Hispanopedia WikiEl dióxido de azufre ( ortografía recomendada por la IUPAC ) o dióxido de azufre ( inglés tradicional de la Commonwealth ) es el compuesto químico con la fórmula S₂O₃2. Es un gas incoloro con un olor penetrante, responsable del olor a fósforos quemados. Se libera de forma natural por laactividad volcánicay se produce antropogénicamente como subproducto del refinado de metales y la quema decombustibles fósilespara la obtención de energía. [ 9 ]
El dióxido de azufre es algo tóxico para los humanos, aunque solo cuando se inhala en cantidades relativamente grandes durante varios minutos o más. Los alquimistas medievales lo conocían como "espíritu volátil de azufre". [ 10 ]
Estructura y enlaces
El SO₂ es una molécula angular con grupo puntual de simetría C₂v . Un enfoque de teoría de enlace de valencia que considere solo los orbitales s y p describiría el enlace en términos de resonancia entre dos estructuras de resonancia.
El enlace azufre-oxígeno tiene un orden de enlace de 1,5. Hay apoyo para este enfoque simple que no invoca la participación de orbitales d . [ 11 ] En términos del formalismo de conteo de electrones , el átomo de azufre tiene un estado de oxidación de +4 y una carga formal de +1.
Aparición
El dióxido de azufre se encuentra en la Tierra y existe en concentraciones muy pequeñas en la atmósfera, alrededor de 15 ppb . [ 12 ]
En otros planetas, el dióxido de azufre se puede encontrar en diversas concentraciones, siendo la más significativa la atmósfera de Venus , donde es el tercer gas atmosférico más abundante con 150 ppm. Allí, reacciona con el agua para formar nubes de ácido sulfuroso ( SO 2 + H 2 O ⇌ HSO − 3 + H + ), y es un componente clave del ciclo global del azufre atmosférico del planeta . Se le ha implicado como agente clave en el calentamiento del Marte primitivo , con estimaciones de concentraciones en la atmósfera inferior de hasta 100 ppm, [ 13 ] aunque solo existe en cantidades traza. Tanto en Venus como en Marte, como en la Tierra, se cree que su fuente principal es volcánica. La atmósfera de Io , un satélite natural de Júpiter , es 90% dióxido de azufre [ 14 ] y se cree que también existen cantidades traza en la atmósfera de Júpiter . El telescopio espacial James Webb ha observado la presencia de dióxido de azufre en el exoplaneta WASP-39b , donde se forma a través de la fotoquímica en la atmósfera del planeta. [ 15 ]
Se cree que, en forma de hielo, existe en abundancia en las lunas galileanas : como hielo sublimado o escarcha en el hemisferio posterior de Io , [ 16 ] y en la corteza y el manto de Europa , Ganímedes y Calisto , posiblemente también en forma líquida y reaccionando fácilmente con el agua. [ 17 ]
Producción
El dióxido de azufre se produce principalmente para la fabricación de ácido sulfúrico (véase el proceso de contacto , pero otros procesos lo precedieron al menos desde el siglo XVI [ 10 ] ). En Estados Unidos, en 1979, se utilizaron 23,6 millones de toneladas métricas (26 millones de toneladas cortas estadounidenses) de dióxido de azufre de esta manera, en comparación con 150 000 toneladas métricas (165 347 toneladas cortas estadounidenses) utilizadas para otros fines. La mayor parte del dióxido de azufre se produce por la combustión de azufre elemental . Parte del dióxido de azufre también se produce por la calcinación de pirita y otros minerales sulfurados en aire. [ 18 ]
Rutas de combustión
El dióxido de azufre es el producto de la combustión del azufre o de la combustión de materiales que contienen azufre:
- S 8 + 8 O 2 → 8 SO 2 , ΔH = −297 kJ/mol
Para facilitar la combustión, se rocía azufre líquido ( 140–150 °C (284–302 °F)) a través de una boquilla atomizadora para generar finas gotas de azufre con una gran superficie. La reacción es exotérmica y la combustión produce temperaturas de 1000–1600 °C (1830–2910 °F) . La cantidad significativa de calor producido se recupera mediante la generación de vapor, que posteriormente puede convertirse en electricidad. [ 18 ]
La combustión del sulfuro de hidrógeno y de los compuestos organosulfurados se produce de forma similar. Por ejemplo:
- 2 H₂S + 3 O₂ → 2 SO₂ + 2 H₂O
La tostación de minerales sulfurados como la pirita , la esfalerita y el cinabrio (sulfuro de mercurio) también libera SO 2 : [ 19 ]
- 4 FeS 2 + 11 O 2 → 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2
- 2 ZnS + 3 O 2 → 2 ZnO + 2 SO 2
- HgS + O₂ → Hg + SO₂
- 4 FeS + 7 O 2 → 2 Fe 2 O 3 + 4 SO 2
La combinación de estas reacciones es responsable de la mayor fuente de dióxido de azufre: las erupciones volcánicas. Estos eventos pueden liberar millones de toneladas de SO₂ .
