Dióxido de Azufre en el aire

Química. Contaminantes. LLuvia ácida. Método de la acidez gaseosa total. Reactivos. Primarios. Secundarios

  • Enviado por: TRIPI
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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  • INTRODUCCIÓN

  • Los contaminantes en la atmósfera se expanden más que en la superficie de la tierra, por eso son muy peligrosos, ya que afectan a más gente aunque en menor medida.

    Existen diferentes clasificaciones de estos contaminantes, como por ejemplo distinguirlos en:

    • Contaminantes primarios: SO2, NOx, CO, CO2, Cl2, polvos, etc.

    • Contaminantes secundarios: H2SO4, HNO3, etc. Se producen por transformaciones y reacciones que sufren los contaminantes primarios en el seno de la atmósfera.

    La abundancia de estos contaminantes en el último cuarto de siglo ha saltado la alarma por la preocupación de los problemas medioambientales como el agujero de la capa de ozono estratosférica, el smog fotoquímico de las ciudades, la lluvia ácida y el efecto invernadero, posible causante del cambio climático.

    En la practica que nos ataña vamos a utilizar un método de análisis para determinar concretamente la concentración de SO2 en el aire, que es un contaminante precursor de la lluvia ácida.

    Lluvia ácida

    Es cualquier tipo de precipitación que contenga cantidades significativas de ácido como para tener un pH inferior a cinco. Presenta un problema regional, de área, no es un problema global. La lluvia no ácida tampoco es neutra, tiene un p H alrededor de 5,6 debido a que el CO2 de la atmósfera es algo soluble en agua dando lugar a un equilibrio con el H2CO3.

    Los ácidos predominantes en la lluvia ácida son el H2SO4 y el HNO3 que son generados respectivamente por los contaminantes primarios SO2 y NOx mediante oxidantes de la atmósfera como HO·, O3, H2O2, etc. Este proceso de acidificación tiene lugar mediante:

    • deposición seca: Masas de aire contaminado que se ponen en contacto directo con la superficie, se produce en las proximidades del foco emisor.

    • deposición húmeda: Es un problema de contaminación de lagos, suelos, patrimonio artístico, etc, a largo plazo. Por lo que la lluvia se produce a centenares de kilómetros del foco emisor, incluso puede llegar a ser un problema transfronterizo. Hay países exportadores e importadores de lluvia ácida, Suecia y el sur de Noruega tienen mucha degradación de bosques debido a las emisiones de Inglaterra.

    Dióxido de azufre

    Las fuentes emisoras de SO2 pueden ser naturales (producen el 55,2%), como la descomposición de la materia vegetal o el efecto de los volcanes, y antropogéncas (44,7%), como las centrales térmicas (70% de las emisiones antropogénicas), consumición de derivados del petróleo (16%), craqueo del petróleo (4%), la siderurgia (4,5 %).

    Hay que tener en cuenta que el efecto contaminante de las fuentes naturales es mínimo, ya que la emisión de SO2 está muy dispersada por toda la tierra. En cambio las emisiones antropogénicas están muy concentradas, por lo que son estas las que se deben reducir para frenar el problema.

    Las industrias pueden emitir SO2 directamente o emitir H2S que se oxida a SO2. Los procesos en los que se emite H2S son:

    · Obtención de gas natural

    · Craqueo del petróleo

    · Industria del papel (menos importante)

    El H2S se puede eliminar mediante el denominado "método de Claus":

    T = 300 K 2H2S + SO2 (Al2O3 ó Fe2O3) 'Dióxido de Azufre en el aire'
    S8 + 2H2O

    Y las emisiones directas de SO2 están producidas por:

    · Las fundiciones metalúrgicas de metales no ferrosos: Los metales que se encuentran en la naturaleza en forma de sulfuros como el NiS o el CuS generan SO2 en la conversión del sulfuro en oxido. Para evitar la emisión de SO2 se puede oxidar a H2SO4 o licuarlo para venderlo como disolvente

    · Centrales térmicas: Son el gran emisor de óxidos de azufre, aunque existen varias soluciones para reducir estas emisiones. El principal problema es que el SO2 se genera diluido con otros gases, por lo que resulta difícil aislarlo. A continuación vamos a describir los diferentes métodos para la reducción de las emisiones de SO2:

  • El SO2 se puede adsorber mediante una reacción ácido-base, ya que es un oxido no metálico ácido que si lo hacemos pasar por una suspensión de carbonato cálcico (caliza), que es una base y además muy barata, queda adsorbido y transformado en CaSO3. Este sulfito se oxida a CaSO4 de donde se obtiene un fertilizante, o se regenera CaCO3 o se vuelve a generar SO2 que ahora como ya está aislado se puede licuar o transformar en ácido sulfúrico. Con este método se puede eliminar el 90% de las emisiones de SO2.

