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La química ambiental, denominada también química medioambiental, es la aplicación de la química al estudio de los problemas y la conservación del entorno del ser humano para nuestro bienestar llamado "ambiente biofísico". La química medioambiental estudia los procesos químicos que tienen lugar en el medio ambiente global, o en alguna de sus partes: el suelo, los ríos y lagos, los océanos, la atmósfera, así como el impacto de las actividades humanas sobre nuestro entorno y la problemática que eso puede representar.[1] La química de la atmósfera, a medida que la comunidad internacional presta más atención al entorno (con acuerdos internacionales como el protocolo de Kioto para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero), es una disciplina que ha ido cobrando cada vez más importancia.
El desarrollo de esta disciplina mostró las graves y costosas consecuencias que tuvo para la capa de ozono el uso generalizado de los clorofluorocarburos. Tras las experiencias con la lluvia ácida, la combinación de química medioambiental e ingeniería química resultó en el desarrollo de los tratamientos para limitar las emisiones de las fábricas.
También la química medioambiental se ocupa de los procesos, reacciones, evolución e interacciones que tienen lugar en las masas de aguas continentales y marinas por el vertido de contaminantes antropológicos. Asimismo, estudia los tratamientos de dichos vertidos para reducir su carga dañina.
También hay interacción entre la llamada Química sostenible o Química verde y la preservación del ambiente, pues aquella estudia optimizar los procesos productivos químicos, eliminando productos secundarios, empleando condiciones menos agresivas (de presión y temperatura, de tipo de disolvente).
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Un contaminante es una sustancia presente en la naturaleza a un nivel superior a los niveles fijos o que de otro modo no estaría allí.[2][3] Esto puede deberse a la actividad humana y a la bioactividad. El término contaminante se utiliza a menudo indistintamente con contaminante, que es una sustancia que tiene un impacto perjudicial en el medio ambiente circundante.[4][5] Mientras que un contaminante se define a veces como una sustancia presente en el medio ambiente como resultado de la actividad humana, pero sin efectos nocivos, a veces se da el caso de que los efectos tóxicos o nocivos de la contaminación solo se manifiestan en una fecha posterior.[6]
El "medio", como el suelo, o el organismo, como los peces, afectados por el contaminante, se denomina receptor, mientras que un sumidero es un medio o especie química que retiene (acumula) o interactúa con el contaminante, como el sumidero de carbono y sus efectos por parte de los microbios.
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Tradicionalmente, las ciencias ambientales han estudiado los procesos e interacciones en la mesosfera, la exosfera, la geosfera y la biosfera. La química ambiental no sólo se encarga del estudio de la vida, transporte y evolución de las sustancias en los ámbitos antes señalados, sino que debe añadir quinta esfera, la antroposfera,[7] que involucra las actividades y sustancias realizadas por los humanos.
Dentro de la Química ambiental, podríamos encontrar las siguientes divisiones, aunque es una materia en la que es difícil hacer separaciones rotundas, pues la mayoría de los ciclos biogeoquímicos afectan a algunas, o a todas, las partes:
- Química de la atmósfera.
- Química de la hidrosfera. Predomina, por su importancia, la química de los océanos.
- Química edáfica o química del suelo.
- Química de la biosfera.
- Química verde
Química de la atmósfera
La química de la atmósfera es una rama de la ciencia atmosférica en la que se estudia la química de la Atmósfera terrestre y la de otros planetas.[8] Es un enfoque multidisciplinar de investigación y se nutre de la química ambiental, la física, la meteorología, la modelización informática, la oceanografía, la geología y la vulcanología y otras disciplinas. La investigación está cada vez más conectada con otras áreas de estudio como la climatología.
