El metano es un gas incoloro, inodoro e inflamable que se produce por la degradación biótica y abiótica de la materia orgánica.

El metano se encuentra distribuido extensamente en la naturaleza.

Su fórmula química es CH4, lo cual significa que está formado por un átomo de Carbono y cuatro átomos de Hidrógeno.

El metano se produce en grandes cantidades durante la formación de los sistemas estelares, quedando, muchas veces, atrapado en las atmósferas de los cuerpos celestes o en el hielo superficial o en el subsuelo de la corteza de los planetas. Si los cuerpos celestes tienen océanos, como la Tierra, una gran cantidad de metano se almacena en forma de hidratos. Ese metano se libera a la atmósfera cuando la temperatura de los océanos aumenta y ocurre la disociación de los hidratos del gas metano.

La masa molar del metano es 16.0425 g/mol.

El metano posee un calor específico de 2.226 kJ/kg*K a temperatura ambiente y a una presión de 1 atm.

Actualmente, su densidad en la atmósfera se encuentra en niveles muy por debajo de los niveles que ya ha alcanzado en otros períodos geológicos. Su densidad actual en la atmósfera es de 1740 ppmmv (partes por mil millones de volumen), o sea, 1.74 ppmv o 1.12 gramos por metro cúbico de aire. Esta cantidad es 219 veces menor que la densidad actual de CO2 atmosférico.
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Esta es la culpable


Bióxido de carbono



DIOXIDO DE CARBONO (C02)
La principal fuente de emisión de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera es la quema de combustibles fósiles y biomasa (gas natural, petróleo, combustibles, leña) en procesos industriales, transporte, y actividades domiciliarias (cocina y calefacción). Los incendios forestales y de pastizales constituyen también una fuente importante de CO2 atmosférico. La concentración del CO2 atmosférico subió desde 280 ppm en el periodo 1000 - 1750, a 368 ppm en el año 2000, lo que representa un incremento porcentual de 31%. Se estima que la concentración actual es mayor que ocurrida durante cualquier periodo en los últimos 420.000 años, y es muy probable que también sea el máximo de los últimos 20 millones de años.
Cabe hacer presente que el carbono en la atmósfera en la forma de CO2 constituye una porción muy pequeña del total de este elemento en el sistema climático. La figura muestra los principales reservorios de carbono en el sistema y los flujos anuales que entre ellos ocurren. El carbono contenido en la atmósfera se estima en 730 PgC mientras que el CO2 disuelto en los océanos es del orden de 38.000 PgC. Por otra parte, en el sistema terrestre se estima que existen unos 500 PgC en las plantas, y que son fijados en la forma de carbohidratos en el proceso de fotosíntesis, y otros 1.500 PgC en materia orgánica en diferente estado de descomposición. Eventualmente todo el carbono transferido desde la atmósfera a la biosfera es devuelto a ella en la forma de CO2 que se libera en procesos de descomposición de la materia vegetal muerta o en la combustión asociada a incendios de origen natural o antrópico. A nivel anual, los flujos de carbono atmósfera-océano y atmósfera-sistema terrestre son aproximadamente nulos. Esto significa que unos 90 PgC se intercambian en ambos sentidos entre la atmósfera y los océanos y unos 120 PgC entre la atmósfera y el sistema terrestre. Cabe hacer notar que estos intercambios representan una fracción considerable del total acumulado en la atmósfera, por lo cual es importante conocer la forma como la actividad humana puede modificarlos.

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Se estima que entre 1990 y 1999 el hombre emitió a la atmósfera un promedio de 6.3 PgC de carbono por año (1 PgC = 1 Peta-gramo de carbono = 1000 millones de toneladas). Por otra parte, en el mismo periodo la tasa anual de traspaso de carbono atmosférico hacia la biosfera se estimó en 1.4 PgC/año, y hacia el océano en unos 1.9 PgC/año. De esta forma el hombre contribuyó a aumentar la concentración del carbono en el reservorio atmosférico a una tasa de 3.0 PgC/año durante este periodo.

Otros de los gases causantes del efecto invernadero son los compuestos clorofluorocarbonados,`principales agentes causales del agujero en la capa de ozono.

¿qué es el agujero de la capa de ozono?


Agujero de la capa de ozono


Se denomina agujero de la capa de ozono a la zona de la atmósfera terrestre donde se producen reducciones anormales de la capa de ozono, fenómeno anual observado durante la primavera en las regiones polares y que es seguido de una recuperación durante el verano. El contenido en ozono se mide en Unidades Dobson (siendo UD= 2.69 × 1016 moléculas/cm² ó 2.69 × 1020 moléculas/m²)


En las mediciones realizadas en tiempos recientes se descubrieron importantes reducción de las concentraciones de ozono en dicha capa, con especial incidencia en la zona de la Antártida.


