Geoquímica

Contaminación del suelo

 degradación del suelo es un proceso natural en el cual los materiales se van reintegrando a la naturaleza.

• Erosión acelerada: arrastre de materiales del suelo por diversos agentes como el agua y el viento, lo cual genera la improductividad del suelo.
• Salinización y solidificación de los suelos: acumulación excesiva de sales solubles en la parte donde se desarrollan las raíces de los cultivos.
• Compactación: se manifiesta con el aumento de la densidad aparente del suelo, en las capas superficiales o profundas. Es el resultante del deterioro gradual de la materia orgánica y la actividad biológica.
• Contaminación química: uso irracional de grandes cantidades de fertilizantes y sustancias químicas para el control de plagas y enfermedades, por encima de los niveles requeridos producen la contaminación química de los suelos.
• Pérdida de nutrientes: empobrecimiento gradual o acelerado del suelo por sobreexplotación o monocultivo, lo que trae como consecuencia la baja fertilidad e improductividad de los suelos.
• Conflicto de usos: las tierras agrícolas se pierden o transforman en tierras para la urbanización.

Por otro lado, es importante destacar que la desertificación es una degradación de tierras que ocurre en áreas áridas, semiáridas y subhúmedas del mundo. Estas áreas de secano susceptibles cubren el 40% de la superficie terrestre, poniendo en riesgo a más de 1.000 millones de habitantes que dependen de esas tierras para sobrevivir.^{[cita requerida]}

La degradación de las tierras causa pérdidas de la productividad agraria en muchas partes del mundo.

Causas

La degradación del suelo es un problema para las personas, en gran medida vinculado a las actividades agropecuarias, aunque también hay otras actividades humanas que pueden causarla. Las causas principales son:

• Movimiento, despeje y desbrozado de tierras, incluyendo la tala de árboles y deforestación.
• El agotamiento de los nutrientes del suelo por malas prácticas agrícolas, como un mal uso de la rotación de cultivos
• Ganadería, incluyendo el sobrepastoreo.
• Riego y sobreexplotación de recursos hídricos.
• La expansión urbanística y el desarrollo comercial.
• Contaminación del suelo, incluyendo la debida a residuos.
• Circulación de vehículos off-road, es decir, fuera de los caminos y carreteras autorizados.
• Actividad minera, incluyendo la extracción de materiales, como piedra, arena y minerales.
• La contaminación de los recursos naturales como parte de la erosión que afecta a los seres vivos

Degradación de la tierra severa afecta a una parte importante de las tierras cultivables de la tierra, la disminución de la riqueza y el desarrollo económico de las naciones. La degradación del suelo anula ganancias adelantadas por la mejora de rendimiento de los cultivos y la reducción del crecimiento de la población. A medida que la base de recursos de la tierra se vuelve menos productivo, la seguridad alimentaria se ve comprometida y la competencia por la disminución de recursos aumenta, las semillas del conflicto potencial se siembran.

De este modo se crea una espiral de eco-social descendente cuando las tierras marginales son nutrientes agotados por las prácticas de manejo del suelo insostenibles resulta en perdida estabilidad del suelo que conducen a un daño permanente.

A menudo asumimos que la degradación de la tierra sólo afecta a la productividad del suelo. Sin embargo, los efectos de la degradación de la tierra a menudo tienen más impactos significativos sobre la recepción de los cursos de agua (ríos, humedales y lagos) desde el suelo, junto con nutrientes y contaminantes asociados con el suelo, se entregan en grandes cantidades a los ambientes que responden negativamente a su entrada. Por lo tanto, la degradación de la tierra tiene efectos potencialmente desastrosos en lagos y embalses que están diseñados para aliviar las inundaciones, proporcionar riego y generar energía hidroeléctrica.

