La necesidad de oxidar grandes cantidades de combustibles provenientes
del petróleo para la obtención de la energía que requiere actualmente nuestra
sociedad.
El petróleo es la principal fuente
de energía de nuestro planeta.
Basta ver los miles de vehículos que se desplazan
en todas las ciudades para saber que es la energía que mueve al mundo.
El uso del petróleo crudo obtenido
de vertientes o el asfalto producido por la evaporación y oxidación de las
filtraciones data desde tiempos prehistóricos.
Los combustibles
son de gran importancia porque producen grandes cantidades de energía
calorífica, utilizada para elaborar diversos productos o para generar mecánica,
eléctrica o luminosa.
En general a
la combinación del oxigeno con otros elementos se le denomina oxidación. La
oxidación puede ser un proceso lento, como la respiración, pero si es rápida se
le denomina combustión. El fuego puede ser definido como una combustión rápida
con desprendimiento de luz y calor.
Existen
diversos tipos de combustibles. Entre los combustibles sólidos se encuentran el
carbón, la madera y la turba. El carbón se quema para calentar calderas de agua
que puede vaporizarse para mover maquinas de vapor o directamente para producir
energía utilizable en usos térmicos (calefacción). La turba y la madera se
utilizan principalmente para la
calefacción domestica de la industria, aunque la turba se ha utilizado para la
generación de energía y las locomotoras que utilizaban madera como combustible.
Dentro de
los combustibles fluidos tenemos el gasóleo, el queroseno o la gasolina (o
nafta) y los gaseosos, como el gas natural o los gases licuados de petróleo,
representados por el propano y el butano. Las gasolinas, gaseosos los gases se
utilizan en motores de combustión interna. Las gasolinas, gasóleos e incluso
los gases se utilizan en motores de combustión interna.
Los
combustibles comunes líquidos son gases, la gasolina, y naftas sacadas del
petróleo, y, a un grado menor, el alquitrán de hulla, el alcohol, y el benzol
obtenido de la fabricación de coque. En hornos inmóviles, gases menos volátiles
son rociados por inyectores, con o sin el aire o el vapor, en la cámara de
combustión. En un motor de combustión interna, combustibles volátiles como la
gasolina o una gasolina y la mezcla de alcohol son evaporados y la mezcla
admitida en el cilindro de motor, donde la combustión es iniciada por una
chispa. En estos combustibles, de 16 a 23 kilogramos de aire son requeridos
para la combustión completa de 1 kilogramo de combustible. En motores diesel,
el combustible es inyectado como un rocío atomizado en la cámara de combustión,
donde la subida de temperaturas asociada con la relación de compresión alta de
motores diesel es suficiente para causar la ignición. Combustibles gaseosos
como el gas natural, el gas de refinería, y gases fabricados como el gas de
productor por lo general son mezclados con el aire antes de la combustión para
suministrar una cantidad máxima de oxígeno al combustible. La mezcla de aire de
combustible entonces pública (emite) de los puertos de hornilla en una
velocidad más grande que la velocidad de propagación de llama para prevenir el
retroceso de llama en la hornilla, pero no una gran velocidad para hacer volar
la llama de la hornilla. Si no se pre-mezclan con el aire, estos combustibles
por lo general se queman con ahumado, relativamente refrescan llamas. El gas
natural quemado con el aire puede producir temperaturas de llama superior a
1930 °C (3500 ° F).
El problema que genera la gran cantidad de CO2 desprendido por los combustibles
que se queman a diario y la producción de CO en combustiones incompletas.
El dióxido
de carbono resultante de la combustión de combustibles fósiles es la principal
fuente de emisiones de gases de efecto invernadero generadas por la actividad
humana.
El
suministro y utilización de combustibles fósiles contribuye en aproximadamente
un 80% a las emisiones producidas por el hombre de dióxido de carbono (CO2)y
una significante cantidad de metano (CH4) y óxido nitroso (N2O). También,
genera óxidos nitrosos (NOx), hidrocarburos y monóxido de carbono (CO), que
aunque no sean gases de invernadero influyen en los ciclos químicos en la
atmósfera que crean o destruyen otros gases de efecto invernadero como el ozono
troposférico. Mientras tanto, las emisiones de aerosoles de sulfato
relacionadas con combustibles enmascaran de forma temporal parte del efecto de
calentamiento producido por los gases de invernadero.