La composición y la química de la atmósfera terrestre son importantes por varias razones, pero principalmente por las interacciones entre la atmósfera y los organismos vivos. La composición de la atmósfera terrestre cambia como resultado de procesos naturales como las emisiones de los volcanes, los rayos y el bombardeo de partículas solares procedentes de la corona. También ha sido modificada por la actividad humana y algunos de estos cambios son perjudiciales para la salud humana, los cultivos y los ecosistemas. Algunos ejemplos de problemas a los que se ha enfrentado la química atmosférica son la lluvia ácida, el agotamiento de la capa de ozono, el smog fotoquímico, los gases de efecto invernaderoes y el calentamiento global. Los químicos atmosféricos tratan de entender las causas de estos problemas y, al obtener una comprensión teórica de los mismos, permiten poner a prueba posibles soluciones y evaluar los efectos de los cambios en la política gubernamental.
Química ambiental del suelo
Para predecir el destino de los contaminantes, así como los procesos por los que se liberan inicialmente en el suelo, es fundamental conocer la química de los suelos ambientales. Una vez que una sustancia química se expone al medio ambiente del suelo, pueden producirse innumerables reacciones químicas que pueden aumentar o disminuir la toxicidad del contaminante. Estas reacciones incluyen adsorción/desorción, precipitación, polimerización, disolución, hidrólisis, hidratación, complejación y oxidación/reducción. Estas reacciones suelen ser ignoradas por los científicos e ingenieros implicados en la remediación ambiental. La comprensión de estos procesos nos permite predecir mejor el destino y la toxicidad de los contaminantes y nos proporciona los conocimientos necesarios para desarrollar estrategias de remediación científicamente correctas y rentables.
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La química ambiental es utilizada, por ejemplo, por la Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA), la Agencia de Medio Ambiente en Inglaterra, Recursos Naturales de Gales, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, la Asociación de Analistas Públicos y otras agencias ambientales y organismos de investigación de todo el mundo para detectar e identificar la naturaleza y el origen de los contaminantes. Estos pueden incluir[9]:
- Contaminación por metales pesados de la tierra por parte de la industria. Estos pueden ser transportados a las masas de agua y ser absorbidos por los organismos vivos.
- PAHs (Hidrocarburo Aromático Policíclico) en grandes masas de agua contaminadas por derrame de petróleos o fugas. Muchos de los PAHs son cancerígenos y son extremadamente tóxicos. Se regulan por concentración (ppb) mediante química ambiental y cromatografía pruebas de laboratorio.
- Los nutrientes que se filtran desde las tierras agrícolas a los cursos de agua, lo que puede dar lugar a floraciones de algas y eutrofización.[10]
- Escorrentía urbana de contaminantes que se desprenden de superficies impermeables (carreteras, aparcamientos y tejados) durante las tormentas. Los contaminantes típicos incluyen gasolina, aceite de motor y otros compuestos de hidrocarburos, metales, nutrientes y sedimentos. (suelo).[11]
- Compuestos organometálicos.[12]
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La historia del medio ambiente y de su química es ante todo la historia de su contaminación. En gran medida, son los cambios producidos en el aire, el agua y el suelo por los seres humanos los que están en la raíz de esto, a saber, la contaminación del tráfico, las pequeñas y grandes industrias y la agricultura.
En el pasado, la contaminación del aire se debía generalmente a "problemas de humo", que se relacionaban principalmente con el dióxido de azufre y el polvo. Los romanos ya se quejaban de la suciedad del aire en su ciudad. Los problemas se hicieron cada vez más importantes cuando se empezó a buscar carbón a partir del siglo XIII, principalmente en las ciudades. Por ejemplo, en 1958, Isabel I prohibió la quema de carbón en Londres mientras el parlamento estaba sentado; y en una ley promulgada en 1627 en Lyon, encontramos explícitamente el siguiente texto: “Aerem corrupere non licet” (“ prohibido contaminar el aire ”).
Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), conocido principalmente por su trabajo fundamental en química, era impopular en Francia por ser acusado de causar la contaminación del aire . No tenía esta mala reputación por sus experimentos químicos, por otro lado, quería limitar la fuga de personas que buscaban escapar del pago de impuestos construyendo un muro alrededor de la ciudad. Lavoisier era funcionario de Hacienda en París.[13]
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La mayoría de las ciudades antiguas, excepto unas pocas como Babilonia, hasta el siglo XIX descargaban sus desechos directa o indirectamente en ríos y lagos. Es solo a partir de este período que encontramos los primeros intentos de purificar las aguas residuales.