DEGRADACIÓN DE SUELOS La degradación implica una pérdida de utilidad actual o potencial del suelo y una disminución de sus funciones potenciales. Un determinado proceso puede ser natural, mientras que si es inducido, intensificado o acelerado por acciones antrópicas puede llegar a ser un proceso de degradación. Así por ejemplo, un ecosistema salino es un medio natural, la conservación del cual puede tener interés, mientras que la salinización de un perímetro regado se ha de considerar un proceso de degradación y, por tanto como algo no deseable. Nos referiremos a los procesos en su vertiente de degradación, ya que son los que han de llevar a prever medidas de protección de los suelos en el marco de un desarrollo que se quiera sostenible. Los efectos de la degradación de suelos deben tenerse en cuenta en las diversas actuaciones sobre el territorio. Actuaciones sobre el territorio Promover un desarrollo urbanístico sostenible, proteger los paisajes, asignar usos al territorio, construir obras públicas, diseñar arquitectura del paisaje, construir jardines y parques resultará más eficiente si se parte de un conocimiento de los suelos y evitará la degradación. Tener que actuar en áreas con suelos degradados es posible, pero requiere siempre una inversión y unos gastos de mantenimiento mayores. En aquellos casos en que inicialmente a la zona haya suelo en el que crecen las plantas, previamente a cualquier actuación que suponga un sellado del terreno, se tendrá que proceder a decapar, reservar y redistribuir el material edáfico. De esta manera se tendrá un medio mucho más favorable para al crecimiento de las plantas, con gastos de construcción y mantenimiento menores y se contribuirá a la conservación del suelo y el agua. Actuaciones relacionadas con las obras públicas La identificación de áreas con problemas potenciales derivados de la degradación de los suelos (riesgo de degradación por erosión, colmatación de embalses por erosión de los suelos de la cuenca de drenaje, riesgo de inundación, etc.) o por las características de los suelos (corrosión potencial de conducciones de hierro o del hormigón) resulta importante para la vida útil de las obras públicas. Actuaciones en minería a cielo abierto La rehabilitación sin haber previsto el decapado previo de la zona (reserva del material edáfico preexistente en la zona de actuación) encarecerá y pondrá en peligro el éxito de los trabajos de revegetación, retrasando la reintegración de la zona al paisaje del alrededor y la recuperación de las funciones previstas para los suelos. Actuaciones relacionadas con el sector agrario El cultivo de suelos sometidos a procesos de degradación (erosión, salinización de perímetros regados, compactación, etc.) supone una disminución progresiva de la productividad, de manera que con el mismo trabajo se obtienen cosechas peores. Se necesitarán más inputs para mantener la producción a medida que el suelo se degrada, con posibles efectos medioambientales no deseados por un mayor uso de agroquímicos Actuaciones relacionadas con el agua La calidad del agua se ve afectada como consecuencia de la degradación de los suelos (pérdida de la función de transformación, filtrado y almacenamiento del suelo). La vulnerabilidad de capas freáticas superficiales está relacionada con la calidad de los suelos y su eficiencia para realizar funciones medioambientales. Actuaciones relacionadas con la calidad ambiental La gestión de residuos (purines, fangos de depuradora y otros) puede producir una degradación de la calidad de suelos y aguas, si no tiene en cuenta la capacidad de aceptación de cada unidad de suelos y su resiliencia. La degradación de los suelos tiene incidencia sobre la pérdida de biodiversidad, la capacidad de almacenamiento de carbono, la calidad ambiental i la desertificación. TIPOS DE DEGRADACIÓN Y MEDIDAS DE PREVENCIÓN I CONTROL La degradación de suelos se puede producir por: • DEGRADACIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE PARTÍCULAS Pérdida del espesor de suelo de la parte superior por:   EROSIÓN   – erosión por salpicadura    – erosión laminar o interaroyaderos    – erosión por arroyaderos    – erosión por cárcavas   – erosión por galerías    – erosión por deforestación    – eliminación de medidas de conservación de suelos y aguas    – nivelaciones sin decapado    – erosión eólica  • DEGRADACIÓN POR ESTRÉS Aumento del trabajo interno, sin manifestaciones externas a corto plazo.   DETERIORAMIENTO QUÍMICO   – salinización de regadíos    – sodificación    – acidificación    – desequilibrio de nutrientes    – gleificación    – toxicidades    DETERIORAMIENTO FÍSICO   – compactación    – encharcamiento    – sellado y encrostramiento    –degradación de la estructura

• DEGRADACIÓN POR OCUPACIÓN   SELLADO PERMANENTE: Pérdida de superficie de suelo.   – viviendas    – infraestructuras lineales    – usos industriales

disolvente o solvente es una sustancia en la que se diluye un soluto (un sólido, líquido o gas químicamente diferente), resultando en una solución; normalmente es el componente de una solución presente en mayor cantidad.