Reducción de óxidos superiores
El dióxido de azufre también puede ser un subproducto en la fabricación de cemento de silicato de calcio ; en este proceso, el CaSO₄ se calienta con coque y arena:
- 2 CaSO 4 + 2 SiO 2 + C → 2 CaSiO 3 + 2 SO 2 + CO 2
Hasta la década de 1970, en Whitehaven , Inglaterra, se producían cantidades comerciales de ácido sulfúrico y cemento mediante este proceso . Al mezclarse con esquisto o marga y tostarse, el sulfato liberaba dióxido de azufre, utilizado en la producción de ácido sulfúrico; la reacción también producía silicato de calcio, un precursor en la producción de cemento. [ 20 ]
A escala de laboratorio, la acción del ácido sulfúrico concentrado caliente sobre virutas de cobre produce dióxido de azufre.
- Cu + 2 H 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 + 2 H 2 O
El estaño también reacciona con ácido sulfúrico concentrado, pero produce sulfato de estaño(II), que posteriormente puede ser pirolizado a 360 °C para obtener dióxido de estaño y dióxido de azufre seco.
- Sn + H₂SO₄ → SnSO₄ + H₂
- SnSO₄ → SnO₂ + SO₂
De sulfitos
La reacción inversa se produce al acidificar:
- H + + HSO − 3 → SO 2 + H 2 O
Reacciones
Los sulfitos resultan de la acción de una base acuosa sobre el dióxido de azufre:
- SO 2 + 2 NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O
El dióxido de azufre es un agente reductor suave pero útil . Se oxida con halógenos para dar haluros de sulfurilo, como el cloruro de sulfurilo :
- SO₂ + Cl₂ → SO₂Cl₂
El dióxido de azufre es el agente oxidante en el proceso Claus , que se lleva a cabo a gran escala en las refinerías de petróleo . En este proceso, el dióxido de azufre se reduce mediante sulfuro de hidrógeno para producir azufre elemental.
- SO₂ + 2 H₂S → 3 S + 2 H₂O
La oxidación secuencial del dióxido de azufre, seguida de su hidratación, se utiliza en la producción de ácido sulfúrico.
- 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 → 2 H 2 SO 4
El dióxido de azufre se disuelve en agua para dar " ácido sulfuroso ", que no se puede aislar y que, en cambio, es una solución ácida de iones bisulfito y, posiblemente , sulfito .
- SO 2 + H 2 O ⇌ HSO − 3 + H + K a = 1,54 × 10 −2 ; p K a = 1,81
Reacciones de laboratorio
El dióxido de azufre es uno de los pocos gases ácidos y reductores comunes. Tiñe de rosa el papel tornasol húmedo (debido a su acidez) y luego de blanco (debido a su efecto blanqueador). Se puede identificar haciéndolo burbujear a través de una solución de dicromato , lo que provoca que la solución cambie de naranja a verde (Cr³⁺ ( aq)). También puede reducir los iones férricos a ferrosos. [ 21 ]
El dióxido de azufre puede reaccionar con ciertos 1,3- dienos en una reacción quelotrópica para formar sulfonas cíclicas . Esta reacción se aprovecha a escala industrial para la síntesis de sulfolano , un disolvente importante en la industria petroquímica .
El dióxido de azufre puede unirse a iones metálicos como ligando para formar complejos de dióxido de azufre metálico , típicamente donde el metal de transición está en estado de oxidación 0 o +1. Se reconocen muchos modos de enlace (geometrías) diferentes, pero en la mayoría de los casos, el ligando es monodentado, unido al metal a través del azufre, que puede ser planar y piramidal η 1 . [ 9 ] Como ligando η 1 -SO 2 (planar unido a S) el dióxido de azufre funciona como una base de Lewis usando el par solitario en S. SO 2 funciona como un ácido de Lewis en su modo de enlace η 1 -SO 2 (piramidal unido a S) con metales y en sus aductos 1:1 con bases de Lewis como dimetilacetamida y trimetilamina . Cuando se une a bases de Lewis los parámetros ácidos de SO 2 son E A = 0,51 y E A = 1,56.
