CLORO
FLUOROCARBONADOS
Cuando se hace pasar
una descarga eléctrica a través del oxigeno molecular, se origina
otra forma alotrópica del elemento, al que se llama ozono O3.
3O2
(g) 2O3 (g) AH = +284 Kj.
Su
olor picante puede detectarse después de una severa tormenta
eléctrica o cerca de una maquina eléctrica. Es venenosa en bajas
concentraciones (unas cuantas parte de millón el aire pueden ser
peligrosas), presentando una formula de resonancia, como era de
esperarse él numero de grupos de los electrones del átomo del
oxigeno central, la molécula no es lineal.
El
ozono absorbe la luz ultravioleta, en especial en las longitudes que
resultan dañinas para los organismos vivientes. Esto hace que se
descomponga el O3 y que se forme el nuevo O2.
La absorción de la radiación UV por el ozono convierte en calor la
energía de la luz UV, y proteger así a los habitantes del planeta
de efectos dañinos de la radiación.
En
1995 el premio Novel de química fue otorgado a F. Sherwood Rowland,
Mario Molina y Paúl Crutzen por sus estudios del agotamiento del
ozono en la atmósfera. En 1970 Crutzen demostró que los óxidos del
nitrógeno de origen natural destruyen catalíticamente el ozono.
Rowland
y Molina reconocieron en 1974 que el cloro de los
cloro-fluorocarbonados (CFC) puede agotar la capa de ozono que
protege la superficie de la tierra contra la radiación ultravioleta
nociva. Estas sustancias, principalmente el CFCl3 (Freón
11) y el CF2Cl2 (Freón 12), se han usado
ampliamente como refrigerantes.
En
latas de aerosoles, como gases refrigerantes y en acondicionadores de
aire y como agentes espumantes para plásticos. No son reactivos en
la atmósfera baja, y además son relativamente solubles en agua y,
por consiguiente, no son eliminados de la atmósfera por la lluvia o
por disolución entre los océanos.
Desafortunadamente,
la carencia de reactividad que le confiere utilidad comercial también
les permite sobrevivir en la atmósfera y difundirse con el tiempo en
la estratosfera. Se calcula que hay varios millones de toneladas de
cloro fluorocarbonos presentes en la atmósfera.
Conforme
con los CFC se difunde en la atmósfera, quedan expuestos a la
radiación de lata energía, que puede causar fotodisociación.
Los enlaces C-Cl son considerablemente más débiles que los
enlaces C-F. En consecuencia, se forman con facilidad átomos de
cloro libres en presencia de luz con longitudes de onda del orden de
190 a 225 nm, como se muestra enseguida para el freón 12: CF2Cl2
(g) + hv CF2Cl(g) + Cl(g)
Los
cálculos sugieren que la formación de átomos de cloro ocurre con
máxima rapidez a una altura de aproximadamente 30 Km.
El cloro atómico
reacciona rápidamente con el ozono para formar monóxido de cloro,
ClO, y oxigeno molecular, O2: Cl(g) + O3(g)
ClO(g) + O2(g)
En ciertas condiciones
el monóxido de cloro puede reaccionar generando átomos de Cl
libres: 2ClO(g) O2(g) + 2Cl(g)
Los átomos de carbono
libre que se generan pueden con el O3, conformando un
ciclo de descomposición de O3 a O2 catalizada
por los átomos de cloro:
2O3(g) Cl
3O2(g)
Debido a que la
velocidad de la catalización de del cloro con el ozono aumenta en
forma lineal con el cloro, la rapidez con la que el ozono se destruye
aumenta con la cantidad de átomos de Cl. Por siguiente, cuanto mayor
es la cantidad de CFC que se difunden en la estratosfera, más rápida
es la destrucción de la capa de ozono.
La difusión de las
moléculas de la estratosfera es lenta. No obstante, se ha observado
ya en adelgazamiento de la capa de ozono sobre el polo sur, en
particular durante los meses de septiembre y octubre. Los científicos
están encontrando indicios de que el polo norte sufre una perdida
de ozono similar, auque menos pronunciada, durante la etapa final del
invierno. También hay indicios crecientes de cierto agotamiento a
latitudes más bajas.
Desde mediados de la
época de los 70 los químicos y científicos de la atmósfera han
estudiado extensamente el agotamiento del ozono en la atmósfera que
cubre la antártica. Uno de los aspectos desconcertantes del
agotamiento del ozono es que alcanza un máximo en septiembre y
octubre, cuando se inicia la primavera antártica. Alrededor del 70
por ciento del ozono que esta sobre de la antártica se pierde
durante esos meses, y la mayor parte de la perdida tiene lugar a
altitudes entre 12 y 30 Km.
Las teorías más
recientes acerca de la formación del agujero de ozono describen una
interacción fascinante defectos químicos y físicos que ocurren en
la estratosfera antártica. Como se indica en la descomposición de
ozono, la liberación de átomos de cloro libres (provenientes de los
CFC y otras fuentes) conduce a la destrucción del ozono y la
formación de ClO.
