DINÁMICA QUÍMICA DINÁMICA QUÍMICA AMBIENTALAMBIENTAL

Prof. Jesús Olivero Verbel. Ph.D.

Grupo de Química Ambiental y Computacional

Universidad de Cartagena

La Especie Química Determina el Impacto Ambiental

La estructura de un compuesto determina sus La estructura de un compuesto determina sus Propiedades físico-químicas y biológicas.Propiedades físico-químicas y biológicas.

Propiedades Fisicoquímicas de importancia en Química Ambiental

Estructura

•Momento dipolar•Densidad•Viscosidad de líquidos•Calor de vaporización•Presión de vapor•Capacidad calórica•Conductividad térmica•Punto de ebullición•Punto de ignición•Constante de disociación

Solubilidad en LíquidosSolubilidad en Líquidos

Solubilidad en aguaSolubilidad en agua

Máxima cantidad de un compuesto que se disolverá en Máxima cantidad de un compuesto que se disolverá en agua pura a una temperatura específica.agua pura a una temperatura específica.

Solubilidad en agua Coeficientes de adsorción para sólidosSolubilidad en agua Factores de bioconcentraciónSolubilidad en agua Biodegradación en suelos

Coeficiente de Partición Octanol - AguaCoeficiente de Partición Octanol - Agua

El coeficiente de partición octanol agua El coeficiente de partición octanol agua (Kow) es definido como la relación de las (Kow) es definido como la relación de las

concentraciones en el equilibrio de un concentraciones en el equilibrio de un compuesto en un sistema bifásico octanol y compuesto en un sistema bifásico octanol y

agua a una temperatura determinada.agua a una temperatura determinada.

Kow puede oscilar entre 10-3 y 107

Coeficiente de Partición Octanol - AguaCoeficiente de Partición Octanol - Agua

CompuestoCompuesto Log KowLog KowEtanol Etanol -0.31-0.31CiclohexanoCiclohexano3.443.44DioxanoDioxano -0.42-0.42AntracenoAntraceno 4.454.45AldrinAldrin3.013.01DDTDDT 5.985.98MetilparatiónMetilparatión 3.223.22

ISOMEROS DE PCBs Y CONGENEROSNúmero de átomos de Cloro

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Alto Bajo

Bajo Alto

Solubilidad en AguaPresión de vaporBiodegradabilidad

LipofilicidadAfinidad por partículas

FACTOR DE BIOCONCENTRACIONFACTOR DE BIOCONCENTRACION

Indica el grado al cual un resíduo químico puede acumularse en los organismos acuáticos, en relación con la concentraciónambiental del químico en el agua.

BCF = Concentración en el equilibrio del químico en el organismo

Concentración promedio del químico en el agua

Valores para BCF varían entre 1 y 1.000.000Valores para BCF varían entre 1 y 1.000.000

FACTORES DE BIOCONCENTRACION

Compuesto Especie Exposición BCF (días)

Endrin Fathead minnow 300 4600Hexabromobiphenyl Fathead minnow 32 18100Mirex Fathead minnow 32 18100Naftaleno Fathead minnow 28 430Pentaclorofenol Fathead minnow 32 770

Coeficiente de Partición Aire - AguaCoeficiente de Partición Aire - Agua

Constante de la Ley de HenryConstante de la Ley de Henry

Hc = p/cHc = p/c

p= Presión de vapor del compuesto. p= Presión de vapor del compuesto. (mm Hg)(mm Hg)

C= Solubilidad en agua (mol/mC= Solubilidad en agua (mol/m33))

H = Pa /moles mH = Pa /moles m-3-3 = Pa. m = Pa. m33/mol/mol

Coeficiente de Partición Aire - AguaCoeficiente de Partición Aire - Agua

CompuestoCompuesto Hc (atm-m Hc (atm-m33/mol) /mol)

DieldrinDieldrin 2 x 102 x 10-7-7

DDTDDT 3,8x103,8x10-5-5

NaftalenoNaftaleno 1.15x101.15x10-3-3

AroclorAroclor 2.7x102.7x10-3-3

BencenoBenceno 5.5x105.5x10-3-3

OctanoOctano 3.23.2

Factores que afectan la movilidad de contaminantes en los ecosistemas

•Solubilidad en aguaSolubilidad en agua•Estado de agregación•Composición químicaComposición química•Temperatura de ebullición•Temperatura de fusión•Densidad•Viscosidad•Tensión interfacialTensión interfacial

Continuación...