Los disolventes forman parte de múltiples aplicaciones: adhesivos, componentes en las pinturas, productos farmacéuticos, para la elaboración de materiales sintéticos, etc.

Las moléculas de disolvente ejercen su acción al interaccionar con las de soluto y rodearlas. Se conoce como solvatación. Solutos polares serán disueltos por disolventes polares al establecerse interacciones electrostáticas entre los dipolos. Los disolventes apolares disuelven las sustancias apolares por interacciones entre dipolos inducidos.

El agua es habitualmente denominada el disolvente universal por la gran cantidad de sustancias sobre las que puede actuar como disolvente.

Clasificación de los solventes

• Disolventes polares: Son sustancias en cuyas moléculas la distribución de la nube electrónica es asimétrica; por lo tanto, la molécula presenta un polo positivo y otro negativo separados por una cierta distancia. Hay un dipolo permanente. El ejemplo clásico de solvente polar es el agua. Los alcoholes de baja masa molecular también pertenecen a este tipo. Los disolventes polares se pueden subdividir en:
  • Disolventes polares próticos: contienen un enlace del O-H o del N-H. Agua (H-O-H), etanol (CH₃-CH₂-OH) y ácido acético (CH₃-C(=O)OH) son disolventes polares próticos.
  • Disolventes polares apróticos: son disolventes polares que no tiene enlaces O-H o N-H. Este tipo de disolvente que no dan ni aceptan protones. La acetona(CH₃-C(=O)-CH₃), el acetonitrilo, la dimetilformamida o el THF (Tetrahidrofurano) son disolventes polares apróticos.
• Disolventes apolares: En general son sustancias de tipo orgánico y en cuyas moléculas la distribución de la nube electrónica es simétrica; por lo tanto, estas sustancias carecen de polo positivo y negativo en sus moléculas. No pueden considerarse dipolos permanentes. Esto no implica que algunos de sus enlaces sean polares. Todo dependerá de la geometría de sus moléculas. Si los momentos dipolares individuales de sus enlaces están compensados, la molécula será, en conjunto, apolar. Algunos disolventes de este tipo son: el éter etílico, benceno, tolueno, xileno, cetonas, hexano, ciclohexano, tetracloruro de carbono es el que disuelve o va a disolver. El cloroformo por su parte posee un momento dipolar considerable debido a que al poseer tres cloros en su molécula de carácter electronegativo, hace que el carbono adquiera una carga parcial positiva y el Hidrógeno una carga parcial negativa, lo que le da cierta polaridad. Un caso especial lo constituyen los líquidos fluorosos, que se comportan como disolventes más apolares que los disolventes orgánicos convencionales.

Disolventes orgánicos

Los disolventes más utilizados actualmente, son los disolventes orgánicos, que son compuestos orgánicos volátiles que se utilizan solos o en combinación con otros agentes, sin sufrir ningún cambio químico, para disolver materias primas, productos o materiales residuales, o se utilice como agente de limpieza para disolver la suciedad, o como disolvente, o como medio de dispersión, o como modificador de la viscosidad, o como agente tenso-activo. El uso de estos disolventes, libera a la atmósfera compuestos orgánicos volátiles (COV), que tienen algunos problemas importantes para el entorno. Algunos COV causan la degradación de la capa de ozonocomo es el caso del 1,1,1-tricloroetano, tetracloruro de carbono, CFC, HCFC. Entre los solventes orgánicos más destacados podemos encontrar metanol, etanol, acetona, cloroformo, tolueno o el xileno, entre otros.