Tanto el Cl(g) como él
ClO(g) sufren reacciones con otros constituyentes de la atmósfera,
como HCl, y nitrato de cloro, ClONO2:
Cl(g)
+Ch4(fg)
HCl(g) +CH3(g)
ClO(g)
+NO2(g) ClONO2(g)
Ni
el HCl ni el ClONO2, reacciona directamente con el ozono.
En consecuencia, una ves que el Cl y él ClO están inmovilizados en
este, así llamado, deposito de cloro construido por HCl y ClONO2,
ya no dan origen a la destrucción del ozono. Por esta razón, los
primeros modelos precedían que los CFC no tendrán un efecto
considerable en la concentración de ozono en la estratosfera.
El
cambio estacional en el tamaño del agujero de ozono proporciono, un
indicio respecto a cual es la razón de que el agotamiento del ozono
por el Cl sea más extenso de lo que se propuso originalmente.
El
modelo actual, propuesto a mediados de la década de los 80, sugiere
que las nubes estratosfericas polares (NEP) acelera la destrucción
de del ozono. Se piensa que las nubes estratosfericas son poco
comunes, en gran medida porque hay mucho vapor de agua en la
estratosfera.
Durante
el oscuro invierno antártico, no obstante, la temperatura es lo
suficientemente baja (<195oK) como para que se formen
nubes, típicamente a una altitud alrededor de 20Km. La formación
de nubes elimina el NO2 de la atmósfera, con lo cual se
interrumpe la eliminación del ClO. Las superficies cristalizadas de
las nubes también catalizan la reacción entre los dos componentes
del deposito de cloro, HCl y ClONO2, lo que da origen a la
formación de Cl2:
HCl + ClONO2
NEP Cl2 + HNO3
En
septiembre cuando la luz solar regresa a la región antártica el Cl2
se foto disocia en átomos de Cl, los cuales reaccionan con el ozono
para formar Cl y O2. Debido a que hay tan poco NO2
presente en la atmósfera, él ClO que se produce no se inmoviliza en
el deposito de cloro. En ves de ello, él ClO reacciona consigo mismo
para formar el Cl2O2, una molécula que se foto
disocia en O2 y átomos de Cl libres.
ClO
+ lO Cl2O2 Cl2O2
+ hv O2 + 2Cl
Los
átomos de cloro reaccionan con más ozono, y el ciclo se inicia una
vez más. En esta forma, las NEP aumentan la disponibilidad de átomos
de cloro libres para la destrucción del ozono; Un solo átomo de
cloro puede destruir miles de moléculas de ozono antes de ser
desactivado por un hidrocarburo o por el NO2.
Conforme
la primavera antártica avanza hacia noviembre, la temperatura
aumento y las corrientes cambiantes de los vientos deshacen las NEP,
con lo que concluye el periodo de destrucción masiva del ozono. El
aire ene le que ha disminuido la concentración de ozono se extiende
desde el antártico y produce una disminución de los niveles
atmosféricos de ozono en todo el hemisferio sur.
El
agotamiento del ozono en el ártico es mucho menos grave que en el
antártico porque por lo general no hace el frío suficiente para la
formación de NEP. Sin embargo, en los primeros meses de 1995, la
temperatura en el ártico alcanzo niveles muy bajos y midió una
perdida de ozono de más de 30 del por ciento a una altitud de 20Km.
El
efecto de largo plazo del agotamiento del ozono promete ser causa de
fuerte preocupación para la comunidad cinética de la química y de
las ciencias de la salud durante el próximo siglo.
A
causa d los problemas ambiéntales asociados con los CFC, se han
tomado medidas para limitar se manufactura y su uso. Un paso
importante fue la firma del protocolo de Montreal sobre Sustancias
que agotan la capa de ozono en 1987, en el cual las naciones
participantes acordaron reducir la producción de CFC. Se fijaron
limites más estratégicos en 1992, cuando los representantes de
aproximadamente 100 países acordaron prohibir la producción y uso
de CFC ara 1996. No obstante, y debido a que los CFC son no reactivos
y a que se difunden tan lentamente en la estratosfera, los
científicos calculan que el agomiento del ozono continuara hasta el
próximo siglo.
¿Qué
sustancias habrían de reemplazar a los CFC? En este momento, las
alternativas principales son los hidrofluorocarbonados, que son
compuestos que tienen enlaces C-H en lugar de los enlaces C-Cl de los
CFC. Sin embargo, el cambio será costoso. Por ejemplo, el cambio a
las alternativas actuales requiere la adaptación de los
acondicionadores de aire antiguos o la adquisición de otros nuevos.
El
costo de este cambio en los edificios comerciales, solo en estados
unidos, se calcula en alrededor de dos mil millones de dólares.
Además, los sustitutos actuales de los CFC son menos eficientes como
refrigerantes y su uso requiere un poco más de energía, lo que
también aumenta el costo para el consumidor. No obstante, los
científicos y los encargados de fijar las políticas han llegado a
la conclusión de que son necesarios para proteger el ambiente.
No hay comentarios:
Publicar un comentario