CLORO FLUOROCARBONADOS

Cuando se hace pasar una descarga eléctrica a través del oxigeno molecular, se origina otra forma alotrópica del elemento, al que se llama ozono O3.

3O2 (g) 2O3 (g) AH = +284 Kj.

Su olor picante puede detectarse después de una severa tormenta eléctrica o cerca de una maquina eléctrica. Es venenosa en bajas concentraciones (unas cuantas parte de millón el aire pueden ser peligrosas), presentando una formula de resonancia, como era de esperarse él numero de grupos de los electrones del átomo del oxigeno central, la molécula no es lineal.

El ozono absorbe la luz ultravioleta, en especial en las longitudes que resultan dañinas para los organismos vivientes. Esto hace que se descomponga el O3 y que se forme el nuevo O2. La absorción de la radiación UV por el ozono convierte en calor la energía de la luz UV, y proteger así a los habitantes del planeta de efectos dañinos de la radiación.

En 1995 el premio Novel de química fue otorgado a F. Sherwood Rowland, Mario Molina y Paúl Crutzen por sus estudios del agotamiento del ozono en la atmósfera. En 1970 Crutzen demostró que los óxidos del nitrógeno de origen natural destruyen catalíticamente el ozono.

Rowland y Molina reconocieron en 1974 que el cloro de los cloro-fluorocarbonados (CFC) puede agotar la capa de ozono que protege la superficie de la tierra contra la radiación ultravioleta nociva. Estas sustancias, principalmente el CFCl3 (Freón 11) y el CF2Cl2 (Freón 12), se han usado ampliamente como refrigerantes.

En latas de aerosoles, como gases refrigerantes y en acondicionadores de aire y como agentes espumantes para plásticos. No son reactivos en la atmósfera baja, y además son relativamente solubles en agua y, por consiguiente, no son eliminados de la atmósfera por la lluvia o por disolución entre los océanos.

Desafortunadamente, la carencia de reactividad que le confiere utilidad comercial también les permite sobrevivir en la atmósfera y difundirse con el tiempo en la estratosfera. Se calcula que hay varios millones de toneladas de cloro fluorocarbonos presentes en la atmósfera.

Conforme con los CFC se difunde en la atmósfera, quedan expuestos a la radiación de lata energía, que puede causar fotodisociación. Los enlaces C-Cl son considerablemente más débiles que los enlaces C-F. En consecuencia, se forman con facilidad átomos de cloro libres en presencia de luz con longitudes de onda del orden de 190 a 225 nm, como se muestra enseguida para el freón 12: CF2Cl2 (g) + hv CF2Cl(g) + Cl(g)

Los cálculos sugieren que la formación de átomos de cloro ocurre con máxima rapidez a una altura de aproximadamente 30 Km.

El cloro atómico reacciona rápidamente con el ozono para formar monóxido de cloro, ClO, y oxigeno molecular, O2: Cl(g) + O3(g) ClO(g) + O2(g)

En ciertas condiciones el monóxido de cloro puede reaccionar generando átomos de Cl libres: 2ClO(g) O2(g) + 2Cl(g)

Los átomos de carbono libre que se generan pueden con el O3, conformando un ciclo de descomposición de O3 a O2 catalizada por los átomos de cloro:

2O3(g) Cl 3O2(g)

Debido a que la velocidad de la catalización de del cloro con el ozono aumenta en forma lineal con el cloro, la rapidez con la que el ozono se destruye aumenta con la cantidad de átomos de Cl. Por siguiente, cuanto mayor es la cantidad de CFC que se difunden en la estratosfera, más rápida es la destrucción de la capa de ozono.

La difusión de las moléculas de la estratosfera es lenta. No obstante, se ha observado ya en adelgazamiento de la capa de ozono sobre el polo sur, en particular durante los meses de septiembre y octubre. Los científicos están encontrando indicios de que el polo norte sufre una perdida de ozono similar, auque menos pronunciada, durante la etapa final del invierno. También hay indicios crecientes de cierto agotamiento a latitudes más bajas.

Desde mediados de la época de los 70 los químicos y científicos de la atmósfera han estudiado extensamente el agotamiento del ozono en la atmósfera que cubre la antártica. Uno de los aspectos desconcertantes del agotamiento del ozono es que alcanza un máximo en septiembre y octubre, cuando se inicia la primavera antártica. Alrededor del 70 por ciento del ozono que esta sobre de la antártica se pierde durante esos meses, y la mayor parte de la perdida tiene lugar a altitudes entre 12 y 30 Km.

Las teorías más recientes acerca de la formación del agujero de ozono describen una interacción fascinante defectos químicos y físicos que ocurren en la estratosfera antártica. Como se indica en la descomposición de ozono, la liberación de átomos de cloro libres (provenientes de los CFC y otras fuentes) conduce a la destrucción del ozono y la formación de ClO.