  • Construcción de chimeneas muy altas para emitir los gases a gran altura y evitar la concentración local de contaminantes gracias a la dispersión generada por las corrientes de aire. Esta es la estrategia que utiliza la central térmica de Teruel, que emite 80 Tm/h de SO2.

  • Utilizar como combustible carbón que contenga menos del 1% de azufre o sustituirlo por petróleo o si es posible por gas natural, que es el que genera con diferencia menos SO2. También se puede lavar el carbón y eliminar su azufre con CaCL o utilizar carbón de ulla, que contiene FeS.

  • Gasificación del carbón, obteniendo gas de síntesis. Esta es la estrategia utilizada en la central de Puertollano.

  • Inyectar caliza directamente al quemador durante la combustión

  • 2. OBJETIVO

    El objetivo de esta práctica es determinar la concentración de dióxido de azufre en el aire. Pero este contaminante no va estar generado por un foco emisor de contaminación, sino que vamos a impregnar con SO2 el aire que vamos a analizar, mediante una descomposición de una disolución de bisulfito sódico.

    3. DETERMINACIÓN DE SO2 EN AIRE. MÉTODO DE LA ACIDEZ GASEOSA TOTAL.

    Los métodos de determinación de SO2 en aire vienen regulados por Orden de 10 de Agosto de 1976 (BOE 266 de 5 de noviembre de 1976). El método que vamos a utilizar en esta práctica es un método de medición denominado método de la acidez gaseosa. El SO2 queda absorbido por oxidación a ácido sulfúrico mediante el burbujeo del aire en una disolución de peróxido de hidrógeno (cuyas condiciones iniciales eran las del punto de viraje del correspondiente indicador) . La disolución queda acidificada, por eso podemos determinar la concentración de ácido sulfúrico mediante una valoración ácido-base con un patrón primario, y a partir de hay determinar la concentración de SO2 que tenia la muestra de aíre.

    La precisión del método es de 'Dióxido de Azufre en el aire'
    10% para concentraciones superiores a 100 ðg/m3. Y la interferencia más frecuente que podría aparecer es la presencia de amoníaco, en cuyo caso debemos sustituir este método por la técnica patrón método de la Thorina (que no será necesario utilizar en esta práctica)

    4. MATERIAL NECESARIO

    • Montaje experimental:

    1

    6 7

    8

    4 5

    3

    Figura 1.

    Sistema de generación de SO2:

  • bureta de adición de reactivos

  • matraz de fondo redondo (balón)

  • agitador magnético

  • Sistema de captación del gas:

    4 y 5. Dos borboteadores en serie y frasco de seguridad

    Sistema de bombeo y control del caudal:

    6. bomba de extracción

    7. dispositivo de medida del caudal de gas

    8. válvula reguladora del caudal de gas

    • Material auxiliar de laboratorio: Todo el material necesario para preparar las disoluciones y las realizar las valoraciones (bureta, erlenmeyers, pipetas, etc.).

    5. REACTIVOS

    • Disolución de bisulfito sódico: La preparamos diluyendo 2 ml de disolución de NaHSO3 al 39% en 100 ml de agua destilada (matraz aforado de 100 ml).

    • Ácido sulfúrico 0,01 N

    • Indicador de pH a 4,5 (Indicador BDH). Este indicador vira a pH 4,5 según el siguiente esquema:

    Menor

    PH = 4,5

    Mayor

    Rosado

    Gris

    Azul

    • Ácido clorhídrico 0,1 N

    • Hidróxido sódico 0,1 N

    • Solución captadora: Diluimos 5 ml de H2O2 al 30% en 500 ml de agua destilada (matraz aforado de 500 ml). Antes de aforar añadimos unas gotas de indicador y ajustamos el pH a 4,5 (color gris) utilizando ácido clorhídrico e hidróxido sódico, y de esta manera familiarizarnos con el cambio de color.