Usos
El uso predominante y dominante del dióxido de azufre es la producción de ácido sulfúrico . [ 18 ]
Precursor del ácido sulfúrico
El dióxido de azufre es un intermediario en la producción de ácido sulfúrico, donde se convierte en trióxido de azufre y luego en óleum , que se transforma en ácido sulfúrico. El dióxido de azufre para este fin se obtiene mediante la combinación de azufre con oxígeno. El método de conversión de dióxido de azufre en ácido sulfúrico se denomina proceso de contacto . Anualmente se producen varios millones de toneladas para este fin.
conservante de alimentos
El dióxido de azufre se usa a veces como conservante para albaricoques secos, higos secos y otras frutas secas, debido a sus propiedades antimicrobianas y su capacidad para prevenir la oxidación , [ 22 ] y se denomina E 220 [ 23 ] cuando se usa de esta manera en Europa. Como conservante, mantiene el color de la fruta y previene la putrefacción . Históricamente, la melaza se "sulfuraba" como conservante y también para aclarar su color. El tratamiento de la fruta seca generalmente se hacía al aire libre, encendiendo azufre sublimado y quemándolo en un espacio cerrado con las frutas. [ 24 ] Las frutas pueden sulfurarse sumergiéndolas en bisulfito de sodio , sulfito de sodio o metabisulfito de sodio . [ 24 ]
Elaboración de vino
El dióxido de azufre fue utilizado por primera vez en la elaboración del vino por los romanos, cuando descubrieron que quemar velas de azufre dentro de recipientes de vino vacíos los mantenía frescos y libres del olor a vinagre. [ 25 ]
Sigue siendo un compuesto importante en la elaboración del vino y se mide en partes por millón ( ppm ) en el vino. Está presente incluso en el llamado vino sin sulfitos en concentraciones de hasta 10 mg/L. [ 26 ] Actúa como antibiótico y antioxidante , protegiendo el vino del deterioro por bacterias y la oxidación, un fenómeno que lleva al pardeamiento del vino y a la pérdida de los sabores específicos de la variedad. [ 27 ] [ 28 ] Su acción antimicrobiana también ayuda a minimizar la acidez volátil. Los vinos que contienen dióxido de azufre suelen estar etiquetados como "contiene sulfitos ".
El dióxido de azufre existe en el vino en formas libres y ligadas, y las combinaciones se denominan SO₂ total . La ligadura, por ejemplo, al grupo carbonilo del acetaldehído , varía según el vino en cuestión. La forma libre existe en equilibrio entre el SO₂ molecular ( como gas disuelto) y el ion bisulfito, que a su vez está en equilibrio con el ion sulfito. Estos equilibrios dependen del pH del vino. Un pH más bajo desplaza el equilibrio hacia el SO₂ molecular (gaseoso) , que es la forma activa, mientras que a un pH más alto se encuentra más SO₂ en las formas inactivas de sulfito y bisulfito. El SO₂ molecular es activo como antimicrobiano y antioxidante, y esta es también la forma que puede percibirse como un olor penetrante en altas concentraciones. Los vinos con concentraciones de SO₂ total inferiores a 10 ppm no requieren la indicación "contiene sulfitos" en la etiqueta según las leyes de EE. UU. y la UE. El límite superior de SO₂ total permitido en el vino en EE. UU. es de 350 ppm; En la UE , el límite es de 160 ppm para los vinos tintos y de 210 ppm para los vinos blancos y rosados. En bajas concentraciones, el SO₂ es prácticamente indetectable en el vino, pero a concentraciones superiores a 50 ppm, su presencia se hace evidente en el aroma y el sabor.
El SO₂ también es un compuesto muy importante en la higiene de las bodegas. Las bodegas y los equipos deben mantenerse limpios, y dado que no se puede usar lejía en una bodega por el riesgo de contaminación del corcho , [ 29 ] se suele usar una mezcla de SO₂ , agua y ácido cítrico para limpiar y desinfectar los equipos. El ozono (O₃ ) se utiliza ahora ampliamente para la desinfección en bodegas debido a su eficacia y a que no afecta al vino ni a la mayoría de los equipos. [ 30 ]
Como agente de remojo
En la molienda húmeda del maíz , se utiliza una solución acuosa de dióxido de azufre durante la etapa de remojo. Los granos de maíz se sumergen en esta solución en grandes tanques que contienen ácido láctico y dióxido de azufre a una temperatura de aproximadamente 53 °C (127 °F) durante casi 40 horas. Esto se hace para ablandar el grano, de modo que el aceite del germen no contamine otros productos y sea fácil de separar.
