Geoquímica

Contaminación del suelo

clorobenceno, C₆H₅Cl, es un importante disolvente² que actúa como producto intermedios para la obtención de colorantes e insecticidas.

Obtención por síntesis

El clorobenceno, C₆H₅Cl, se obtiene por oxicloración de benceno con mezclas de HCl-aire a presión normal y a unos 240 °C.

Fue primero descripto en 1851. Se lo manufactura por clorado de benceno en la presencia de monto catalítico deácido de Lewis tal como cloruro de hierro (III) y cloruro de aluminio anhidro:

El catalizador aumenta la electrofilicidad del cloro. Como el cloro es electronegativo, C₆H₅Cl presenta una menor susceptibilidad al ataque de otros electrofílicos. Por esta razón, el proceso de clorado produce sólo pequeñas cantidades de dicloro-y triclorobenceno.³

Seguridad

Exhibe "baja a moderada" toxicidad tal lo indica su LD50 de 2,9 g/kg²

La zona de mayor densidad electrónica (más roja) es el cloro, porque es el átomo más electronegativo. Sin embargo, a pesar de ello, el anillo de clorobenceno se encuentra con una densidad electrónica no mucho menor que la del benceno.

2) Velocidad de reacción relativa al benceno:
El clorobenceno reacciona más lentamente que el benceno, pero sólo unas 30 veces. Por tanto el Cl desactiva el anillo aromático frente a la reacción de S_EAr, aunque sólo ligeramente. En cualquier caso, el ion bencenonio intermedio del clorobenceno es menos estable que el del benceno.
3) Orientación de la sustitución:
Curiosamente, a pesar de que el grupo Cl es desactivante, la sustitución se da predominantemente en orto y para. Todos los iones bencenonio, orto,meta y para, del clorobenceno son más inestables que los del benceno. Por ello, la reacción del clorobenceno es 30 veces más lenta que la del benceno (ver el punto anterior), pero la orientación orto y para de la sustitución indica que el ion bencenonio meta es el más inestable de los tres. ¿Por qué?. 