El carácter volátil de los disolventes orgánicos hace que éstos se evaporen rápidamente en el aire, alcanzando concentraciones importantes en espacios confinados. Los riesgos mayores para el ser humano se producen por la absorción de éstos a través de la piel y por inhalación. El contacto directo con la piel permite que el disolvente pase a la sangre, causando efectos inmediatos y a más largo plazo.

Para reducir el impacto medioambiental de los actuales disolventes orgánicos existen una serie de sustancias que se pueden usar como alternativas, siendo los llamadosdisolventes alternativos o nuevos disolventes, pertenecientes a la rama de la química verde, en la que se pueden englobar los siguientes principios:

• El diseño de procesos que incorporen al máximo en el producto final todos los materiales usados durante el proceso, minimizando la obtención de subproductos.
• El uso de sustancias químicas seguras y respetuosas con el medio ambiente como son los disolventes reactivos, etc.
• El diseño de procesos enérgicamente eficientes.

Véase también: Compuestos orgánicos volátiles

Clases de disolventes alternativos

• Disolventes reactivos: Son disolventes con baja volatilidad relativa, y tienen la capacidad de reaccionar con otros componentes, evaporándose al medioambiente (no constituyen COV).
• Disolventes benignos: Son aquellos disolventes ambientalmente respetuosos. En este grupo se hallan los disolventes libres de compuestos clorados, con baja toxicidad y baja reactividad incremental máxima, comparados con los disolventes convencionales.
• Disolventes neotéricos: Como su propio nombre indica, del término neo significa moderno, contemporáneo, reciente. Son una serie de disolventes que presentan una menor toxicidad, son más seguros y menos contaminantes que los disolventes convencionales . Entre ellos se incluyen tanto nuevos fluidos con propiedades ajustables, como compuestos poco usados como disolventes en la actualidad. Pero que están siendo investigados por sus usos potenciales como disolventes, ya que permitirían una mayor sostenibilidad en futuras aplicaciones. Éste es el caso del dióxido de carbono supercrítico (scCO₂), y el líquido iónico a temperatura ambiente.

Clasificación de los disolventes neotéricos

• Líquido fluoroso
• Líquido iónico
• Fluido supercrítico

El agua empleada como disolvente

El agua, denominado como el disolvente universal, es la mejor elección como disolvente, desde un punto de vista medioambiental, ya que no es ni inflamable, ni tóxica. Aunque presenta el inconveniente de tener una baja solubilidad con las resinas. El elevado momento dipolar del agua y su facilidad para formar puentes de hidrógenohacen que el agua sea un excelente disolvente. Una molécula o ion es soluble en agua si puede interactuar con las moléculas de la misma mediante puentes de hidrógeno o interacciones del tipo ion-dipolo. Solubilidad de iones en agua con aniones que tengan átomos de oxígeno, pueden formar puentes de hidrógeno, dado que el oxígeno actúa como aceptor de los mismos. Además, hay que tener en cuenta la atracción del anión sobre el dipolo del agua. Lo mismo ocurre con Cl^- o F^-, que tienen pares de electrones solitarios y que pueden actuar como aceptores de puentes de hidrógeno. Por su parte, los cationes como el Na⁺, el K⁺, el Ca⁺⁺ o el Mg⁺⁺ se rodean de moléculas de agua a las que unen mediante interacciones del tipo ion-dipolo; los átomos de oxígeno se orientan hacia el catión.

Conforme aumenta la temperatura y la presión, las propiedades del agua varían. Por ejemplo, la constante dieléctrica disminuye y se hace más similar a la de losdisolventes orgánicos, empeorando la solubilización de sustancias iónicas. A alta temperatura y presión disuelve compuestos orgánicos, transcurriendo los procesos en fase homogénea y con ello se facilita la separación del soluto (por enfriamiento), siendo capaz de eliminar residuos.