Por otro lado, las unidades centralizadas de abastecimiento de agua ya se citan a finales del siglo XV, entre otras en Basilea, Berna, Núremberg y Múnich. El agua procedente principalmente de pozos sigue siendo la fuente de vida de una ciudad. Cuando estas ciudades están sitiadas, el agua garantiza una cierta autarquía; por ejemplo, a mediados del siglo XV, la ciudad de Núremberg tenía 100 pozos municipales. La contaminación de estos pozos está severamente castigada, a veces hasta con la pena de muerte en esta ciudad. Entre otras cosas, está prohibido arrojar excrementos allí, lavar la ropa o hacer beber a los caballos.
Cuando se trata de utilizar ríos, arroyos o lagos como medio de transporte de residuos, nuestros antepasados eran extremadamente generosos. Las fábricas de lana , las lavanderías, las curtiembres , los herreros y los fabricantes de pergaminos han tenido a menudo el derecho especial de arrojar sus desperdicios a los ríos por la noche; se concedieron derechos similares a los tintoreros y mataderos .
Los problemas ambientales tuvieron impactos muy tempranosen la organización a nivel de la ciudad: así, por ejemplo, los funcionarios electos municipales de la ciudad de París prestaron atención para que los curtidores y carniceros se instalaran fuera de los límites urbanos . y aguas abajo del río, donde sus aguas residuales ya no podrían contaminar su propia ciudad.[14]
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Los análisis químicos cuantitativos son una parte clave de la química ambiental, ya que proporcionan los datos que enmarcan la mayoría de los estudios ambientales.[15]
Las técnicas analíticas comunes utilizadas para las determinaciones cuantitativas en química ambiental incluyen la química húmeda clásica, como los métodos gravimétrico, titrimétrico y electroquímicos. En la determinación de trazas de metales y compuestos orgánicos se utilizan métodos más sofisticados. Los metales suelen medirse mediante espectroscopia atómica y espectrometría de masas: Espectrofotometría de absorción atómica (AAS) y Emisión atómica con plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) o Espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Los compuestos orgánicos, incluidos los PAHs, suelen medirse también mediante métodos de espectrometría de masas, como la Cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC/MS) y la Cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC/MS). La espectrometría de masas en tándem MS/MS y la espectrometría de masas de alta resolución/precisión HR/AM ofrecen una detección de subpartes por billón. Los métodos no MS que utilizan GC y LC con detectores universales o específicos siguen siendo básicos en el arsenal de herramientas analíticas disponibles.
Otros parámetros que se miden a menudo en química medioambiental son los radioquímicas. Se trata de contaminantes que emiten radionucleidos. Se trata de contaminantes que emiten materiales radiactivos, como partículas alfa y beta, que suponen un peligro para la salud humana y el medio ambiente. Los contadores de partículas y los contadores de centelleo son los más utilizados para estas mediciones. Los bioensayos e inmunoensayos se utilizan para evaluar la toxicidad de los efectos químicos en diversos organismos. Reacción en cadena de la polimerasa RCP es capaz de identificar especies de bacterias y otros organismos mediante el aislamiento y la amplificación de genes específicos de ADN y ARN, y se muestra prometedora como técnica valiosa para identificar la contaminación microbiana ambiental.
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- Contaminación química
- Ciencias ambientales
- Ecosistema
- Ciclo biogeoquímico
- Contaminación
- Contaminante orgánico persistente
- Química de la atmósfera
- Biodiversidad
- Monitorización ambiental
- Química sostenible
- Green Chemistry (revista)
- Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente
- Organización Mundial del Medio Ambiente
Químicos del medio ambiente notables
- Paul Crutzen (Premio Nobel de Química en 1995)
- Alice Hamilton
- Charles David Keeling
- Mario Molina (Premio Nobel de Química en 1995)
- Roger Revelle
- Sherry Roland (Premio Nobel de Química en 1995)
- Robert Angus Smith
- Susan Solomon
- Ellen Swallow Richards
- John Tyndall
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