Como agente reductor
El dióxido de azufre también es un buen reductor . En presencia de agua, el dióxido de azufre es capaz de decolorar sustancias. Específicamente, es un blanqueador reductor útil para papeles y materiales delicados como la ropa. Este efecto blanqueador normalmente no dura mucho. El oxígeno atmosférico reoxida los colorantes reducidos, restaurando el color. En el tratamiento de aguas residuales municipales, el dióxido de azufre se utiliza para tratar las aguas residuales cloradas antes de su vertido. El dióxido de azufre reduce el cloro libre y combinado a cloruro . [ 31 ]
El dióxido de azufre es bastante soluble en agua, y tanto la espectroscopia IR como la Raman demuestran que el hipotético ácido sulfuroso , H₂SO₃ , no está presente en cantidades significativas. Sin embargo, dichas soluciones sí muestran espectros del ion hidrogenosulfito, HSO₃⁻ , por reacción con el agua, y este es , de hecho, el agente reductor presente.
- SO 2 + H 2 O ⇌ HSO 3 − + H +
Como fumigante
A principios del siglo XX, el dióxido de azufre se utilizó en Buenos Aires como fumigante para eliminar ratas portadoras de la bacteria Yersinia pestis , causante de la peste bubónica. La aplicación resultó exitosa y este método se extendió a otras zonas de Sudamérica. En Buenos Aires, donde estos aparatos se conocían como Sulfurozador , y posteriormente también en Río de Janeiro, Nueva Orleans y San Francisco, se instalaron en las calles máquinas de tratamiento con dióxido de azufre para llevar a cabo extensas campañas de desinfección, con resultados eficaces. [ 32 ]
Funciones bioquímicas y biomédicas
El dióxido de azufre o su base conjugada, el bisulfito, se produce biológicamente como intermediario tanto en organismos reductores de sulfato como en bacterias oxidantes de azufre. El papel del dióxido de azufre en la biología de los mamíferos aún no se comprende bien. [ 33 ] El dióxido de azufre bloquea las señales nerviosas de los receptores de estiramiento pulmonar y anula el reflejo de inflación de Hering-Breuer .
Se considera que el dióxido de azufre endógeno desempeña un papel fisiológico significativo en la regulación de la función cardíaca y vascular , y un metabolismo anómalo o deficiente del dióxido de azufre puede contribuir a varias enfermedades cardiovasculares diferentes, como hipertensión arterial , aterosclerosis , hipertensión arterial pulmonar y estenocardia . [ 34 ]
Se demostró que en niños con hipertensión arterial pulmonar debida a cardiopatías congénitas, el nivel de homocisteína es mayor y el de dióxido de azufre endógeno es menor que en niños sanos del grupo control. Además, estos parámetros bioquímicos mostraron una fuerte correlación con la gravedad de la hipertensión arterial pulmonar. Los autores consideraron la homocisteína como uno de los marcadores bioquímicos útiles para evaluar la gravedad de la enfermedad y el metabolismo del dióxido de azufre como una de las posibles dianas terapéuticas en estos pacientes. [ 35 ]
También se ha demostrado que el dióxido de azufre endógeno reduce la tasa de proliferación de las células musculares lisas endoteliales en los vasos sanguíneos, al reducir la actividad de MAPK y activar la adenilil ciclasa y la proteína quinasa A. [ 36 ] La proliferación de células musculares lisas es uno de los mecanismos importantes de la remodelación hipertensiva de los vasos sanguíneos y su estenosis , por lo que es un mecanismo patogénico importante en la hipertensión arterial y la aterosclerosis.