Líquido fluoroso

El término fluoroso fue introducido por István T. Horvát en la década de 1990 por su analogía con los medios acuosos. Son compuestos orgánicos en los que se han sustituido los enlaces carbono-hidrógeno por carbono-flúor y que se encuentra en estado líquido en condiciones normales.

• Son químicamente inertes, por lo que se evita la obtención de subproductos.
• Son térmicamente estables, por lo que se pueden usar a altas temperaturas sin peligro.
• No son inflamables ni tóxicos, por lo que se evita los riesgos de incendios o explosiones.
• Se pueden mezclar con muchos disolventes orgánicos y con el agua, lo que facilita el uso de sistemas bifásicos.
• Poseen un amplio intervalo de puntos de ebullición. (de 50 a 220 °C)

Líquido iónico

Son compuestos que presentan características de sales con su punto de temperatura de fusión por debajo de los 100 °C. Compuestos por un catión orgánico siendo uno de los más comunes el tetraalquilamonio, y un aniónpoliatómico como puede ser el hexafluorofosfato.

Los líquidos iónicos pueden ser constituidos por un gran número de aniones y cationes con lo que sus propiedades varían de unos a otros. En cuanto a la utilización de un líquido iónico como disolvente alternativo, reseñar que presenta una escasa volatilidad, debido a su presión de vapor prácticamente nula. También presenta una excelente estabilidad química y térmica, pudiéndose emplear a elevadas temperaturas.Y una gran solvatación con otras muchas sustancias. En contra partida decir que su coste de obtención es elevado.

Fluido supercrítico

Por su importancia como disolvente alternativo cabe destacar el fluido supercrítico, que es aquel que se encuentra por encima de su presión y de su temperatura crítica. En este estado, la línea de separación de fases líquido-gas se interrumpe. Esto implica la formación de una sola fase, en la que el fluido tiene propiedades intermedias entre las de un líquido y las de un gas, por lo que mientras se mantiene una gran difusividad propia de los gases, se consigue una alta densidad cercana a la de los líquidos.

Considerados como inertes y no tóxicos, siendo su coste barato y pudiendo variar sus propiedades con cambios de presión. La propiedad más característica de los fluidos supercríticos es el amplio rango de altas densidades que pueden adoptar dependiendo de las condiciones de presión o de temperatura, a diferencia de los líquidos que son prácticamente incompresibles, y de los gases que poseen densidades siempre muy bajas.

Aplicaciones

• En la producción de principios activos farmacéuticos
• En la producción de biodiésel y utilización de subproductos
• En la producción de protectores de cosechas
• En barnices y pinturas, etc.
• En la extracción de aceites

Ventajas

Los disolventes neotéricos se pueden obtener a partir de materias primas renovables, siendo una alternativas a los disolventes derivados del petróleo. Siendo un ejemplo de ellos,los procedentes de la biomasa.

La mayoría de estos disolventes presentan una baja toxicidad, baja volatilidad, no son corrosivos, ni cancerígenos. Además muchos de ellos se obtienen a partir de residuos vegetales, lo que les hace económicamente competitivos.

Disolvente sostenible

Un disolvente sostenible es aquel que es inocuo para el medio ambiente.

Conclusiones

Los disolventes neotéricos o alternativos son compuestos con los que se pretende sustituir a los ya conocidos como disolventes convencionales en su uso industrial, por su importancia en la protección medioambiental, debido a su posibilidad de reutilización, reciclado y su baja o nula toxicidad.

La Unión Europea estima que en la Comunidad se emiten cada año alrededor de 10 millones de toneladas de compuestos orgánicos volátiles procedentes de los carburantes y disolventes. En marzo de 1.999 se aprobó la Directiva (99/13) relativa a la “limitación de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes orgánicos en determinadas actividades e instalaciones”. En esta directiva se prevé reducir en dos tercios el uso de compuestos orgánicos volátiles liberados en la atmósfera por el uso de disolventes industriales. Una forma de reducir este uso de compuestos es el empleo de los disolventes neotéricos.

La importancia del desarrollo de estos disolventes radica primordialmente en su coste, puesto que al ser económicamente rentables, hace viable su implementación en los procesos industriales.