Constante de HenryFactor de bioconcentraciónCoeficiente de adsorción en sueloCoeficiente de difusión en aire y aguaCoeficiente de partición octanol/agua

Afectan la mobilidad en general

 

Factores que afectan la mobilidad de contaminantes en los ecosistemas

Velocidad de biodegradación aeróbica y anaeróbicaVelocidad de hidrólisisVelocidad de oxidación químicaVelocidad de fotólisis

Procesos de degradación y transferencia de Procesos de degradación y transferencia de contaminantes en ecosistemas terrestrescontaminantes en ecosistemas terrestres

FotólisisFotólisisBiodegradación (aeróbica y anaeróbica)Biodegradación (aeróbica y anaeróbica)Hidrólisis (ácida o básica)Hidrólisis (ácida o básica)Filtración, erosión, lixiviadoFiltración, erosión, lixiviadoBioacumulación y biomagnificaciónBioacumulación y biomagnificaciónAbsorción y translocación por las plantasAbsorción y translocación por las plantasAdsorción en el sueloAdsorción en el sueloVolatilizaciónVolatilización

HIDROLISISHIDROLISIS

Hidrólisis es la reacción de un compuesto con agua, generalmente resultando en el intercambio neto de algún grupo saliente (-X) con OH- en el centro de reacción.

RX + H2O ROH + HX

El mecanismo de reacción puede incluir un Intermediario catiónico o aniónico y la velocidad de hidrólisis puede ser catalizada por especies básicas o ácidas.

CICLO GLOBAL DEL PLOMO – Balance de MasaCICLO GLOBAL DEL PLOMO – Balance de Masa

BiotaMuerto Vivo21x1011 8.3x1010

Volcanes4x108

Partículas orgánicas

16x109

Descomposición11x1010 SUELO

AGUASSUBTERRANEAS

8.2x1010

AIRE 1.8x1010

EmisionesAntropogénicas

DeposiciónAtmosférica

Tierra32x1010

DeposiciónAtmosférica

Oceános14x1010

Spray de Sal2x104

OCEANOS 30x1012

Descomposición

25x109

Decaimiento 10x1010

Disolución 27x1012

BiotaMuerto Vivo25x1011 8x1010

Asimilación2x109

Escapes Hidrotérmicos

14x1010

SEDIMENTO

Nriagu. Flujo en g/año.

44x1010

Polvo1.6x1010

48x1012

4.8x1015

Agua Dulce 4.8x1015

Ríos

4.8x1015

Escorrentía

6x1010

Minerales 14x1013

Asimilación ?

Distribución del Plomo en los EcosistemasDistribución del Plomo en los Ecosistemas

Pb2+ - particula Pb2+ - disuelto

Pb2+ - particula

Pb2+

Pb(CO3)-2

PbCl2

PbCl+

Pb2+-complejo orgánico

Pb(CH3)3+ Pb(CH3)2

+2

AIRE

AGUA

SEDIMENTO Pb(OH)2 Pb(CO3) PbO2 Pb2+-complejo orgánico

PbS Pb2+-complejo orgánico Pb2+-microbiano Pb(CH3)2S

Pb(CH3)4

Pb(CH2CH3)3+ Pb(CH2CH3)4

hv

Pb(CH3)3+ Pb(CH3)4

hv

Pb0

Pb0

Pb0

Pb(alquil)-disuelto

O2

Anóxico