La mayoría
de las emisiones asociadas con la utilización de energía se producen cuando se
queman combustibles fósiles.
El petróleo,
el gas natural y el carbón (los cuales emiten la mayor cantidad de carbono por
unidad de energía suministrada) proporcionan la mayoría de la energía utilizada
para producir electricidad, hacer funcionar automóviles, calefaccionar hogares,
y dar energía a las fabricas. Si la combustión es completa., el único
subproducto que contiene carbono sería el dióxido de carbono, pero como la
combustión a menudo es incompleta, se generan también monóxido de carbono y
otros hidrocarburos. El óxido nitroso y otros; oxidos de nitrógeno se producen
debido a que la combustión de combustibles hace que el nitrógeno que está en el
combustible o aire se combine con el oxígeno de la atmósfera. Los óxidos
sulfúricos se generan cuando el sulfuro (derivado primariamente del carbón y
del petróleo pesado de combustible) se combina con el oxígeno; los aerosoles de
sulfatos resultantes tienen un efecto refrigerante en la atmósfera.
Hay
reacciones químicas que producen gases que son emitidos hacia la atmosfera. En
los últimos años, ha crecido la preocupación acerca del efecto que esas
reacciones tienen sobre nuestro ambiente.
En la
combustión incompleta los productos que se queman pueden no reaccionar con el
mayor estado de oxidación, debido a que el comburente y el combustible no están
en la proporción adecuada, dando como resultado compuestos como el monóxido de
carbono(CO). Además, pueden generarse cenizas.
El monóxido
de carbono (CO) se forma debido a la combustión incompleta en los motores de
los vehículos que utilizan gasolina. Las emisiones de CO dependen
directamente de la afinación de los
motores y de la eficacia en la combustión de los procesos industriales, de las
condiciones y características des sistema vial, el trafico y los diferentes medios de transportes
utilizados en la ciudad de México. Las emisiones de CO varían según el tráfico;
es por ellos que las concentraciones más altas de este gas se presentan en los
periodos de mayor circulación vehicular. Este contaminante los encontramos en mayor
cantidad y es difícil de eliminar, es incoloro y carece de olor.
El dióxido
de carbono, junto al vapor de agua y otros gases, es uno de los gases de efecto
invernadero (G.E.I.) que contribuyen a que la Tierra tenga una temperatura
tolerable para la biomasa. Por otro lado, un exceso de dióxido de carbono se
supone que acentuaría el fenómeno conocido como efecto invernadero, reduciendo
la emisión de calor al espacio y provocando un mayor calentamiento del planeta;
sin embargo, se sabe también que un aumento de la temperatura del mar por otras
causas (como la intensificación de la radiación solar) provoca una mayor
emisión del dióxido de carbono que permanece disuelto en los océanos (en
cantidades colosales), de tal forma que la variación del contenido del gas en
el aire podría ser causa y/o consecuencia de los cambios de temperatura,
cuestión que no ha sido dilucidada por la ciencia.
El problema de la descarga al aire de hidrocarburos crudos, que
participan en la formación de ozono.
El petróleo
es una mezcla compleja de hidrocarburos, como
los alcanos, alquenos y ciclo alcanos. Las moléculas de hidrocarburos están
formadas sólo por átomos de carbono e hidrógeno. En cuanto a sus principales
características, el petróleo es un líquido de consistencia aceitosa, olor
desagradable y color oscuro que se encuentra en depósitos subterráneos de la
corteza terrestre.
A continuación
se muestran algunas fórmulas de los hidrocarburos llamados alcanos.
Metano
|
CH4
|
Etano
|
C2H6
|
Propano
|
C3H8
|
Butano
|
C4H10
|
Lo llaman
oro negro y con razón: actualmente, el petróleo es la principal fuente de energía de nuestro plan
El aprovechamiento del petróleo
y del gas natural, recursos minerales procedentes de la generación y
acumulación natural de hidrocarburos, requiere previamente una fase
exploratoria para la localización de posibles yacimientos de hidrocarburos
(sustancias minerales compuestas por combinaciones de carbono e hidrógeno junto
a pequeños porcentajes de otros minerales).
