A partir de la Revolución Industrial, los cambios han sido vertiginosamente rápidos, en poco más de 200 años, el hombre ha perturbado de manera evidente las condiciones climatológicas del planeta y las diversas especies que habitan en él.
Hoy en día, el ser humano se preocupa por la situación que acontece en el ambienta, por ello surge la necesidad de proporcionar cuidado a los problemas ambientales que se presentan. Los problemas ambientales deben identificarse y ubicarse para comprender su importancia e impacto a los diversos medios de manera general al aire, suelo, el agua y la diversidad biológica flora y fauna silvestres, estos son los recursos naturales que hoy ida sufren de contaminación, el encontrar soluciones para el arquetipo entre la necesidad del consumo de recursos naturales y su preservación es uno de los objetivos trascendentales de la química de hoy. Como respuesta a esta problemática surge la química ambiental.
La química ambiental y de la química clásica es una ciencia pluridisciplinaria por tratar a otras áreas como la ecología, la biología, la educación ambiental, la geología y la ingeniería sanitaria.
El objetivo de la química ambiental debe ir más allá de la inclusión de estudios de gran número de compuestos químicos diferentes, procesos y metodologías de remediación para la detección de problemas ambientales e incluso encontrar las soluciones a dichos problemas, despertando una inquietud de entender los fenómenos de la contaminación en el ambiente con la finalidad primordial de mejorar la calidad de vida del planeta que habitamos. Afortunadamente, desde 1990 está rama se dedica a reducir sus riesgos y a disminuir los efectos adversos producidos por su práctica y fomentar el consumo de los recursos no renovables.
Contexto de la química ambiental.
La química ambiental asimila los cambios, es decir, los procesos químicos que acontecen en el ambiente. Sabemos que estos cambios pueden ser naturales o causados por el hombre y en algunos casos tienen impactos negativos en el entorno y en la humanidad. Siendo así, la química ambiental es un instrumento de gran potencial para la enseñanza de educción ambiental y ecológica.
Por todo esto, los químicos/as decimos que la química ambiental es la ciencia que se encarga del estudio del ambiente e implicaciones provocadas por las actividades humanas, (agropecuarias, industriales y de servicios) debido a que en la elaboración o distribución de los productos se desprenden contaminantes que afectan a los diversos medios como al agua, suelo y aire.
La química ambiental surge precisamente como rama de la química tradicional para proponer soluciones, para prevenir, reducir y eliminar los impactos negativos ocasionados por las acciones realizadas por el hombre y las ocasionadas de manera natural.
Hoy en día, los países tanto desarrollados como de economía emergente tienen un crecimiento económico que depende principalmente de procesos industriales donde la materia prima proviene de diversas fuentes (naturales y/o sintéticas). Durante el procesamiento, se abastecen de agua, combustibles y/o sustancias químicas, ocasionando la generación de productos y derivados que dañan y deterioran al ambiente. Al mismo tiempo, una vez terminada la vida útil del producto, en algunos casos este, así como el envase o empaque que lo contiene se convierten en contaminante para diversos medios (agua, suelo y aire), por lo que es importante el estudio de la química ambiental como rama de la química.
Elementos y compuestos químicos del ambiente.
Los diversos átomos que constituye la materia los conocemos como elementos químicos, los cuales se encuentran ubicados en familias y periodos en la tabla periódica. Estos elementos químicos se organizan para formar numerosos compuestos. Observa la siguiente tabla.
Tabla 1 Elementos químicos en el ambiente.
