Radioactividad

La radioactividad es la emisión espontánea de partículas de alta energía [alfa (α), beta (β) o rayos gamma (γ)] por parte de núcleos inestables (radioactivos).

Las reacciones en los que se emite una partícula alfa, se llaman decaimiento alfa (α). Por ejemplo, cuando decae el Polonio:

²¹⁰₈₄Po → ²⁰⁶₈₂Pb + ⁴₂He

Atmósfera

Atmósfera o envoltura gaseosa que rodea a la Tierra, mientras que el aire es una porción limitada de ella. A menudo, estos dos términos se usan indistintamente en el estudio ambiental. La atmósfera terrestre tiene una altura de unos 2000 km. La densidad de los gases desciende con la altitud y la temperatura varía también conforme esta, lo que permite separar arbitrariamente a la atmósfera en capas para su estudio.

Capas de la atmósfera

• Tropósfera: es la capa más importante y constituye el aire que respiramos. Ahí se observan los fenómenos meteorológicos que determinan el clima y se producen los vientos, por lo cual, unos pocos días. La temperatura desciende aproximadamente a 1°C por cada 100 m de altura hasta mantenerse constante en la altitud de la tropopausa.
• Estratósfera: es semejante a la troposfera, en ella hay poco vapor de agua y el gradiente de la temperatura es inverso, ya que la temperatura aumenta entre 10°C y 20°C en 60 km de altura. Este incremento se debe a que el ozono absorbe las radiaciones ultravioletas e infrarrojas que provienen del Sol. Una de las principales funciones de la estratosfera es que actúa como filtro de estas radiaciones.
• Mesosfera: disminuye el ozono y la temperatura disminuye también al aumentar la altitud hasta llegar a -70°C.
• Termosfera o Ionosfera: es la capa de la atmósfera más alejada de la Tierra que se conoce. En ella, la temperatura aumenta con la altura y a los 200 km sobrepasa los 500°C. Esto se debe a la absorción de la radiación solar ultravioleta por el oxígeno molecular y por el nitrógeno. En ella, el aire está ionizado por la incidencia de la radiación solar.

Composición del aire

El aire es una mezcla de gases:

Importancia de los componentes del aire

Los 4 componentes más importantes del aire y más abundantes son el N₂, O₂, Ar y CO₂.

• El nitrógeno del aire es el componente más abundante, no es combustible, es mucho menos reactivo que el oxígeno, por lo que no se combina fácilmente con otras sustancias. Inerte, lo inhalamos y exhalamos sin que sufra algún cambio. Es de vital importancia porque regula las reacciones de oxidación, impidiendo que los seres vivos se quemen.
• El oxígeno es la parte esencial del aire que mantiene la vida. El oxígeno no es combustible, no se quema, pero sí es un comburente, es decir, mantiene la combustión y es de vital importancia, ya que permite procesos químicos como la respiración y la fotosíntesis, que son la base de la vida.
• El argón es un gas noble y prácticamente no reacciona, sin embargo, al igual que el nitrógeno, regula la energía en las combustiones.
• El dióxido de carbono (CO₂) es una sustancia capaz de absorber la energía proveniente del Sol, es decir, actúa como un filtro. Por otro lado, impide el enfriamiento de la Tierra, evitando que la energía absorbida se regrese al Universo.

Propiedades del aire

El aire es un gas incoloro, inodoro e insípido. El color azul de la atmósfera se debe a la difracción que experimentan las radiaciones solares de pequeña longitud en las moléculas de gas.

La densidad del aire es de 0.793 g/cm³.

El calor específico del aire a presión constante es de 0.242 kcal/mol K.

La conductividad eléctrica es de 0.125 kcal/mol K.

En cuanto a propiedades químicas del aire, prácticamente son inertes, a excepción del oxígeno, que lleva a cabo los 3 tipos de oxidación más importantes, que son: respiración, combustión y oxidación de los metales.