El dióxido de azufre endógeno en bajas concentraciones provoca vasodilatación dependiente del endotelio . En concentraciones más altas, provoca vasodilatación independiente del endotelio y tiene un efecto inotrópico negativo sobre la función del gasto cardíaco, reduciendo así eficazmente la presión arterial y el consumo de oxígeno miocárdico. Los efectos vasodilatadores y broncodilatadores del dióxido de azufre están mediados por canales de calcio dependientes de ATP y canales de calcio de tipo L ("dihidropiridina"). El dióxido de azufre endógeno también es un potente agente antiinflamatorio, antioxidante y citoprotector. Reduce la presión arterial y ralentiza la remodelación hipertensiva de los vasos sanguíneos, especialmente el engrosamiento de su íntima. También regula el metabolismo lipídico. [ 37 ]
El dióxido de azufre endógeno también disminuye el daño miocárdico causado por la hiperestimulación adrenérgica del isoproterenol y fortalece la reserva de defensa antioxidante del miocardio. [ 38 ]
Como reactivo y disolvente en el laboratorio
El dióxido de azufre es un disolvente inerte versátil ampliamente utilizado para disolver sales altamente oxidantes. También se utiliza ocasionalmente como fuente del grupo sulfonilo en síntesis orgánica . El tratamiento de sales de arildiazonio con dióxido de azufre y cloruro cuproso produce el cloruro de arilsulfonilo correspondiente, por ejemplo: [ 39 ]
Debido a su muy baja basicidad de Lewis , se usa frecuentemente como disolvente/diluyente a baja temperatura para superácidos como el ácido mágico (FSO₃H / SbF₅ ) , lo que permite observar espectroscópicamente especies altamente reactivas como el catión terc -butilo a baja temperatura (aunque los carbocationes terciarios reaccionan con SO₂ por encima de aproximadamente −30 °C, e incluso disolventes menos reactivos como SO₂ClF deben usarse a estas temperaturas más altas). [ 40 ]
Como refrigerante
El dióxido de azufre fue uno de los primeros refrigerantes adoptados para la refrigeración mecánica debido a su facilidad de licuefacción y su alto calor latente de vaporización . En 1784, Jean-François Clouet y Gaspard Monge demostraron por primera vez que el dióxido de azufre podía licuarse a bajas temperaturas. A mediados de la década de 1870, Raoul Pictet empleó con éxito dióxido de azufre en un prototipo de sistema de refrigeración. A partir de 1920, se generalizó su uso en los refrigeradores domésticos de compresor rotativo "Rollator" fabricados por Norge . Tras la introducción de refrigerantes clorofluorocarbonados (CFC) menos tóxicos y no inflamables , el uso de dióxido de azufre en sistemas de refrigeración disminuyó gradualmente. [ 41 ]
Como indicador de la actividad volcánica
El contenido de dióxido de azufre en los gases geotérmicos liberados naturalmente es medido por la Oficina Meteorológica de Islandia como un indicador de posible actividad volcánica. [ 42 ]
Seguridad
Ingestión
En Estados Unidos, el Centro para la Ciencia en el Interés Público enumera los dos conservantes alimentarios, dióxido de azufre y bisulfito de sodio , como seguros para el consumo humano, excepto para ciertas personas asmáticas que pueden ser sensibles a ellos, especialmente en grandes cantidades. [ 43 ] Los síntomas de sensibilidad a los agentes sulfitantes , incluido el dióxido de azufre, se manifiestan como dificultad respiratoria potencialmente mortal a los pocos minutos de la ingestión. [ 44 ] Los sulfitos también pueden causar síntomas en personas no asmáticas, como dermatitis , urticaria , rubor , hipotensión , dolor abdominal y diarrea, e incluso anafilaxia potencialmente mortal . [ 45 ]
Inhalación
La exposición incidental al dióxido de azufre es habitual, por ejemplo, a través del humo de las cerillas, el carbón y los combustibles que contienen azufre, como el fuelóleo pesado . En comparación con otros productos químicos, es solo ligeramente tóxico y requiere altas concentraciones para ser realmente peligroso. [ 46 ] Sin embargo, su omnipresencia lo convierte en un importante contaminante atmosférico con impactos significativos en la salud humana. [ 47 ]
En 2008, la Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales redujo el límite de exposición a corto plazo a 0,25 partes por millón (ppm). En EE. UU., la OSHA estableció el PEL en 5 ppm (13 mg/m³ ) promedio ponderado en el tiempo. También en EE. UU., el NIOSH estableció el IDLH en 100 ppm. [ 48 ] En 2010, la EPA "revisó el NAAQS primario de SO₂ estableciendo un nuevo estándar de una hora a un nivel de 75 partes por mil millones (ppb) . La EPA revocó los dos estándares primarios existentes porque no proporcionarían protección adicional para la salud pública dado un estándar de una hora a 75 ppb". [ 47 ]
Papel ambiental
contaminación del aire