| Molécula o ion de importancia biológica en la que se encuentra el elemento | Localización en el ambiente | |||||
| Elemento | Símbolo químico | Nombre | Fórmula | Aire | Disuelto en agua | Minerales en las rocas y el suelo |
| Carbono | C | Dióxido de carbono | CO2 | X | X | X (CO3-) Carbonato |
| Hidrógeno | H | Agua | H2O | X | X | |
| Oxígeno atómico (necesario en la respiración) | O | Gas oxígeno | O2 | X | X | |
| Oxígeno molecular (liberado en la fotosíntesis) | O2 | Agua | H2O | El agua misma | ||
| Nitrógeno | N | Gas nitrógeno | N2 | X | Por fijación | |
| Ion amonio | NH4+ | X | X | X | ||
| Ion nitrato | NO3- | X | X | |||
| Azufre | S | Ion sulfato | SO42- | X | X | |
| Fósforo | P | Ion fosfato | PO43- | X | X | |
| Potasio | K | Ion potasio | K+ | X | X | |
| Calcio | Ca | Ion calcio | Ca2+ | X | X | |
| Magnesio | Mg | Ion magnesio | Mg2+ | X | X | |
| Cloro | Cl | Ion cloro | Cl- | X | X | |
| Minerales | ||||||
| Hierro | Fe | Ion hierro | Fe2+,3+ | X Fe2+ solo | X | |
| Manganeso | Mn | Ion manganeso | Mn2+ | X | X | |
| Boro | B | Ion boro | B3+ | X | X | |
| Zinc | Zn | Ion zinc | Zn2+ | X | X | |
| Cobre | Cu | Ion cobre | Cu2+ | X | X | |
| Molibdeno | Mo | Ion molibdeno | Mo2+ | X | X | |
| Trazas | ||||||
| Cadmio | Cd | Ion cadmio | Cd2+ | X | X | |
| Cromo | Cr | Ion cromo | Cr3+ | X | X | |
| Selenio | Se | Ion selenio | Se2+ | X | X | |
| Vanadio | V | Ion vanadio | V2+ | X | X | |
| Níquel | Ni | Ion níquel | Ni2+ | X | X | |
| Aluminio | Al | Ion aluminio | Al3+ | X | X | |
| Estaño | Sn | Ion estaño | Sn2+ | X | X | |
| Iodo | I | Ion iodo | I1- | X | X | |
| Flúor | F | Ion flúor | F1- | X | X | |
| Cobalto | Co | Ion cobalto | CO2+ | X | X | |
| Silicio | Su | Ion silicio | Si2+ | X | X | |
| Arsénico | As | Ion arsénico | As2+ | X | X | |
Concepto y tipos de contaminantes.
Contaminante es toda sustancia presente en el medio (acuoso, terrestre y/o aire), que si se encuentran en determinadas concentraciones provocan problemas adversos al ambiente y en consecuencia a la salud de los seres vivos.
Según Manuel Ludevid, contaminación es la adición de materiales o energía en cantidades que causan alteraciones no deseables a alguno de los medios o a todos (agua, aire y suelo) como resultado de las actividades provocadas por el hombre.
De acuerdo con la Ley General de Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente (LGEEPA), contaminante es “toda materia o energía en cualesquiera de sus estados físicos y formas, que al incorporarse o actuar en la atmósfera, agua, suelo, flora, fauna o cualquier elemento natural, altere o modifique su composición y condición natural”. Y contaminación es “la presencia en el ambiente de uno o más contaminantes o de cualquier combinación de ellos que cause desequilibrio ecológico”.
Es substancialmente necesario indicar que la contaminación no se da en una sola zona, ni es un solo tipo de contaminante sino es un cumulo de contaminantes combinados y que provocaran daños según el medio hacia donde se encuentren, por ejemplo, al aire, al agua, al suelo.
Cada valor de contaminante varía dependiendo de la proximidad a la fuente generadora y las condiciones del clima, la temperatura, la velocidad del viento, el movimiento de sistemas de altas y bajas presiones y la interacción entre ellos y con la topografía puntual, por ejemplo, en las montañas. Otra condición climática es la velocidad e incluso la dirección del viento; de esta manera, veremos que regiones serán afectadas por la dirección y en cuanto tiempo llegara la problemática ambiental y conocer el grado de exposición (composición y concentración) a la cual se encontrará la población y el entorno, entonces la contaminación no es una sola sustancia, es una mezcla de ellas y que actúa con todos los seres vivos, donde los efectos son sinérgicos (significa que dos o más factores juntos provocan un efecto potencial que si fuera un solo contaminante).
