Microbiología

Ácidos y bases

Los ácidos son sustancias que donan protones (iones de hidrógeno, H ⁺ ) a bases.

Las bases son sustancias que aceptan protones de ácidos.

Veamos un ejemplo.
El cloruro de hidrógeno (HCl) es un gas. Sus dos átomos se mantienen unidos por un par de electrones compartidos. Sin embargo, el átomo de cloro es mucho máselectronegativo que el hidrógeno, que el vínculo entre ellos es covalente polar .

Enlace a la discusión de electronegatividad y su papel en la formación de enlaces.

Cuando el cloruro de hidrógeno se burbujea a través del agua, el núcleo del átomo de hidrógeno se va y se instala en uno de los pares de electrones no compartidos en la molécula de agua. Sin embargo, su electrón queda atrás todavía unido al átomo de cloro. "1"
Esto produce ionización:

• un ión cloruro (Cl ^- )
• un ion hidronio (H ₃ O ⁺ ). "2"

La resultante mezcla se llama ácido clorhídrico .
Ahora vamos burbuja amoníaco gas (NH ₃ ) a través del ácido clorhídrico. Moléculas de amoníaco tener un par de electrones no compartidos y estos tienen una mayor afinidad por un protón de hacer que los electrones no compartidos en la molécula de agua. En consecuencia, el protón se desplaza de nuevo ( "3" ) para formar un nuevo ion, el ion amonio (NH ₄ ⁺ ) y agua ( "4" ).
Debido a que tanto la molécula de HCl y el ion hidronio son donantes de protones, que cumplen con la definición de un ácido .
La molécula de agua en el primer ejemplo y el amoníaco en el segundo ejemplo aceptan protones; Por lo tanto, cada uno es una base de .
Mientras HCl se encuentra en los sistemas vivos (por ejemplo, el jugo gástrico secretado por el estómago), los ácidos más comunes en biología son los que contienen elgrupo carboxilo ( "5" ).
El protón del grupo carboxilo se elimina fácilmente formando el ion carboxilo ( "6" ).
El ácido acético (CH ₃ COOH) es un ejemplo común de un ácido carboxílico. Cuando se mezcla con agua, algunos de los protones en su grupo -COOH se sienten atraídos por los pares de electrones no compartidos de las moléculas de agua. Iones hidronio (H ₃ O ⁺ ) e iones acetato (CH ₃ COO ^- ) resultado. El vinagre es una solución diluida de ácido acético.
El amoníaco también se encuentra (en bajas concentraciones) en la materia viva. Sin embargo, las bases más comunes son aquellas moléculas que contienen un grupo amino ( "7" ). El par de electrones no compartidos sirve como un aceptor de protones, como lo hace en la molécula de amoníaco.
Iones de bicarbonato ( "8" ) también sirven como una base importante en el tejido vivo.

Lluvia ácida

Es la lluvia más ácido de lo normal. Natural lluvia y la nieve es ligeramente ácido ( pH 5,6), ya que el dióxido de carbono (CO ₂ ) disuelto en ella. Pero en las últimas décadas, la lluvia en América del Norte y Europa a favor del viento de las zonas industriales ha tenido un pH cercano a 4.5 y, a veces tan bajo como 2.1 (equivalente a jugo de limón).

Dióxido de azufre

La evidencia es muy fuerte que la mayoría de esta acidez es causada por el dióxido de azufre (SO ₂ ) liberado de las chimeneas de las centrales eléctricas que queman carbón y otras fuentes industriales. El dióxido de azufre se convierte en ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄ ). Esto se puede llevar a la tierra en la lluvia o la nieve, pero a menudo las partículas que contiene ácido sulfúrico sedimente de aire seco. Así que el problema de la lluvia ácida es realmente uno de los depósitos ácidos en tiempo seco y mojado.

Oxido de nitrógeno

Los óxidos de nitrógeno ("NO _x "), que se convierten en ácido nítrico, también contribuyen a la deposición ácida. Cuentas de escape de vehículos para 50% o más de los óxidos de nitrógeno en el aire contaminado.
[ Ver ]

Tipos de daños

La lluvia ácida ha sido responsable de los edificios perjudiciales y estatuas de piedra caliza (true - ver un ejemplo ), dañando la vida acuática en los lagos (true), causando una disminución en el vigor de los Estados Unidos y los bosques europeos (puede ser en parte responsable), y dañar la salud humana (dudoso).

Las zonas sensibles

Hay evidencia sólida de que los lagos en ciertas áreas "sensibles" de América del Norte y Europa se han vuelto más ácido en las últimas décadas. Las áreas sensibles son a favor del viento de las principales áreas industriales y donde la roca subyacente es de granito en lugar de piedra caliza. En América del Norte, las montañas Adirondack de Nueva York, las montañas del norte de Nueva Inglaterra, así como grandes zonas del sur de Quebec han sido particularmente golpeado duramente. Tanto la vida vegetal y animal en un lago convertido alterado como el pH cae. La productividad de los lagos, y su contenido en el pescado deseable, declinan.

El papel de las chimeneas

La quema de carbón por la industria pesada estaba pasando mucho antes de los lagos del noreste de América del Norte comenzaron a mostrar signos de daño. Su acidificación parece haber coincidido con la tendencia de construir chimeneas de gran altura - a menudo más de 500 pies (152 m) de altura. Esto se hizo para reducir la contaminación del aire local, pero el resultado ha sido simplemente para transferir el problema adicional a favor del viento.

Masas de aire contaminadas pueden cruzar las fronteras políticas

La lluvia ácida no respeta fronteras políticas. Los lagos de Noruega y Suecia sufren de la contaminación atmosférica generada por las zonas industriales a su sur y suroeste. Los canadienses están angustiados por el daño causado por la contaminación del aire generada por el corazón industrial de los EE.UU. Los Estados Unidos no es del todo la culpa de sus problemas, sin embargo. Las áreas sensibles en Quebec también están a favor del viento de las fundiciones en Sudbury, Ontario, que tienen el dudoso honor de generar más contaminación por dióxido de azufre que cualquier otro lugar en el mundo entero.

Tendencias actuales

Desde principios de la década de 1980, las emisiones de dióxido de azufre se han reducido tanto en Europa y América del Norte. A pesar de que los óxidos de nitrógeno no se han reducido proporcionalmente, el resultado ha sido una reducción en la cantidad de la deposición ácida. Esto parece haber detenido la acidificación de los lagos, pero aún no se revirtió. Existe la tecnología para generar electricidad a partir del carbón con emisiones muy reducidos y como esta tecnología se pone en uso, ese aspecto del problema debe mejorar.

¿Qué pasa con los bosques?

Insuficiente es aún conocido por ser seguro, pero mi conjetura es que el dióxido de azufre resultará tener sólo un papel de apoyo para jugar y que el principal culpable será llegar a ser de ozono . La contaminación del aire por el ozono, como el de los óxidos de nitrógeno, es en gran medida una cuestión de escape de los automóviles. [ Enlace ]

Figura de piedra arenisca sobre el portal de un castillo en Westfalia, Alemania, fotografiado en 1908 (izquierda) y de nuevo en 1968 (derecha). La lluvia ácida producida por la contaminación atmosférica generada en la región del Ruhr fuertemente industrializado de Alemania probablemente explica el daño grave. El castillo fue construido en 1702. (Fotos cortesía de Herr Schmidt-Thomsen.)