Se atribuyó este fenómeno al aumento de la concentración de cloro y de bromo en la estratosfera debido tanto a las emisiones antropogénicas de compuestos químicos, entre los que destacan los compuestos clorofluorocarbonados (CFC) utilizados como fluido refrigerante.


En 1995 el científico mexicano Mario J. Molina, el holandés Paul J. Crutzen y el norteamericano Frank Sherwood Rowland, autores de la teoría, obtuvieron el Premio Nobel de Química.


En septiembre de 1987 varios países firmaron el Protocolo de Montreal, en el que se comprometían a reducir a la mitad la producción de CFC´s en un periodo de 10 años. En la actualidad el problema se considera solucionado, debido a la prohibición de los productos causantes, que han sido substituidos por otros.1


Casi el 99% de la radiación ultravioleta del Sol que alcanza la estratosfera se convierte en calor mediante una reacción química que continuamente recicla moléculas de ozono (O3). Cuando la radiación ultravioleta impacta en una molécula de ozono, la energía escinde a la molécula en átomos de oxígeno altamente reactivos; casi de inmediato, estos átomos se recombinan formando ozono una vez más y liberando energía en forma de calor.

La formación de ozono se inicia con la fotólisis (ruptura de enlaces químicos por la energía radiante) del oxígeno molecular por la radiación solar de una longitud de onda menor de 240 nm

El ozono por sí mismo absorbe luz UV de entre 200 y 300 nm:

Los átomos de oxígeno, al ser muy reactivos, se combinan con las moléculas de oxígeno para formar ozono:



donde M es cualquier sustancia inerte, como por ejemplo el N2. El papel que tiene M en esta reacción exotérmica es absorber parte del exceso de energía liberada y prevenir la descomposición espontánea de la molécula de O3. La energía que no absorbe M es liberada en forma de calor. Cuando las moléculas de M regresan por sí mismas al estado basal, liberan más calor al entorno.


A pesar de que todo el ozono atmosférico en CNPT sería una capa de sólo unos 3 mm. de grosor, su concentración es suficiente para absorber la radiación solar de longitud de onda de 200 a 300 nm. Así, la capa de ozono funciona como un escudo que nos protege de la radiación UV.


La formación y destrucción del ozono por procesos naturales es un equilibrio dinámico que mantiene constante su concentración en la estratosfera. Se han registrado amplias variaciones interanuales y estacionales en todas las regiones del planeta en la densidad del ozono estratosférico; se verificó que en el hemisferio austral la concentración pasa por un mínimo en primavera y luego se regenera.







Compuestos Clorofluorocarbonados (CFC)


Los CFC son los principales responsables del adelgazamiento de la capa de ozono (agujero de ozono). Son productos de síntesis formados por átomos de carbono, cloro y flúor, que poseen propiedades físicas y químicas adecuadas para ser empleados en múltiples aplicaciones; tienen alta estabilidad química, bajos puntos de ebullición, baja viscosidad y baja tensión superficial.

Se emplean en:
Producción de frío:
industria frigorífica
refrigeradores domésticos
aire acondicionado
Producción de plásticos expandidos:
poliuretano
poliestireno
Producción de propelentes:
productos en aerosol tales como:
alimentos
cosméticos
insecticidas
pinturas
Producción de solventes:
industria electrónica (limpieza de componentes)

Estos compuestos que en la baja atmósfera son inertes y de larga vida (varias décadas), al llegar a nivel estratosférico pierden su estabilidad química y reaccionan eficazmente con el ozono, consumiéndolo.

El aporte de los CFC al calentamiento global (efecto invernadero) es significativo, durante la década de los años 80 su contribución era del 25 %.



Un problema medioambiental relacionado con los óxidos de nitrógeno: la nube de contaminación (el smog fotquímico).