Si nos
trasladamos al medio atmosférico notamos que en la mayoría de las ocasiones se
culpabiliza al CO2, pero los hidrocarburos emanan muchos otros gases contaminantes:
Los
hidrocarburos: El principal gas de estas características que poluciona la
atmósfera es el metano; en la contaminación por hidrocarburos el metano
representaba el 85% del total, los alcanos el 9%, los alquenos el 2.7%, los
alquinos el 1% y los aromáticos el 2.3 %.
Los
hidrocarburos presentan en general, una baja toxicidad, el problema principal
que tiene, es la reactividad fotoquímica en presencia de la luz solar para dar
compuestos oxidados.
Los
hidrocarburos oxigenados: En este grupo se incluyen los alcoholes, aldehídos,
cetonas, éteres, fenoles, esteres, peróxidos y ácidos orgánicos. La principal
causa de su presencia en el aire está asociada a los automóviles, aunque
también pueden formarse por reacciones fotoquímicas en la propia atmósfera.
La contaminación que producen las impurezas de los combustibles como el
azufre, que al quemarse emiten al aire los óxidos correspondientes, precursores
de la llamada lluvia ácida.
FORMACION
DEL SO2: El dióxido de Azufre (So2) es un contaminante primario que se
produce en la combustión de carbón y petróleo que contienen azufre:
El SO2 también
se produce en la refinación de ciertos minerales que son sulfuros.
FORMACION
DEL SO3: El óxido de azufre o trióxido de azufre (SO3) es en condiciones
normales un sólido incoloro de textura fibrosa, pero en condiciones estándar es
un gas, un contaminante importante, siendo el principal agente de la lluvia
ácida.
Es el
producto de la oxidación del óxido de azufre con oxígeno en presencia de un
catalizador como el pentóxido de vanadio o de platino. Es producido a gran
escala como precursor del ácido sulfúrico.
Las
actividades humanas son la principal causa de la lluvia ácida. En el transcurso
de las últimas décadas, los seres humanos han emitido tal cantidad de distintas
substancias químicas al aire, que han cambiado la mezcla de gases en la
atmósfera. Las centrales eléctricas emiten la mayor parte del dióxido de azufre
y muchos de los óxidos de nitrógeno cuando queman combustibles fósiles, tales
como carbón, para producir electricidad. Además, el escape de los automóviles,
camiones y autobuses también emite óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre en
el aire. Estos contaminantes producen lluvia ácida.
Los
denominados gases de efecto invernadero o gases invernadero, responsables del
efecto descrito, son:
-Vapor de
agua (H2O)
-Dióxido de
carbono (CO2)
-Metano
(CH4)
-Óxidos
de nitrógeno (N2O)
-Ozono (O3)
-Cloro fluoro
carbonos (CFC)
Si bien
todos ellos (salvo los CFC) son naturales, en tanto que ya existían en la
atmósfera antes de la aparición del hombre, desde que principalmente se enfoco
al uso intensivo de los combustibles fósiles en las actividades industriales y
el transporte, se han producido sensibles incrementos en las cantidades de
óxido de nitrógeno y dióxido de carbono emitidas a la atmósfera, con el
agravante de que otras actividades humanas, como la deforestación, han limitado
la capacidad regenerativa de la atmósfera para eliminar el dióxido de carbono,
principal responsable del efecto invernadero.
El ozono
(O3) es un contaminante poderoso, existen dos tipos de ozono: favorecedor y uno
perjudicial. El primero forma parte de las capas superiores de la atmósfera (lo
encontramos en la atmósfera), donde funciona como sustancia vital. Ahí el ozono
ayuda a filtrar los rayos ultravioleta provenientes del sol. Es una protección
que evita que el 90 por ciento de la radiación ultravioleta atraviese la atmósfera
y cause un daño en las cosechas o en las células de los organismos vivos, ya
que puede provocas cáncer de piel.