Tanto el Cl(g) como él ClO(g) sufren reacciones con otros constituyentes de la atmósfera, como HCl, y nitrato de cloro, ClONO2:

Cl(g) +Ch4(fg) HCl(g) +CH3(g)

ClO(g) +NO2(g) ClONO2(g)

Ni el HCl ni el ClONO2, reacciona directamente con el ozono. En consecuencia, una ves que el Cl y él ClO están inmovilizados en este, así llamado, deposito de cloro construido por HCl y ClONO2, ya no dan origen a la destrucción del ozono. Por esta razón, los primeros modelos precedían que los CFC no tendrán un efecto considerable en la concentración de ozono en la estratosfera.

El cambio estacional en el tamaño del agujero de ozono proporciono, un indicio respecto a cual es la razón de que el agotamiento del ozono por el Cl sea más extenso de lo que se propuso originalmente.

El modelo actual, propuesto a mediados de la década de los 80, sugiere que las nubes estratosfericas polares (NEP) acelera la destrucción de del ozono. Se piensa que las nubes estratosfericas son poco comunes, en gran medida porque hay mucho vapor de agua en la estratosfera.

Durante el oscuro invierno antártico, no obstante, la temperatura es lo suficientemente baja (<195oK) como para que se formen nubes, típicamente a una altitud alrededor de 20Km. La formación de nubes elimina el NO2 de la atmósfera, con lo cual se interrumpe la eliminación del ClO. Las superficies cristalizadas de las nubes también catalizan la reacción entre los dos componentes del deposito de cloro, HCl y ClONO2, lo que da origen a la formación de Cl2:

HCl + ClONO2 NEP Cl2 + HNO3

En septiembre cuando la luz solar regresa a la región antártica el Cl2 se foto disocia en átomos de Cl, los cuales reaccionan con el ozono para formar Cl y O2. Debido a que hay tan poco NO2 presente en la atmósfera, él ClO que se produce no se inmoviliza en el deposito de cloro. En ves de ello, él ClO reacciona consigo mismo para formar el Cl2O2, una molécula que se foto disocia en O2 y átomos de Cl libres.

ClO + lO Cl2O2 Cl2O2 + hv O2 + 2Cl

Los átomos de cloro reaccionan con más ozono, y el ciclo se inicia una vez más. En esta forma, las NEP aumentan la disponibilidad de átomos de cloro libres para la destrucción del ozono; Un solo átomo de cloro puede destruir miles de moléculas de ozono antes de ser desactivado por un hidrocarburo o por el NO2.

Conforme la primavera antártica avanza hacia noviembre, la temperatura aumento y las corrientes cambiantes de los vientos deshacen las NEP, con lo que concluye el periodo de destrucción masiva del ozono. El aire ene le que ha disminuido la concentración de ozono se extiende desde el antártico y produce una disminución de los niveles atmosféricos de ozono en todo el hemisferio sur.

El agotamiento del ozono en el ártico es mucho menos grave que en el antártico porque por lo general no hace el frío suficiente para la formación de NEP. Sin embargo, en los primeros meses de 1995, la temperatura en el ártico alcanzo niveles muy bajos y midió una perdida de ozono de más de 30 del por ciento a una altitud de 20Km.

El efecto de largo plazo del agotamiento del ozono promete ser causa de fuerte preocupación para la comunidad cinética de la química y de las ciencias de la salud durante el próximo siglo.

A causa d los problemas ambiéntales asociados con los CFC, se han tomado medidas para limitar se manufactura y su uso. Un paso importante fue la firma del protocolo de Montreal sobre Sustancias que agotan la capa de ozono en 1987, en el cual las naciones participantes acordaron reducir la producción de CFC. Se fijaron limites más estratégicos en 1992, cuando los representantes de aproximadamente 100 países acordaron prohibir la producción y uso de CFC ara 1996. No obstante, y debido a que los CFC son no reactivos y a que se difunden tan lentamente en la estratosfera, los científicos calculan que el agomiento del ozono continuara hasta el próximo siglo.

¿Qué sustancias habrían de reemplazar a los CFC? En este momento, las alternativas principales son los hidrofluorocarbonados, que son compuestos que tienen enlaces C-H en lugar de los enlaces C-Cl de los CFC. Sin embargo, el cambio será costoso. Por ejemplo, el cambio a las alternativas actuales requiere la adaptación de los acondicionadores de aire antiguos o la adquisición de otros nuevos.

El costo de este cambio en los edificios comerciales, solo en estados unidos, se calcula en alrededor de dos mil millones de dólares. Además, los sustitutos actuales de los CFC son menos eficientes como refrigerantes y su uso requiere un poco más de energía, lo que también aumenta el costo para el consumidor. No obstante, los científicos y los encargados de fijar las políticas han llegado a la conclusión de que son necesarios para proteger el ambiente.