2.3: ¿Qué es la Química Ambiental?
- Page ID
- 70300
La práctica de la química verde debe basarse en la química ambiental. Esta importante rama de la ciencia química se define como el estudio de las fuentes, reacciones, transporte, efectos y destinos de las especies químicas en el agua, el suelo, el aire y los ambientes de vida y los efectos de la tecnología sobre los mismos. 1 La Figura 2.2 ilustra esta definición de química ambiental con un tipo importante de especies químicas ambientales. En este ejemplo, dos de los ingredientes requeridos para la formación de smog fotoquímico —el óxido nítrico y los hidrocarburos— son emitidos a la atmósfera desde vehículos y transportados a través de la atmósfera por corrientes de viento y aire. En la atmósfera, la energía de la luz solar provoca reacciones fotoquímicas que convierten el óxido nítrico y los hidrocarburos en ozono, compuestos orgánicos nocivos y materia particulada, todas características del smog fotoquímico. Se manifiestan diversos efectos nocivos, como partículas que oscurecen la visibilidad en la atmósfera, u ozono, que no es saludable cuando es inhalado por humanos, o tóxico para las plantas. Finalmente, los productos de smog terminan en el suelo, depositados en las superficies de las plantas o en cuerpos de agua.
La Figura 2.2.1 que muestra las cinco esferas ambientales puede proporcionar una idea de la complejidad de la química ambiental como disciplina. Enormes cantidades de materiales y energía se intercambian continuamente entre las cinco esferas ambientales. Además de los flujos variables de materiales, hay variaciones en la temperatura, intensidad de la radiación solar, mezcla y otros factores, todos los cuales influyen fuertemente en las condiciones químicas y el comportamiento.
A lo largo de este libro se enfatiza el papel de la química ambiental en la práctica de la química verde. La química verde se practica para minimizar el impacto de los químicos y procesos químicos sobre los humanos, otros organismos vivos y el medio ambiente en su conjunto. Es sólo en el marco de un conocimiento de la química ambiental que la química verde se puede practicar con éxito.
Hay varias categorías de química ambiental altamente interconectadas y superpuestas. La química acuática se ocupa de los fenómenos y procesos químicos en el agua. Los procesos químicos acuáticos están muy fuertemente influenciados por microorganismos en el agua, por lo que existe una fuerte conexión entre la hidrosfera y la biosfera en lo que respecta a dichos procesos. Los procesos químicos acuáticos ocurren principalmente en “aguas naturales” que consisten en agua en océanos, cuerpos de agua dulce, arroyos y acuíferos subterráneos. Estos son lugares en los que la hidrosfera puede interactuar con la geosfera, la biosfera y la atmósfera y a menudo está sujeta a influencias antrosféricas. Aspectos de la química acuática se consideran en diversas partes de este libro y se abordan específicamente en el Capítulo 9, “El agua, la última sustancia verde”.
La química atmosférica es la rama de la química ambiental que considera los fenómenos químicos en la atmósfera. Dos cosas que hacen que esta química sea única son la dilución extrema de importantes químicos atmosféricos y la influencia de la fotoquímica. La fotoquímica ocurre cuando las moléculas absorben fotones de luz visible de alta energía o radiación ultravioleta, se energizan (“excitan”) y experimentan reacciones que conducen a una variedad de productos, como el smog fotoquímico. Además de las reacciones que ocurren en la fase gaseosa, muchos fenómenos químicos atmosféricos importantes tienen lugar en las superficies de partículas sólidas muy pequeñas suspendidas en la atmósfera y en gotitas de líquido en la atmósfera. Aunque no hay reacciones químicas atmosféricas significativas mediadas por organismos en la atmósfera, los microorganismos juegan un papel importante en la determinación de las especies que ingresan a la atmósfera. Como ejemplos, las bacterias que crecen en ausencia de oxígeno, como en los estómagos de las vacas y bajo el agua en los arrozales, son la fuente más grande de hidrocarburo en la atmósfera debido a las grandes cantidades de metano que emiten. La mayor fuente de compuestos orgánicos de azufre en la atmósfera consiste en microorganismos en los océanos que emiten sulfuro de dimetilo. La química atmosférica se aborda específicamente en el Capítulo 10, “Cielos Azules para un Ambiente Verde”.
Los procesos químicos que ocurren en la geosfera que involucran minerales y sus interacciones con el agua, el aire y los organismos vivos son abordados por el tema de la geoquímica. Una rama especial de la geoquímica, la química del suelo, se ocupa de los procesos químicos y bioquímicos que ocurren en el suelo. Aspectos de la geoquímica se explican en el Capítulo 11, “La geosfera y una Tierra Verde”, y la química del suelo y agrícola se tratan en el Capítulo 12, “La biosfera y la alimentación de un mundo hambriento”.
La bioquímica ambiental aborda los procesos biológicamente mediados que ocurren en el ambiente. Dichos procesos incluyen, como ejemplos, la biodegradación de materiales de desecho orgánicos en suelo o agua y procesos dentro de ciclos biogeoquímicos, como la desnitrificación, que devuelve nitrógeno químicamente unido a la atmósfera como gas nitrógeno. Los fundamentos de la bioquímica se presentan en el capítulo 7, “La química de la vida y la química verde”, y otros aspectos de la bioquímica se presentan en el capítulo 12, “La biosfera y la alimentación de un mundo hambriento”. El capítulo 14, “Alimentar a la antrosfera: utilización de materiales renovables y biológicos”, analiza cómo los procesos químicos llevados a cabo por los organismos pueden producir materias primas materiales necesarias para la práctica de la química verde. Los efectos tóxicos de los químicos son de suma preocupación para los químicos y el público. El capítulo 16, “Terrorismo, Toxicidad y Vulnerabilidad: Química y Tecnología Verdes en Defensa del Bienestar Humano”, aborda aspectos de estos efectos tóxicos y discute la química toxicológica.
Si bien no existe un área formalmente reconocida de la química conocida como “química antrosférica”, la mayor parte de la ciencia química y la ingeniería desarrollada hasta la fecha se ocupa de la química llevada a cabo en la antrosfera. Se incluye la química industrial, que está muy estrechamente ligada a la práctica de la química verde. Una buena manera de ver la “química antrosférica” desde una perspectiva de química verde es dentro del contexto de la ecología industrial. La ecología industrial considera los sistemas industriales de manera análoga a los ecosistemas naturales. En un sistema de ecología industrial, diversas operaciones de fabricación y procesamiento llevan a cabo el “metabolismo industrial” sobre los materiales.Un ecosistema industrial exitoso está bien equilibrado y diverso, con diversas empresas que generan productos entre sí y utilizan los productos de cada uno y los desechos potenciales. Un ecosistema industrial que funcione bien recicla los materiales en la mayor medida posible y produce pocos, idealmente no, desechos. Por lo tanto, un buen ecosistema industrial es un sistema químico verde. La ecología industrial y la química ambiental antrosférica se abordan en el Capítulo 13, “Teantrosfera, Química Verde y Ecología Industrial”.