Compuestos de Carbono: Monóxido de carbono

Propiedades

El CO es el contaminante del aire más abundante y ampliamente distribuido, de los que se encuentran en la capa inferior de la atmósfera.

Gas a todas las temperaturas superiores a su punto de ebullición de –192 ºC, es incoloro, inodoro e insípido. Presenta una densidad del 96,5% de la del aire y no es apreciablemente soluble en agua.

Fuentes de emisión

Naturales:

El origen principal del CO atmosférico es la oxidación del CH₄ y, puesto que todo el metano de la atmósfera se produce por descomposición anaerobia de la materia orgánica, cabe afirmar que estos procesos constituyen una fuente natural de CO.

La formación de gas transcurre prácticamente en dos etapas:

• Oxidación de CH₄ a formaldehído por radicales hidróxilos, (OH) , vía metilo (CH₃) metoperóxido (CH₃O₂) y metoxilo (CH₃O)

• Fotolisis del formaldehído.

Puesto que la oxidación del metano se inicia por radicales hidróxilo, para que se produzca la reacción se necesita una fuente de OH, especie que se forma en la descomposición fotoquímica del ozono y posterior reacción del oxígeno atómico con el vapor de agua.

O₃ + hv                                          O₂ + O

O + H₂O                                         2 OH

La importancia de la reacción inicial en la oxidación del CH₄ explica el que esta fuente se considere a menudo como de naturaleza fotoquímica.

Los océanos constituyen la segunda gran fuente de CO atmosférico. Ya que las aguas superficiales están en contacto con la atmósfera, debería esperarse que contuviera en disolución CO absorbido por ella. Sin embargo, la cantidad de CO realmente disuelto que se halla en los océanos es de 10 a 40 veces superior a la esperada en base a esta absorción. Se cree que las algas y otras fuentes biológicas aportan cantidades sustanciales de CO a las aguas superficiales. Este CO se libera luego a la atmósfera.

Artificiales:

La formación de CO antropogénico es generalmente el resultado de algunos de los siguientes procesos:

Combustión incompleta del carbono, de compuestos que los contengan. Este proceso tiene lugar cuando el oxígeno disponible es inferior a la cantidad necesaria para una combustión completa, de la que se desprende CO₂

De forma simplificada, la combustión del carbono en los carburantes sigue los siguientes pasos:

2C + O₂                                          2 CO

2 CO + O₂                                       2 CO₂

 La primera reacción es diez veces más rápida que la segunda, de manera que el CO es un producto intermedio en la reacción total de combustión. Pero es un producto final si hay déficit de oxígeno e incluso con suficiente oxígeno si el carburante y el aire están poco mezclados.

Reacción a elevada temperatura entre el CO₂ y materiales que contienen carbono. La reacción implicada en este proceso es:

2CO₂ + C                                       2 CO

Esta reacción tiene lugar con rapidez a las elevadas temperaturas comunes en muchos mecanismos industriales, como los altos hornos. El CO desprendido de esta forma es beneficioso y necesario en ciertas aplicaciones, como en los altos hornos, donde actúa como agente reductor en la producción de hierro a partir de minerales de óxido de hierro. No obstante, puede escapar cierta cantidad de CO a la atmósfera y actuar como contaminante.

Disociación del CO₂ a temperaturas altas. En condiciones apropiadas, una reacción en que se disponga del suficiente oxígeno como para completar la combustión, aun puede comportarse como fuente de CO. Ello se debe a la elevada temperatura de disociación del CO₂ en CO y O.

El CO₂ y el CO se encuentran en equilibrio a elevadas temperaturas, según la ecuación:

CO₂                                                        CO + O

Temperaturas superiores favorecen la producción de CO y O. Por ejemplo, el 1% de disociación del CO₂ en CO y O se da a 1745 ºC y el 5% a 1940 ºC.

Concentraciones medias

Debido a que el automóvil es la fuente aislada más importante de CO contaminante (65,6%), las zonas urbanas muy pobladas muestran las mayores concentraciones ambientales de dicho gas. En tales zonas, la concentración de CO sigue un modelo diario regular, claramente relacionado con las actividades humanas. Estas concentraciones diarias de CO se correlacionan bien con el volumen del tráfico: las correlaciones más altas y los mayores niveles de CO se encuentran en zonas de gran tráfico de vehículos. Los modelos de concentración diarios exhiben poca variación con el día de la semana, excepto los fines de semana. Las concentraciones en días laborables son mayores que las registradas en sábados, que a su vez son más elevadas que las de los domingos.

La concentración de CO del aire ambiente en cualquier lugar determinado depende de la tasa de emisión a la atmósfera y de las tasas de dispersión y eliminación. En las zonas urbanas, esta última es muy baja, adquiriendo mayor importancia los otros dos factores.

La tasa de dispersión depende directamente de factores meteorológicos: velocidad y dirección del viento, turbulencia del aire y estabilidad atmosférica. En las grandes ciudades, aunque se creen turbulencias por el movimiento de coches y corrientes de aire por encima y alrededor de los edificios, se dan prolongados periodos de estancamiento aéreo que conducen a una inadecuada dispersión y al consiguiente incremento de la concentración de CO en el aire ambiental.

Destino del CO atmosférico

Los cálculos indican que anualmente se descarga suficiente CO en la atmósfera como para duplicar el nivel de CO en el ambiente dentro de los cuatro o cinco próximos años. El hecho de que los niveles ambientales de CO hayan cambiado muy poco sugiere la existencia de procesos naturales que eliminan el mismo de la atmósfera.

Los posibles mecanismos de eliminación de CO son los siguientes:

a) Reacción de CO con los radicales hidróxilo (OH) en la troposfera:

CO + OH                                                       CO₂ + H

Esta reacción se da fácilmente en regiones de intensa actividad fotoquímica.

b) Migración a la estratosfera y reacción con OH.

La eficacia de la estratosfera como sumidero químico de CO depende del ritmo al cual el CO puede ser transportado hasta la estratosfera. El intercambio de aire entre la troposfera y la estratosfera está limitado por una capa llamada la tropopausa.

Medidas del perfil vertical de concentración de CO indican que ésta permanece aproximadamente constante a través de la troposfera, con una disminución brusca en la estratosfera por encima de la tropopausa para permanecer constante, pero con una concentración inferior, en el resto de la estratosfera. En consecuencia en la estratosfera inferior se desarrolla una descomposición muy activa del CO.

Es probable que la constancia de la concentración de CO en la estratosfera superior se deba a que en esta región la velocidad de producción coincide con la de oxidación del metano difundido desde la troposfera.

c) Eliminación del CO por el suelo.

El CO puede ser descompuesto en la superficie de la Tierra por mecanismos biológicos, habiéndose identificado catorce especies de hongos como agentes activos. Experimentos con CO marcado radiactivamente indican que el proceso de eliminación implica la oxidación del CO a CO₂

Los suelos cultivados son menos efectivos en la eliminación de CO que los cubiertos por vegetación natural. La diferencia se atribuye a la carencia de materia orgánica de los primeros. Los suelos tropicales son los más activos, mientras que los desérticos los menos, en cuanto a eliminación de CO.

Las plantas superiores poseen asimismo capacidad de absorción de CO.

Por tanto, la captación biológica del CO es un factor muy importante para la reducción de las concentraciones de CO troposférico en las proximidades de la superficie terrestre.

Fuente: http://www.fisicaysociedad.es