Sustitución en orto: La carga positiva se deslocaliza por las posiciones orto y para respecto del carbono atacado. En la 3ª forma resonante la carga positiva recae sobre el carbono que soporta el Cl. Aunque este átomo es más electronegativo que un carbono sp3, un carbono sp2 con carga positiva lo es más y puede estabilizarse retirando carga del cloro, dando lugar a una cuarta forma resonante que, aunque de poca contribución, estabiliza relativamente el híbrido de resonancia de este ion bencenonio. Sustitución en para: La carga positiva se deslocaliza por las posiciones orto y para respecto del carbono atacado. En la 3ª forma resonante la carga positiva recae sobre el carbono que soporta el Cl. Aunque este átomo es más electronegativo que un carbono sp3, un carbono sp2 con carga positiva lo es más y puede estabilizarse retirando carga del cloro, dando lugar a una cuarta forma resonante que, aunque de poca contribución, estabiliza relativamente el híbrido de resonancia de este ion bencenonio. Sustitución en meta: La carga positiva se deslocaliza por las posiciones orto y para respecto del carbono atacado. En ninguna forma resonante la carga positiva recae sobre el carbono que soporta el Cl. Por tanto el Cl no es capaz de deslocalizarla y este ion bencenonio resulta menos estable que los otros dos, provenientes de la sustitución orto o para. El diagrama de energía de la reacción de nitración del clorometilbenceno, en comparación del benceno, es el siguiente: El clorobenceno reacciona casi 30 veces más lento que el benceno. Por tanto el camino de reacción del benceno es algo más bajo en energía. De los tres posibles caminos, orto, meta ypara, el meta será mucho más alto que ninguno ya que no se obtiene nada de este producto no se obtiene en absoluto. La estabilización adicional de los iones bencenonio orto y para (ver arriba) hace que estos caminos sean más bajos en energía. Se obtiene una proporciónorto:para  30:70, lo que equivale a una proporción real de 15:70 una vez corregida la doble probabilidad que tiene la posición orto de reaccionar respecto de la para. Por tanto el camino de la sustitución en para debe ser claramente el más bajo en energía..  contaminación del suelo consiste en la acumulación de sustancias a unos niveles tales que repercuten negativamente en el comportamiento de los suelos. Las sustancias, a esos niveles de concentración, se vuelven tóxicas para los organismos que viven en él. Se trata de una degradación química que provoca la pérdida parcial o total de su productividad. Se habla de contaminación del suelo cuando se introducen sustancias o elementos de tipo sólido, líquido o gaseoso que ocasionan que se afecte la biota edáfica, lasplantas, la vida animal y la salud humana. El suelo generalmente se contamina de diversas formas: cuando se rompen tanques de almacenamiento subterráneo, cuando se aplican pesticidas, por filtraciones delalcantarillado y pozos ciegos, o por acumulación directa de productos industriales o radioactivos. Los productos químicos más comunes incluyen derivados del petróleo, solventes, pesticidas y otros metales pesados. Este fenómeno está estrechamente relacionado con el grado de industrialización e intensidad del uso de productos químicos. En lo concerniente a la contaminación de suelos su riesgo es primariamente de salud, de forma directa y al entrar en contacto con fuentes de agua potable. La delimitación de las zonas contaminadas y la resultante limpieza de ésta son tareas que consumen mucho tiempo y dinero, requiriendo extensas habilidades de geología,hidrografía, química y modelos a computadora. Causas Las principales causas son: plásticos, materia orgánica, solventes, plaguicidas (insecticidas, herbicidas, fungicidas) o sustancias radioactivas que contaminan el suelo natural o artificial Plaguicidas o pesticidas Insecticidas Se usan para exterminar plagas de insectos. Actúan sobre larvas, huevos o insectos adultos. Uno de los insecticidas más usado fue el DDT, que se caracteriza por ser muy rápido. Trabaja por contacto y es absorbido por la cutícula de los insectos, provocándoles la muerte. Este insecticida puede mantenerse por 10 años o más en los suelos y no se descompone. Se ha demostrado que los insecticidas organoclorados, como es el caso del DDT, se introducen en las cadenas alimenticias y se concentran en el tejido graso de los animales. Cuanto más alto se encuentre en la cadena —es decir, más lejos de los vegetales— más concentrados estará el insecticida. En todos los eslabones de la cadena, existirán dosis de insecticida en sus tejidos. Sin embargo, en el carnívoro de 2.° orden, el insecticida estará mucho más concentrado. El problema de la contaminación por plaguicidas es cada vez más grave tanto por la cantidad y diversidad como por la resistencia a ellos que adquieren algunas especies, lo que ocasiona que se requiera cada vez mayor cantidad del plaguicida para obtener el efecto deseado en las plagas. Sin embargo, la flora y fauna oriundas es afectada cada vez más destruyendo la diversidad natural de las regiones en que se usan. Además pueden ser consumidos por el hombre a través de plantas y animales que consume como alimento. Hay otros insecticidas que son usados en las actividades hortofrutícolas; son biodegradables y no se concentran, pero su acción tóxica está asociada al mecanismo de transmisión del impulso nervioso, provocando en los organismos contaminados una descoordinación del sistema nervioso. Herbicidas Son un tipo de compuesto químico que destruye la vegetación, ya que impiden el crecimiento de los vegetales en su etapa juvenil o bien ejercen una acción sobre el metabolismo de los vegetales adultos. Esto conlleva que las aves que se alimentan de la vegetación rociada con estos herbicidas se contaminen. Fungicidas Son plaguicidas que se usan para poder combatir el desarrollo de los hongos (fitoparásitos). Contienen los metales azufre y cobre. Actividad minera La presencia de contaminantes en un suelo supone la existencia de potenciales efectos nocivos para el hombre, la fauna en general y la vegetación. Estos efectos tóxicos dependerán de las características toxicológicas de cada contaminante y de la concentración del mismo. La enorme variedad de sustancias contaminantes existentes implica un amplio espectro de afecciones toxicológicas cuya descripción no es objeto de este trabajo. De forma general, la presencia de contaminantes en el suelo se refleja de forma directa sobre la vegetación induciendo su degradación, la reducción del número de especies presentes en ese suelo, y más frecuentemente