 3% del peso corporal por eso es de vital importancia.

Compuestos orgánicos halogenados. Son sustancias químicas orgánicas que contienen uno ó varios átomos de un elemento halógeno (generalmente cloro, aunque existen compuestos formados con bromo e Yodo). Pueden ser sustancias simples y volátiles como es el caso del triclorometano (cloroformo), ó moléculas orgánicas complejas como las dioxinas y los furanos, que pueden presentar gran variedad de propiedades físicas.

BIBLIOGRAFÍA http://www.alonsoformula.com/organica/alcanos.htm http://www.aragonaire.es/ozone.php?n_action=types https://es.wikipedia.org/wiki/Alqueno https://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_org%C3%A1nico

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