Las grandes erupciones volcánicas tienen un efecto abrumador en las concentraciones de aerosoles de sulfato en los años en que ocurren: las erupciones que se clasifican en 4 o más en el Índice de Explosividad Volcánica inyectan SO₂ y vapor de agua directamente en la estratosfera , donde reaccionan para crear columnas de aerosoles de sulfato. [ 49 ] Las emisiones volcánicas varían significativamente en composición y tienen una química compleja debido a la presencia de partículas de ceniza y una amplia variedad de otros elementos en la columna. Solo los estratovolcanes que contienen principalmente magmas félsicos son responsables de estos flujos, ya que el magma máfico que erupciona en los volcanes en escudo no produce columnas que alcancen la estratosfera. [ 50 ] Sin embargo, antes de la Revolución Industrial , la vía del dimetilsulfuro era el mayor contribuyente a las concentraciones de aerosoles de sulfato en un año más promedio sin actividad volcánica importante. Según el Primer Informe de Evaluación del IPCC , publicado en 1990, las emisiones volcánicas solían ascender a unos 10 millones de toneladas en la década de 1980, mientras que el dimetilsulfuro ascendía a 40 millones de toneladas. Sin embargo, para ese momento, las emisiones globales de azufre causadas por el ser humano a la atmósfera se volvieron "al menos tan grandes" como todas las emisiones naturales de compuestos que contienen azufre combinadas : eran de menos de 3 millones de toneladas por año en 1860, y luego aumentaron a 15 millones de toneladas en 1900, 40 millones de toneladas en 1940 y alrededor de 80 millones en 1980. El mismo informe señaló que "en las regiones industrializadas de Europa y América del Norte, las emisiones antropogénicas dominan sobre las emisiones naturales por un factor de aproximadamente diez o incluso más". [ 51 ] En el este de los Estados Unidos a principios de la década de 2000, se estimó que las partículas de sulfato representaban el 25% o más de toda la contaminación del aire . [ 52 ] La exposición a las emisiones de dióxido de azufre de las centrales eléctricas de carbón (PM 2.5 de carbón ) en EE. UU. se asoció con un riesgo de mortalidad 2,1 veces mayor que la exposición a PM 2.5 de todas las fuentes. [ 53 ] Mientras tanto, el hemisferio sur tenía concentraciones mucho más bajas debido a que estaba mucho menos densamente poblado, con un estimado del 90 % de la población humana en el norte. A principios de la década de 1990, el azufre antropogénico dominaba en el hemisferio norte. donde solo el 16% de las emisiones anuales de azufre eran naturales, pero representaban menos de la mitad de las emisiones en el hemisferio sur. [ 54 ]
Este aumento en las emisiones de aerosoles de sulfato tuvo diversos efectos. En ese momento, el más visible fue la lluvia ácida , causada por la precipitación de nubes que transportaban altas concentraciones de aerosoles de sulfato en la troposfera . [ 55 ] En su punto máximo, la lluvia ácida eliminó la trucha de arroyo y algunas otras especies de peces e insectos de lagos y arroyos en áreas geográficamente sensibles, como las montañas Adirondack en los Estados Unidos. [ 56 ] La lluvia ácida empeora la función del suelo , ya que se pierde parte de su microbiota y se movilizan metales pesados como el aluminio (se dispersan más fácilmente), mientras que nutrientes y minerales esenciales como el magnesio pueden lixiviarse debido a lo mismo. En última instancia, las plantas que no pueden tolerar un pH bajo mueren, siendo los bosques de montaña algunos de los ecosistemas más afectados debido a su exposición regular a la niebla portadora de sulfato en altitudes elevadas. [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] Si bien la lluvia ácida era demasiado diluida para afectar directamente la salud humana, se sabe que respirar smog o incluso cualquier aire con concentraciones elevadas de sulfato contribuye a afecciones cardíacas y pulmonares , incluyendo asma y bronquitis . [ 52 ] Además, esta forma de contaminación está relacionada con el parto prematuro y el bajo peso al nacer , con un estudio de 74 671 mujeres embarazadas en Beijing que encontró que cada 100 μg/m³ adicionales de SO₂ en el aire reducían el peso de los bebés en 7,3 g, lo que la convierte, junto con otras formas de contaminación del aire, en el mayor factor de riesgo atribuible para el bajo peso al nacer jamás observado. [ 62 ]
Medidas de control
Gracias en gran medida al Programa de Lluvia Ácida de la EPA de EE. UU ., Estados Unidos experimentó una disminución del 33 % en las emisiones entre 1983 y 2002 (véase la tabla). Esta mejora se debió en parte a la desulfuración de los gases de combustión , una tecnología que permite la fijación química del SO₂ en las centrales eléctricas que queman carbón o petróleo con contenido de azufre.