la acumulación de contaminantes en las plantas, sin generar daños notables en éstas. En el hombre, los efectos se restringen a la ingestión y contacto dérmico, que en algunos casos ha desembocado en intoxicaciones por metales pesados y más fácilmente por compuestos orgánicos volátiles o semivolátiles. Indirectamente, a través de la cadena trófica, la incidencia de un suelo contaminado puede ser más relevante. Absorbidos y acumulados por la vegetación, los contaminantes del suelo pasan a la fauna en dosis muy superiores a las que podrían hacerlo por ingestión de tierra. Cuando estas sustancias son bioacumulables, el riesgo se amplifica al incrementarse las concentraciones de contaminantes a medida que ascendemos en la cadena trófica, en cuya cima se encuentra el hombre. Las precipitaciones ácidas sobre determinados suelos originan, gracias a la capacidad intercambiadora del medio edáfico, la liberación del ion aluminio, desplazándose hasta ser absorbido en exceso por las raíces de las plantas, afectando a su normal desarrollo. En otros casos, se produce una disminución de la presencia de las sustancias químicas en el estado favorables para la asimilación por las plantas. Así pues, al modificarse el pH del suelo, pasando de básico a ácido, el ion manganeso que está disuelto en el medio acuoso del suelo se oxida, volviéndose insoluble e inmovilizándose. A este hecho hay que añadir que cuando el pH es bajo, las partículas coloidales como los óxidos de hierro, titanio, zinc, etc. que puedan estar presentes en el medio hídrico, favorecen la oxidación del ion manganeso. Esta oxidación se favorece aún más en suelos acidificados bajo la incidencia de la luz solar en las capas superficiales de los mismos, produciéndose una actividad fotoquímica de las partículas coloidales anteriormente citadas, ya que tienen propiedades semiconductoras. Otro proceso es el de la biometilización, que es un proceso por el cual reaccionan los iones metálicos y determinadas sustancias orgánicas naturales, cambiando radicalmente las propiedades físico-químicas del metal. Es el principal mecanismo de movilización natural de los cationes de metales pesados. Los metales que ofrecen más afinidad para este proceso son: mercurio, plomo, arsénico y cromo. Los compuestos organometálicos así formados suelen ser muyliposolubles y salvo casos muy puntuales, las consecuencias de la biometilización natural son irrelevantes, cuando los mentales son añadidos externamente en forma de vertidos incontrolados, convirtiéndose realmente en un problema. Aparte de los anteriores efectos comentados de forma general, hay otros efectos inducidos por un suelo contaminado: Degradación paisajística: la presencia de vertidos y acumulación de residuos en lugares no acondicionados, generan una pérdida de calidad del paisaje, a la que se añadiría en los casos más graves el deterioro de la vegetación, el abandono de la actividad agropecuaria y la desaparición de la fauna. Pérdida de valor del suelo: económicamente, y sin considerar los costes de la recuperación de un suelo, la presencia de contaminantes en un área supone la desvalorización de la misma, derivada de las restricciones de usos que se impongan a este suelo, y por tanto, una pérdida económica para sus propietarios. Probablemente, la contaminación aparece por: recibir cantidades de desechos que contienen sustancias químicas tóxicas (en cualquier estado físico: sólidos, líquidos,gaseosos) incompatibles con el equilibrio ecológico; materias radiactivas, no biodegradables; [materias orgánicas] en descomposición, [microorganismos] peligrosos. Acontecimientos como: Pruebas atómicas, como las realizadas por los británicos en Australia, que provocan que el suelo no pueda someterse a procesos de descontaminación por miles de años. Accidentes nucleares como Chernóbil muestran la increíble y descomunal contaminación de suelos, agua, atmósfera, consecuencia de la falta de sentido común o de leyes restrictivas a las potenciales fuentes de contaminación. Las causas más comunes de contaminación del suelo son: Tecnología agrícola nociva (uso de aguas negras o de aguas de ríos contaminados; uso indiscriminado de pesticidas, plaguicidas y fertilizantes peligrosos en la agricultura). Carencia o uso inadecuado de sistemas de eliminación de basura urbana. Industria con sistemas antirreglamentarios de eliminación de los desechos. Por otra parte, se presenta contaminación del suelo naturalmente; esto se da debido a que algunas rocas presentan metales pesados (cromo, níquel, plomo) los cuales se incorporan al suelo en el proceso de meteorización. Estos elementos, en pequeñas proporciones, son aprovechados, pero, en cantidades elevadas, son nocivos para la salud. Consecuencias Los insecticidas pueden mantenerse 10 años o más en los suelos y no se descomponen. Se ha demostrado que los insecticidas organoclorados, como es el caso del DDT, se introducen en las cadenas alimenticias y se concentran en el tejido graso de los animales. Cuanto más alto se encuentre en la cadena, es decir, más lejos de los vegetales- más concentrados estará el insecticida. Aparte de los anteriores efectos comentados de forma general, hay otros efectos inducidos por un suelo contaminado: Degradación paisajística: la presencia de vertidos y acumulación de residuos en lugares no acondicionados, generan una pérdida de calidad del paisaje, a la que se añadiría en los casos más graves el deterioro de la vegetación, el abandono de la actividad agropecuaria y la desaparición de la fauna. Pérdida de valor del suelo: económicamente, y sin considerar los costes de la recuperación de un suelo, la presencia de contaminantes en un área supone la desvalorización de la misma, derivada de las restricciones de usos que se impongan a este suelo, y por tanto, una pérdida económica para sus propietarios. Alteración de los ciclos biogeoquímicos. Contaminación de mantos freáticos. Interrupción de procesos biológicos. Los microbios pueden usarse en la descontaminación del suelo. Un suelo contaminado dificulta el desarrollo de la vida de la fauna, sin existir alimento ni agua limpia, las especies migran o sufren daños irremediables en su cadena de procreación. Con este proceso se sufre entonces lo que se llama “degradación paisajística” y por ende una “perdida en el valor del suelo”, las actividades agropecuarias se detienen, la fauna desaparece y la tierra queda inútil. Descontaminación La descontaminación o remediación se analiza utilizando mediciones a campo de la química del suelo, aplicando modelo de computadora para analizar transporte.