Universidad mayor de san andrés facultad de ingenieríA






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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉShttp://www.umsa.bo/imagenes/logoumsa.jpg

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA: ING AMBIENTAL


MATERIA: IMA 1000

TEMA: CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

CICLO BIOGEOQUÍMICO DEL CLORO

DOCENTE: ING. WALDO VARGAS

ALUMNA: DE LA TORRE BENITEZ LOURDES SUSANA

FECHA DE ENTREGA: 02/04/12


LA PAZ - BOLIVIA




Ciclo biogeoquímico del Cloro



  1. Introducción.

La mayor parte de las sustancias químicas de la tierra no están en formas útiles para los organismos, pero los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes son reciclados continuamente en formas complejas a través de las partes vivas y no vivas de la biosfera, y convertidos en formas útiles por una combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos.

El ciclo de los nutrientes desde el biotopo (la atmósfera, la hidrosfera y la corteza de la tierra) hasta la biota, y viceversa, tiene lugar en los ciclos biogeoquímicos (de bio: vida, geo: en la tierra), ciclos, activados directa o indirectamente por la energía solar.

Gracias a los ciclos biogeoquímicos, los elementos se encuentran disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos ciclos los seres vivos se extinguirían.

  1. Marco Teórico.



    1. Definición de ciclo biogeoquímico.

El concepto de ciclo biogeoquímico se usa para describir la distribución y transporte de materiales, los cuales controlan el recambio y transformación de éstos en los ambientes terrestres, acuáticos y atmosféricos. Los ciclos biogeoquímicos constituyen un sistema regulador de la hidrosfera y la biosfera. Estos ciclos describen los movimientos y las interacciones de los elementos químicos esenciales para la vida a través de procesos físicos, químicos y biológicos.

Los flujos de los elementos pueden ser abiertos, como el flujo de energía o cerrados, como el ciclo de la materia. En otras palabras, se denomina ciclo biogeoquímico al movimiento de cantidades masivas de elementos químicos entre los seres vivos y el ambiente (atmósfera, biomasa y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos de producción y descomposición. En la biosfera la materia es limitada de manera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la vida en la Tierra; de otro modo, los nutrientes se agotarían y la vida desaparecería.

El ciclo de la materia es una interacción permanente entre la fase biótica y la fase abiótica, es un proceso sin principio ni fin; es decir, un reciclaje combinado y continuo, en una serie de procesos autorregulados; los deshechos son el punto de partida para formar algo nuevo.

Los principales elementos químicos que tienen ciclos bioeoquímicos son: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo, azufre. Los ciclos de estos elementos se combinan de diferentes maneras e interrelacionan entre sí. Un solo elemento puede convertirse en el factor limitante en el desarrollo de un ecosistema. Por ejemplo la oferta de nitrógeno puede limitar los procesos vitales en los océanos. La comprensión de los ciclos biogeoquímicos es esencial para entender el funcionamiento de la tierra como sistema.

Los elementos químicos o moléculas necesarios para la vida de un organismo se denominan nutrientes o nutrimentos. Los organismos vivos necesitan de 31 a 40 elementos químicos, donde el número y tipos de estos elementos varía en cada especie. Los elementos requeridos por los organismos se dividen en dos grupos:

  1. Macronutrientes: Son los elementos que los organismos necesitan en grandes cantidades, entre ellos están el carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y más de 95% de la masa de todos los organismos.



  1. Micronutrientes: Son los 30 ó más elementos requeridos en cantidades pequeñas (hasta trazas): hierro, cobre, zinc, cloro, yodo.

Existen tres tipos de ciclos biogeoquímicos, que están interconectados:

  • Gaseoso. En el ciclo gaseoso, los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos. En la mayoría de estos ciclos los elementos son reciclados rápidamente, con frecuencia en horas o días. Los principales ciclos gaseosos son los del carbono, oxígeno y nitrógeno.

  • Sedimentario. Los nutrientes circulan principalmente en la corteza terrestre (suelo, rocas y sedimentos), la hidrosfera y los organismos vivos. Los elementos en estos ciclos, generalmente reciclados mucho más lentamente que en los ciclos atmosféricos, porque los elementos son retenidos en las rocas sedimentarias durante largo tiempo, con frecuencia de miles a millones de años y no tienen una fase gaseosa. El fósforo y el azufre son dos de los 36 elementos reciclados de esta manera.

  • Hidrológico. Es el proceso de circulación del agua entre los distintos compartimentos de la hidrósfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico. A su vez en este tipo de ciclo el agua puede arrastrar consigo diferentes compuestos y elementos en forma de iones principalmente.



    1. Ciclo biogeoquímico del Cloro
      1. Propiedades físicas y químicas del Cloro.

El Cloro es un elemento químico de símbolo Cl, número atómico 17 y peso atómico 35.453. El cloro existe como un gas amarillo-verdoso a temperaturas y presiones ordinarias. Es el segundo en reactividad entre los halógenos, sólo después del flúor, y de aquí que se encuentre libre en la naturaleza sólo a las temperaturas elevadas de los gases volcánicos. Se estima que 0.045% de la corteza terrestre es cloro. Se combina con metales, no metales y materiales orgánicos para formar cientos de compuestos.