Por ejemplo, la temperatura suele disminuir con la altitud, pero cuando una capa de aire frío se asienta bajo una capa de aire caliente produce lo que se conoce como una inversión térmica, entonces la mezcla atmosférica se retarda y los contaminantes se depositan cerca del suelo. Las inversiones térmicas pueden quedar bajo un sistema estacionario de altas presiones unido a una baja velocidad del viento por demasiado tiempo.
Tipos de los contaminantes.
Existen diversas clasificaciones de los contaminantes: por su origen y por su estado físico. Sin embargo, los contaminantes se clasifican de manera general en físicos, químicos y biológicos de acuerdo con Dick son.
Los contaminantes físicos son aquellos componentes como la materia y/o energía producida por medios mecánicos como vibraciones y ruido; térmica como frío y calor extremo, y las radiaciones, los cuales afectan al ambiente (medio acuoso, terrestre y aéreo). En el caso del medio acuoso, estos contaminantes se depositan en la superficie impidiendo el intercambio de oxígeno disuelto, por lo tanto, la vida acuática se ve afectada y puede provocar su muerte. En el medio terrestre, por ejemplo, afectan las cosechas disminuyendo su productividad provocando hambrunas. En el aire, los contaminantes se incorporan a este y son llevados, por ejemplo: las cenizas volcánicas y las partículas originadas por las diferentes industrias y otras actividades humanas.
Los contaminantes químicos son aquellas sustancias o materiales de origen orgánico e inorgánico que modifican las condiciones naturales del medio como las descargas domésticas, agrícolas e industriales, por ejemplo: el ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, fosfatos provenientes de detergentes, blanqueadores, pinturas, compuestos nitrogenados y fosforados (bionutrientes), compuestos clorofluorocarbonados producidos por productos en forma de spray, elementos tóxicos (Hg, Be, Pb, Zn, As, Sb, etc.) provenientes de actividades industriales, elementos radioactivos (Ra, Sr, Cs, etc.) liberados como consecuencia de desastres nucleares, gases (H2, S, NH3, Cl2, etc.) resultado de diversas actividades humanas, etc.
Los contaminantes biológicos son organismos que modifican y dañan las condiciones naturales del medio por su sola presencia o por las sustancias derivadas de sus procesos biológicos ejemplo de este tipo de contaminantes son las bacterias, los virus, los hongos y las algas que producen diversas enfermedades al ser humano como la hepatitis, la tifoidea, el cólera, entre otras. El botulismo es una enfermedad causada por una bacteria, su hábitat común es el suelo, plantas, sedimentos y en los animales ocasiona problemas y desequilibrio ecológico e incluso la muerte de las especies.
Referente a las fuentes generadoras de la contaminación se conocen también como antropogénicas y son de dos tipos: estáticas y fuentes móviles. Las estáticas se subdividen en fuentes zonales y localizadas (zonas industriales, minas, canteras, producciones agrícolas, productos químicos, industrias básicas de metales, generadoras de energía, entre otras) y las fuentes móviles son los vehículos donde se lleva a cabo la combustión y que quedan incluidos desde los más ligeros hasta los más pesados.
No se debe descartar que también haya fuentes naturales de contaminación, por ejemplo, volcanes, focos bacteriológicos, vegetales y otros de origen natural.
Comportamiento de los contaminantes.
De acuerdo con Mihelcic y Zimmerman, los procesos de equilibrio importante para el estudio de los contaminantes son los que se enumeran a continuación:
· Volatilización.
· Equilibrio agua-aire.
· Química ácido-base
· Óxido-reducción.
· Precipitación-disolución.
· Absorción, adsorción y sorción.
Sorción y adsorción tiene significados iguales y se considera al proceso de retención de un adsorbato o absorbato (gases, vapores, líquidos o cuerpos disueltos) por un adsorbente o absorbente (sólido o líquido) al estar en contacto, mientras que absorción consiste en la separación de un componente de un gas con un líquido. Como ejemplo de adsorbente o absorbente se tiene: la superficie del suelo, el sedimento en un puerto o en un río, material acuífero o carbón activado.
