Fuentes y usos de óxidos de nitrógeno

El óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) son dos gases cuyas moléculas están formadas por átomos de nitrógeno y oxígeno. Estos óxidos de nitrógeno contribuyen al problema de la contaminación del aire, jugando un papel importante en la formación del smog y de la lluvia ácida. Son liberados a la atmósfera de la Tierra por fuentes naturales y generadas por el hombre.

El óxido nítrico es un gas incoloro e inflamable con un ligero olor. El dióxido de nitrógeno es un gas rojo-naranja profundo que es venenoso pero no inflamable. Junto con los aerosoles, es responsable del color marrón rojizo del smog. A altas concentraciones es altamente tóxico y puede causar daños pulmonares graves. El dióxido de nitrógeno es un fuerte agente oxidante, por lo que es muy reactivo con otros compuestos.

Fuentes de óxidos de nitrógeno

Los científicos estiman que la naturaleza produce entre 20 y 90 millones de toneladas de óxidos de nitrógeno en la Tierra cada año. Las fuentes naturales incluyen volcanes, océanos, descomposición biológica y rayos. Las actividades humanas añaden otros 24 millones de toneladas de óxidos de nitrógeno a nuestra atmósfera anualmente.
Tanto el NO como el NO2 se forman durante la combustión a altas temperaturas en la atmósfera, cuando el oxígeno se combina con el nitrógeno.Medición de óxidos de nitrógeno

Los gases de escape de los automóviles y camiones son fuentes importantes de óxidos de nitrógeno, al igual que las emisiones de las plantas de generación de energía eléctrica. Los gases de escape de los automóviles tienen más NO que NO2, pero una vez que el NO es liberado a la atmósfera se combina rápidamente con el oxígeno del aire para formar NO2.

Los óxidos de nitrógeno como contaminantes

Los óxidos de nitrógeno son al menos parcialmente responsables de varios tipos de contaminación atmosférica. El dióxido de nitrógeno le da su color a la neblina rojizo-marrón que llamamos smog. La fotodisociación del dióxido de nitrógeno por la luz solar produce óxido nítrico y ozono en la troposfera, que es otro componente del smog.

Una serie de reacciones químicas transforman los Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) en sustancias que se combinan con el dióxido de nitrógeno para producir PAN (nitrato de peroxicilo), otro elemento del smog. El dióxido de nitrógeno en el aire también reacciona con el vapor de agua para formar ácido nítrico, uno de los tipos de ácido en la lluvia ácida.

La concentración de dióxido de nitrógeno en el aire no contaminado es de alrededor de 10 partes por billón (ppb). En la niebla tóxica, la concentración se multiplica por veinte hasta aproximadamente 200 ppb.

Usos de los Óxidos de Nitrógeno

Aunque los óxidos de nitrógeno han obtenido una dudosa distinción como contaminantes, también se utilizan de forma beneficiosa en algunos procesos industriales. El óxido nítrico se fabrica a gran escala y se utiliza posteriormente para producir ácido nítrico (HNO3).

Para crear óxido nítrico para usos industriales, los químicos combinan amoníaco (NH3) con oxígeno (O2), liberando agua (H2O) como subproducto. Los compuestos de nitrógeno derivados del ácido nítrico se utilizan para crear fertilizantes químicos, explosivos y otras sustancias útiles.

Analizador de óxidos de nitrógenoAnalizador de óxidos de nitrógeno

Una bomba de vacío introduce en el analizador tanto el suministro de aire para el generador de ozono como las muestras de aire ambiente. El punto verde muestra la ruta de la muestra de aire ambiente. Una descarga corona de alto voltaje genera el ozono en el aire seco, mostrado en el diagrama por la trayectoria del punto rojo. La reacción quimioluminiscente sólo se produce entre O3 y NO.

Para medir el componente de NO2, el instrumento desvía la corriente de aire ambiente alternativamente a través de un convertidor que contiene un catalizador (molibdeno) mantenido a una temperatura de 315°C, que convierte el NO2 presente en NO antes de entrar en la celda de reacción.

El punto azul muestra el camino recorrido. La diferencia entre los niveles de NO en las corrientes de gas no desviadas y desviadas es la cantidad de NO2.

Norma de calidad del aire

Las normas de calidad del aire recomendadas para el dióxido de nitrógeno son:

  • 0,12 partes por millón (ppm) durante un período de exposición de 1 hora
  • 0,03 ppm para un período de exposición anual.

Estos estándares están diseñados para proteger a las personas sensibles, como los niños y los asmáticos.

Los niveles típicos de dióxido de nitrógeno al aire libre están muy por debajo del estándar de 1 hora y la exposición a estos niveles generalmente no aumenta los síntomas respiratorios.óxidos de nitrógeno

Medición de óxidos de nitrógeno

Los óxidos de nitrógeno se miden con una técnica conocida como «quimioluminiscencia», que es una reacción química que emite energía en forma de luz. Esta reacción particular es la oxidación del óxido nítrico (NO) a dióxido de nitrógeno (NO2) por el ozono (O3) como se muestra a continuación:

NO + O3 > NO2*+ O2

Es una reacción exotérmica (generadora de calor), que produce una molécula activada de NO2*. Cuando estas moléculas de NO2* vuelven del estado activado al estado normal, se emite algo de energía en forma de una pequeña cantidad de luz. Un tubo fotomultiplicador mide la intensidad de la luz emitida.

Dado que se necesita una molécula de NO para formar una molécula de NO2, la intensidad de la reacción quimioluminiscente es directamente proporcional a la concentración de NO en la muestra. El analizador mide la cantidad de luz emitida y la convierte en una concentración.

Efectos de los óxidos de nitrógeno sobre el medio ambiente y la salud

Los niveles elevados de dióxido de nitrógeno pueden causar daño al tracto respiratorio humano y aumentar la vulnerabilidad de una persona a las infecciones respiratorias y al asma, así como su gravedad.

La exposición prolongada a altos niveles de dióxido de nitrógeno puede causar enfermedad pulmonar crónica. También puede afectar los sentidos, por ejemplo, al reducir la capacidad de una persona para oler un olor.

Los altos niveles de dióxido de nitrógeno también son perjudiciales para el follaje que daña la vegetación, disminuyendo el crecimiento o reduciendo el rendimiento de los cultivos. El dióxido de nitrógeno puede desteñir y decolorar los muebles y las telas, reducir la visibilidad y reaccionar con las superficies.