En la atmósfera
es absorbida, casi completamente, la radiación infrarroja por los gases
invernaderos como el CO2 y el CO, vapor de agua, entre otros; calentando el
aire y no dejando que esta escape al espacio, proceso que se compara con el de
un invernadero, provocando un mayor calentamiento de la atmósfera.
Pero no
únicamente están involucrados el CO2 y el CO; sino que también El dióxido de
azufre (SO2) está involucrado directamente; este se genera principalmente por
la quema de combustibles que contienen azufre y por la producción de energía en
las plantas termoeléctricas, además de los vehículos automotores. Otro factor
perjudicial de este oxido es que el dióxido de azufre es precursor del ozono.
LA LLUVIA ÁCIDA SUS EFECTOS:
La lluvia ácida es lluvia que se ha vuelto ácida debido a ciertos
contaminantes que se hallan en el aire. La lluvia ácida es un tipo de
deposición ácida, que puede aparecer en muchas formas.
Fuentes de lluvia ácida La lluvia ácida es causada por una
reacción química que comienza cuando compuestos tales como el dióxido de azufre
y los óxidos de nitrógeno salen al aire. Estos gases pueden alcanzar niveles
muy altos de la atmósfera, en donde se mezclan y reaccionan con agua, oxígeno y
otras substancias químicas y forman más contaminantes ácidos, conocidos como
lluvia ácida. El dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno se disuelven muy
fácilmente en agua y pueden ser acarreados por el viento a lugares muy lejanos.
En consecuencia, los dos compuestos pueden recorrer largas distancias, y convertirse
en parte de la lluvia, el agua lluvia y la niebla que tenemos en ciertos días.
LAS IMPLICACIONES QUE TIENE EL USO DE LAS REACCIONES DE OXIDACIÓN EN LA
VIDA MODERNA
Una vez
extraído y procesado el combustible fósil, puede ser quemado para usos directos,
como impulsar automóviles o calentar edificios, o para generar energía
eléctrica. Los combustibles fósiles son quemados fundamentalmente para producir
energía. Esa energía se utiliza para impulsar automóviles, camiones,
aeroplanos, trenes y barcos en todo el mundo; en los procesos industriales, y
para proporcionar calor, luz y aire acondicionado a hogares y empresas.
Un
combustible (los combustibles son de gran importancia porque producen grandes
cantidades de energía calorífica, utilizada para elaborar diversos productos o
generar energía mecánica, eléctrica o luminosa), es cualquier material capaz de
liberar energía cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor
poco a poco. Supone la liberación de una energía de su forma potencial (energía
de enlace) a una forma utilizable sea directamente (energía térmica) o energía
mecánica (motores térmicos) dejando como residuo calor (energía térmica),
dióxido de carbono y algún otro compuesto químico.
En la
actualidad uno de los usos más importantes de las reacciones de la oxidación
son las combustiones ya que se realiza la acciones de arder o quemar,
recordando que en la combustión se requiere la presencia de oxigeno.
En este
proceso de combustión hay grandes cantidades de energía liberada, en el cual la
energía se define como la capacidad de
transferir energía de un cuerpo a otro o de generar un cambio en la materia.
Con ayuda de esta transformación de energía es posible que un automóvil,
autobús, un cohete, etc.; pueda o le sea posible desplazarse a grandes
velocidades.
El
combustible fósil puede utilizarse directamente, quemándolo en hornos, estufas,
calderas y motores, para obtener calor y movimiento. También puede usarse para
producir electricidad en centrales térmicas o termoeléctricas. En ellas,
mediante el calor generado al quemar estos combustibles se obtienen vapor de
agua, que, conducido a presión, es capaz de poner en funcionamiento un
generador eléctrico, normalmente una turbina.
Una
aplicación muy importante es adquisición de aluminio, que no se encuentra en
forma elemental en la naturaleza sino en óxido. Entonces para obtenerlo puro y
poder usarlo se aplica la reducción-oxidación con el carbono.
También se
usa de una manera muy similar para conseguir hierro, que al igual que el aluminio
se encuentra en forma de óxido en la naturaleza.
REFERENCIAS:
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