En particular, el óxido de calcio (cal) reacciona con el dióxido de azufre para formar sulfito de calcio :
- CaO + SO 2 → CaSO 3
La oxidación aeróbica del CaSO₃ produce CaSO₄ , anhidrita . La mayor parte del yeso que se vende en Europa proviene de la desulfuración de gases de combustión.
Para controlar las emisiones de azufre, se han desarrollado docenas de métodos con eficiencias relativamente altas para la instalación en centrales eléctricas de carbón. [ 64 ] El azufre se puede eliminar del carbón durante la combustión utilizando piedra caliza como material de lecho en la combustión en lecho fluidizado . [ 65 ]
El azufre también puede eliminarse de los combustibles antes de la combustión, evitando así la formación de SO₂ durante la misma. El proceso Claus se utiliza en refinerías para producir azufre como subproducto. El proceso Stretford también se ha empleado para eliminar el azufre del combustible. Asimismo, pueden utilizarse procesos redox con óxidos de hierro, como por ejemplo, Lo-Cat [ 67 ] o Sulferox [ 68 ] .
En los motores marinos se pueden utilizar aditivos para el combustible, como aditivos de calcio y carboxilato de magnesio, para reducir la emisión de gases de dióxido de azufre a la atmósfera. [ 69 ]
Efectos sobre la capa de ozono
Los aerosoles de dióxido de azufre en la estratosfera pueden contribuir al agotamiento del ozono en presencia de clorofluorocarbonos y otras sustancias halogenadas que agotan el ozono. [ 70 ] Sin embargo, los efectos de las erupciones volcánicas que contienen aerosoles de dióxido de azufre sobre la capa de ozono son complejos. En ausencia de compuestos halogenados antropogénicos o biogénicos en la baja estratosfera, el agotamiento del pentóxido de dinitrógeno en la estratosfera media, asociado a su reactividad con los aerosoles, puede promover la formación de ozono. [ 70 ] La inyección de dióxido de azufre y grandes cantidades de vapor de agua en la estratosfera tras la erupción de Hunga Tonga-Hunga Haʻapai en 2022 resultó en una alteración de la circulación atmosférica que promovió una disminución del ozono en las latitudes del sur, pero un aumento en los trópicos. [ 71 ] [ 72 ] La presencia adicional de ácido clorhídrico en las erupciones puede resultar en un agotamiento neto del ozono. [ 70 ]
Impacto en el cambio climático
Investigaciones posteriores estimaron una reducción promedio de la luz solar que incide sobre la superficie terrestre de alrededor del 4-5% por década durante finales de la década de 1950-1980, y del 2-3% por década cuando se incluyó la década de 1990. [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] Cabe destacar que la radiación solar en la parte superior de la atmósfera no varió más del 0,1-0,3% en todo ese tiempo, lo que sugiere fuertemente que las razones del oscurecimiento se encontraban en la Tierra. [ 78 ] [ 79 ] Además, solo se atenuaron la luz visible y la radiación infrarroja , en lugar de la parte ultravioleta del espectro. [ 80 ] Además, el oscurecimiento se produjo incluso cuando los cielos estaban despejados, y de hecho fue más fuerte que durante los días nublados, lo que demuestra que no fue causado únicamente por cambios en la cobertura de nubes. [ 81 ] [ 79 ] [ 73 ]
Impactos previstos
Dado que los cambios en las concentraciones de aerosoles ya tienen un impacto en el clima global, necesariamente influirían también en las proyecciones futuras. De hecho, es imposible estimar completamente el impacto del calentamiento de todos los gases de efecto invernadero sin tener en cuenta el enfriamiento compensatorio producido por los aerosoles. [ 82 ] [ 83 ]