    • Disolución de carbonato sódico 0,01 N: Disolver 1,06 g de Na2CO3 en un litro de agua destilada (esta disolución ya estaba preparada)

    6. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

    • Regulación del caudal:

    Añadimos 30 ml de agua destilada a cada uno de los dos frascos borboteadores. Con el matraz de fondo redondo vacío, accionamos la bomba de aspiración y con la válvula regulamos el caudal de paso del aire para mantenerlo alrededor de 1,5 L/min. Para ello disponemos de un flujómetro calibrado hasta 400 ml, y para un caudal de 1,5 L/min la burbuja generada debe tardar unos 16 segundos en recorrer los 400 ml del tubo.

    t = 0,4 (L) · 60 / 1,5 (L/min) = 16 seg

    En este primer experimento el tiempo que tardo la burbuja fue de t1 = 15,8 seg. Pero durante el resto de la práctica seguimos midiendo el tiempo de vez en cuando, y vimos que se mantenía estable:

    t2 = 14,5 s

    t3 = 15,5 s

    t2 = 15,5 s

    t2 = 15,0 s

    sacamos la media aritmética: t = 15,3 seg , por lo que el caudal de aire será 1,56 L/min.

    • Proceso de generación y captación del SO2:

    Antes de accionar la bomba de aspiración, cargamos 30 ml de disolución captadora cada uno de los frascos, 100 ml de la disolución diluida de bisulfito sódico en el balón y llenamos la bureta con el suficiente ácido sulfúrico 0,01 N como para alimentar el balón con una gota cada dos minutos durante todo el proceso (30 minutos), de esta forma generaremos SO2 (gas) que será arrastrado por el aire hacia los borboteadores. La reacción es la siguiente:

    NaHSO3 + H2SO4 = SO2 + NaHSO4 + H20

    Desconectamos la bomba de aspiración al cabo de 30 minutos, y analizamos por separado la disolución contenida en los frascos borboteadores, esta disolución es de color azul, es decir, esta acidulada debido a que el SO2 es oxidado por el peróxido de hidrógeno a ácido sulfúrico . Para determinar el contenido de ácido sulfúrico de cada frasco valoramos con carbonato sódico hasta el viraje del indicador a rosa. La suma de ambas cantidades servirá de base para calcular la concentración de SO2 existente en el aire.

    7. PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS

    Caudal de aire = 1,56 L/min

    Tiempo de toma de muestra = 30 min

    Presión = 0.9953 atm

    Temperatura = 24,5 ºC

    Borboteador

    ml carbonato sódico

    1

    48,2

    2

    0,2

    Total

    48,4

    Nota: La función del segundo borboteador es recoger el SO2 que no se oxida en el primer borboteador.

    Con todos estos datos podemos calcular la concentración de SO2 en aire mediante la siguiente fórmula:

    Conc SO2 ='Dióxido de Azufre en el aire'
    (ðg/m3) (1)

    M : ml totales de carbonato sódico consumido.

    L : litros de volumen de la muestra de aire medidos en las condiciones de T y P del laboratorio:

    L = Caudal de aire · tiempo = 1,56 · 30 = 46,8 L

    L´ : litros de volumen de la muestra de aire medidos en condiciones normales (T´ = 0ºC y P´ = 1 atm).

    'Dióxido de Azufre en el aire'
    (2)

    L´='Dióxido de Azufre en el aire'
    = 42,77 L

    Conc SO2 ='Dióxido de Azufre en el aire'
    = 363275,6614 ðg/m3

    Conc SO2 = 363275,66 ðg/m3

    8. BIBLIOGRAFÍA

    • Fundamentals of Air Pollution (1994). RW. Boubel, D.L. Fox, D.B. Turner, y A.C stern . Academic Press. San Diego.

    • Encyclopedia of Industrial Chemical Analysis (1974). Vol 18. F. D. Snell y L. S. Ettre editores. Interscience Publishers. New York.

    • Apuntes del módulo "Química inorgánica del medio ambiente"

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