Separación de los componentes del aire

Como cualquier mezcla, del aire pueden separarse sus componentes físicos, ya que cada uno de ellos conserva sus propiedades.

Para separar los componentes del aire, se siguen los siguientes pasos:

1. Pasar el aire a través de los filtros para eliminar las partículas sólidas en suspensión.
2. Eliminar el dióxido de carbono al pasar por una solución de hidróxido de bario.
3. Comprimir el aire para llevar a cabo el proceso de licuefacción, que es la transformación del estado gaseoso al líquido.
4. Se pasa el aire a una torre de destilación fraccionada, donde se calienta lentamente al provocar la evaporación de cada uno de sus componentes, de acuerdo con sus puntos de ebullición, obteniéndose de acuerdo con la siguiente tabla:

Oxígeno

El oxígeno es el elemento más abundante sobre la corteza terrestre, ya que se encuentra en un 46.6%.

En la atmósfera, es el segundo más abundante y se encuentra en un 20%.

Este elemento fue descubierto por Joseph Priestley en 1771. Más tarde, Lavoisier le da el nombre de oxígeno, que significa “formado por óxidos”.

Propiedades físicas del oxígeno

• Es un gas incoloro, inodoro e insípido.
• Es ligeramente más denso que el aire y su valor es de 1.43 gr/cm³.
• Es soluble en agua.
• Su punto de ebullición es de -183°C.
• Su punto de fusión es de -218°C.

Si se le comprime y se enfría, se puede obtener oxígeno en estado líquido, que es de color azul, y si se sigue enfriando, se puede obtener oxígeno sólido, que es de color blanco.

Propiedades químicas del oxígeno

Es una molécula diatómica que presenta un enlace covalente muy fuerte, que lo hace una molécula muy estable a temperatura ambiente.

Al combinarse con otros elementos, el oxígeno puede completar sus ocho electrones en su último nivel de 2 formas:

1. Aceptando electrones de otros elementos para formar el ion O^-2.
2. Por medio de un enlace covalente, compartiendo 2 de sus electrones con los 2 electrones de otro u otros de sus elementos.

El oxígeno reacciona con los metales para formar óxidos básicos mediante la ecuación:

Metal + O₂ → Óxido Básico

Na + O₂ → Óxido de Sodio (Na₂O)

El oxígeno reacciona con los no metales para formar óxidos ácidos o anhídridos mediante la siguiente ecuación:

No Metal + O₂ → Óxido ácido o anhídrido

C + O₂ → CO₂ Dióxido de Carbono (Anhídrido carbónico)

Todas las reacciones de oxígeno con las sustancias son reacciones altamente energéticas. La más energética es la reacción de combustión, que provoca la formación de energía calorífica y de energía luminosa.

Reacciones de oxidación

Son las reacciones en las que participa el oxígeno y se caracterizan porque las sustancias pierden sus electrones y los gana el oxígeno.

En la naturaleza, existen 3 tipos de reacciones de oxidación:

1. Combustión
2. Respiración
3. Oxidación de los metales (Corrosión)

Combustión

Es la reacción de las sustancias (combustibles) con el O₂ (comburente) que producen grandes cantidades de energía calorífica y luminosa. De la reacción de combustión, se obtiene CO₂ y H₂O, sin importar cuál sea el combustible.

Respiración

Esta reacción se lleva a cabo en la célula, donde el oxígeno reacciona con los carbohidratos para producir CO₂, H₂O y energía química, que la célula utiliza para realizar sus funciones.

C₆H₁₂ + O₂ → CO₂ + H₂O + Energía Química

Corrosión

Es la reacción que se produce entre el oxígeno y los metales. Es una reacción muy lenta y poco energética, que provoca grandes pérdidas económicas por el deterioro de los metales.

Metal + O₂ → Óxido Básico

Fe + O₂ → Fe₂O₃ + FeO

El aire es una mezcla gaseosa donde, obviamente, sus componentes presentan propiedades características de ese estado físico.