Independientemente de la fuerza actual del enfriamiento de los aerosoles, todos los escenarios futuros de cambio climático proyectan disminuciones en las partículas y esto incluye los escenarios donde se cumplen los objetivos de 1,5 °C (2,7 °F) y 2 °C (3,6 °F): sus objetivos específicos de reducción de emisiones asumen la necesidad de compensar la menor atenuación. [ 84 ] Dado que los modelos estiman que el enfriamiento causado por los sulfatos es en gran medida equivalente al calentamiento causado por el metano atmosférico (y dado que el metano es un gas de efecto invernadero de vida relativamente corta), se cree que las reducciones simultáneas en ambos se cancelarían efectivamente entre sí. [ 85 ] [ 86 ] Sin embargo, en los últimos años, las concentraciones de metano han estado aumentando a tasas que superan su período anterior de crecimiento máximo en la década de 1980, [ 87 ] [ 88 ] con las emisiones de metano de los humedales impulsando gran parte del crecimiento reciente, [ 89 ] [ 90 ] mientras que la contaminación del aire se está limpiando agresivamente. [ 91 ] Estas tendencias son algunas de las principales razones por las que ahora se espera un calentamiento de 1,5 °C (2,7 °F) alrededor de 2030, en contraposición a las estimaciones de mediados de la década de 2010, donde no ocurriría hasta 2040. [ 82 ]
Geoingeniería solar
Como el mundo real había demostrado la importancia de las concentraciones de aerosoles de sulfato para el clima global, la investigación sobre el tema se aceleró. La formación de los aerosoles y sus efectos en la atmósfera se pueden estudiar en el laboratorio, con métodos como la cromatografía iónica y la espectrometría de masas [ 92 ] Se pueden recuperar muestras de partículas reales de la estratosfera usando globos o aeronaves, [ 93 ] y también se usaron satélites remotos para la observación. [ 94 ] Estos datos se introducen en los modelos climáticos , [ 95 ] ya que la necesidad de tener en cuenta el enfriamiento de los aerosoles para comprender verdaderamente la tasa y la evolución del calentamiento había sido evidente desde hace mucho tiempo, siendo el Segundo Informe de Evaluación del IPCC el primero en incluir una estimación de su impacto en el clima, y todos los modelos principales podían simularlos para cuando se publicó el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC en 2007. [ 96 ] Muchos científicos también ven la otra cara de esta investigación, que es aprender cómo causar el mismo efecto artificialmente. [ 97 ] Si bien se discutió alrededor de la década de 1990, si no antes, [ 98 ] la inyección de aerosoles estratosféricos como método de geoingeniería solar se asocia mejor con la propuesta detallada de Paul Crutzen de 2006. [ 99 ] El despliegue en la estratosfera garantiza que los aerosoles sean más efectivos y que el progreso de las medidas de aire limpio no se revierta: investigaciones más recientes estimaron que incluso bajo el escenario de emisiones más alto RCP 8.5 , la adición de azufre estratosférico necesaria para evitar 4 °C (7.2 °F) con respecto a ahora (y 5 °C (9.0 °F) con respecto a la era preindustrial) se compensaría efectivamente con los controles futuros sobre la contaminación por sulfato troposférico, y la cantidad requerida sería incluso menor para escenarios de calentamiento menos drásticos. [ 100 ] Esto impulsó un análisis detallado de sus costos y beneficios, [ 101 ] pero incluso con cientos de estudios sobre el tema completados a principios de la década de 2020, aún persisten algunas incertidumbres notables. [ 102 ]
Propiedades
Tabla de propiedades térmicas y físicas del dióxido de azufre líquido saturado: [ 103 ] [ 104 ]
Véase también
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Enlaces externos
- Mapa mundial de la distribución del dióxido de azufre
- Página sobre dióxido de azufre de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos
- Ficha Internacional de Seguridad Química 0074
- Monografías de la IARC. "Dióxido de azufre y algunos sulfitos, bisulfitos y metabisulfitos". vol. 54. 1992. pág. 131.
- Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos
- CDC – Dióxido de azufre – Tema de seguridad y salud en el lugar de trabajo del NIOSH
- Dióxido de azufre, molécula del mes
- Óxidos ácidos
- Carcinógenos del Grupo 3 de la IARC
- Gases industriales
- Intercalcógenos
- Conservantes
- Refrigerantes
- contaminantes atmosféricos
- Óxidos de azufre
- Moléculas de señalización gaseosas
- Gases traza
- Moléculas triatómicas
- Agentes reductores
- disolventes inorgánicos
- Moléculas hipervalentes
- Aditivos con número E
- Compuestos de azufre(IV)