Hace unos 100 años apareció una palabra nueva en la lengua inglesa: smog, nube de contaminación. Se refería a una situación, frecuente en Londres, en la que una combinación de humo (smoke) y niebla (fog) disminuía la visibilidad y producía riesgos para la salud (incluso mortales). Estas situaciones se asocian a menudo con la industria pesada. Este tipo de nueve de contaminación se llama ahora nube de contaminación industrial.
La forma de contaminación del aire que más corrientemente se considera como nube de contaminación procede de la acción de la luz solar sobre los productos de la combustión. Las reacciones químicas causadas por la luz se llaman reacciones fotoquímicas y la nube de contaminación formada por dichas reacciones es la nube de contaminación fotoquímica.
La nube de contaminación fotoquímica se origina a partir de procesos de combustión a altas temperaturas, como los que tienen lugar en los motores de los automóviles. Debido a que la combustión de la gasolina se realiza en el aire, en lugar de oxígeno puro, el NO(g) obtenido por la reacción directa entre O2(g) y N2(g) está inevitablemente presente en los escapes de los automóviles. Otros productos encontrados en los escapes son hidrocarburos (gasolinas sin quemar) e hidrocarburos parcialmente oxidados. Estos, después, son los materiales de partida, los precursores de la nube fotoquímica de contaminación.
Han sido identificadas muchas sustancias en el aire de la nube de contaminación, incluyendo NO, NO2, ozono y una variedad de compuestos orgánicos derivados de los hidrocarburos de la gasolina. El ozono es muy reactivo y es en gran parte el responsable de las dificultades respiratorias que experimentan algunas personas durante la nube de contaminación. Otra sustancia perjudicial encontrada en la nube de contaminación es un compuesto orgánico conocido como el nitrato de peroxacetilo (NPA). El NPA es un potente lacrimógeno, es decir, ocasiona la formación de lágrimas en los ojos. Los componentes de la nube de contaminación fotoquímica producen daños importantes en las cosechas y el deterioro de objetos de goma. Y, por supuesto, el síntoma mejor conocido de la nube de contaminación es el aire marrón brumoso que ocasiona una visibilidad reducida.
Los químicos que han estudiado la formación de nubes de contaminación fotoquímica desde hace varias décadas han establecido que los precursores citados anteriormente, se convierten en componentes observables de la nube de contaminación a través de la acción de la luz solar. Debido a que las reacciones químicas implicadas son muy complejas y todavía no totalmente conocidas, se dará solamente un esquema breve, simplificado, que muestre cómo se forma la nube de contaminación fotoquímica.
El precursor en la formación de la nube es el NO(g) producido por la reacción que tiene lugar en los motores de los automóviles:
N2(g) + O2(g) → 2 NO(g) (1)
El NO(g) se convierte después en NO2(g), que absorbe radiación ultravioleta de la luz solar y se descompone:
NO2(g) + luz solar → NO(g) + O(g) (2)
Este proceso es seguido por la formación de ozono:
O + O2 → O3 (3)
Por lo tanto, una gran acumulación de ozono en la nube de contaminación fotoquímica precisa de una fuente abundante de NO2. En el pasado se pensó que esta fuente era la reacción:
2 NO + O2 → 2 NO2 (4)
Sin embargo, actualmente está bien establecido que la reacción anterior tiene lugar a una velocidad demasiado lenta para proporcionar los niveles requeridos de NO2 en la nube de contaminación fotoquímica. El NO se convierte rápidamente en NO2 cuando reacciona con O3:
O3 + NO → NO2 + O2 (5)
pero si bien esta reacción da cuenta de la formación del NO2 conduce a la destrucción del ozono. Así la formación de la nube de contaminación fotoquímica no puede tener lugar únicamente a través de la secuencia de reacción (1), (5), (2) y (3). El ozono debería consumirse tan rápidamente como se forma y por lo tanto no debería acumularse en absoluto.
Ahora se sabe que los compuestos orgánicos, especialmente los hidrocarburos sin quemar de los escapes automovilísticos, proporcionan una vía de conversión de NO a NO2. La secuencia de reacción siguiente explica algunos fragmentos moleculares extremadamente reactivos conocidos como radicales libres y representados por fórmulas escritas con un punto en negrita. RH representa una molécula de hidrocarburo, y R· es un fragmento de una molécula de hidrocarburo, un radical libre. Los átomos de oxígeno, fragmentos de la molécula de O2, se representan también como radicales libres, igual que los grupos hidroxilo, fragmentos de la molécula de agua.
RH + O· → R· + ·OH
RH + ·OH → R· + H2O
R· + O2 → RO2·
RO2· + NO → RO· + NO2
La etapa final de esta secuencia da cuenta de la conversión rápida de NO a NO2 que parece esencial para la formación de la nube de contaminación.
Para controlar la nube de contaminación, los automóviles está provistos ahora de un convertidor catalítico. El CO y los hidrocarburos son oxidados hasta CO2 y H2O en presencia de un catalizador de oxidación (como los metales platino o paladio) El NO debe ser reducido a N2, y esto requiere un catalizador de reducción. Un sistema de catalizador-dual utiliza ambos tipos de catalizadores. Alternativamente se utiliza una relación adecuada combustible-aire del motor para producir algo de CO e hidrocarburos sin quemar. Estos compuestos actúan después como agentes reductores para reducir el NO a N2:
2CO(g) + 2 NO(g) → 2 CO2(g) + N2(g)
A continuación, los gases de la combustión se pasan a través de un catalizador de oxidación que oxida los hidrocarburos sobrantes y el CO a CO2 y H2O. Las medidas de control futuras pueden incluir también la utilización de combustibles alternativos, tales como metanol o hidrógeno, y el desarrollo de automóviles movidos por energía eléctrica.