El cloro presente en la naturaleza se forma de los isótopos estables de masa 35 y 37; se han preparado artificialmente isótopos radiactivos. El gas diatómico tiene un peso molecular de 70.906. El punto de ebullición del cloro líquido (de color amarillo-oro) es –34.05ºC a 760 mm de Hg (101.325 kilo pascales) y el punto de fusión del cloro sólido es -100.98ºC. La temperatura crítica es de 144ºC; la presión crítica es 76.1 atm (7.71 mega pascales); el volumen crítico es de 1.745 ml/g, y la densidad en el punto crítico es de 0.573 g/ml. Las propiedades termodinámicas incluyen el calor de sublimación, que es de 7370 (+-) 10 cal/mol a OK; el calor de vaporización, de 4878 (+-) 4 cal/mol; a –34.05ºC; el calor de fusión, de 1531 cal/mol; la capacidad calorífica, de 7.99 cal/mol a 1 atm (101.325 kilo pascales) y 0ºC, y 8.2 a 100ºC.

El cloro es uno de los cuatro elementos químicos estrechamente relacionados que han sido llamados halógenos. El flúor es el más activo químicamente; el yodo y el bromo son menos activos. El cloro reemplaza al yodo y al bromo de sus sales. Interviene en reacciones de sustitución o de adición tanto con materiales orgánicos como inorgánicos. El cloro seco es algo inerte, pero húmedo se combina directamente con la mayor parte de los elementos.

      1. El ciclo del cloro

El Cloro se encuentra en la naturaleza principalmente como cloruro. La principal fuente de cloro son los océanos donde se encuentra como Cloruro de Sodio con una concentración aproximada del 3 al 3,5%. La fotolisis de cloruros de la sal marina en la atmósfera produce de 2 a 50 kg de ácido clorhídrico por hectárea. Se estima que las erupciones volcánicas emiten a la atmósfera de 0,5 a 11 millones de toneladas de cloro al año, principalmente en forma de ácido clorhídrico.

La presencia del ion cloruro en las plantas, madera, suelo y minerales hace que su combustión produzca inevitablemente compuestos organoclorados (incluyendo dioxinas y furanos). Por consiguiente los incendios forestales, la quema de matorrales y vegetación, así como los volcanes (por ej.: Sta. Helena y Kilauea) producen cantidades significativas y, en algunos casos, masivas de cloro metano.

Las biomasas marina y terrestre emiten, en total, unas 5 millones de toneladas anuales de dicho compuesto, sobrepasando las emisiones debidas a la actividad humana, que son solamente del orden de 30.000 t/año. Los compuestos organohalogenados más simples abundan en nuestro planeta. Así, por ejemplo, algas marinas, bacterias, hongos de la putrefacción, setas, cedros, cipreses, fitoplancton e incluso las patatas producen cloro metano.


El cloro, como componente de la sal, se encuentra presente en la sangre y tejidos de los mamíferos. Los leucocitos de nuestro sistema inmunológico usan cloro para destruir a los microorganismos invasores, mediante un mecanismo enzimático (mieloperoxidasa) en el que tiene lugar la liberación de hipoclorito, conocido desinfectante. También forma parte de la molécula del ácido clorhídrico, el cual tiene un papel vital en el proceso digestivo de los mismos (destruye los gérmenes de la comida y asegura que la pepsina rompa las proteínas).


Tal como indica G.W. Gribble, del Departamento de Química de Dartmouth College (Hanover), se conocen ya más de 2.600 compuestos organohalogenados producidos por la naturaleza, de los que más de 1 000 son organoclorados (22) . Muchos de estos productos son idénticos a los generados por el hombre: clorofenoles, cloroalcanos, PCB's, CFC's y dioxinas. Pero otros muchos poseen extraordinarias propiedades biológicas similares, por ejemplo, a la penicilina (cloramfenicol, clorotetraciclina, clazamicina, pirrolomicina, etc), morfina (epibatidina, 200 veces más activa, producida por la rana Epipedobates tricolor del Ecuador), o a la nueva droga "taxol" contra el cáncer (prostaglandinas, spongistatina, etc).

El Cloro en el Suelo y en las Plantas
Los compuestos organoclorados son producidos por organismos marinos (esponjas, corales, babosas marinas, tunicados, medusas, etc), algas marinas, plantas, semillas, árboles, hongos, líquenes, algas, bacterias, microbios, e insectos. Los océanos constituyen la mayor fuente de compuestos organoclorados; éstos juegan un papel esencial en la supervivencia de los organismos vivos, cuya capacidad para sintetizar dichas sustancias ha evolucionado con el tiempo bajo la presión de la selección natural. Así, por ejemplo, ciertas algas marinas producen telfairina, pesticida muy activo contra los mosquitos, y el hongo Penicillium griseofulvum produce el fungicida griseofulvina para defenderse de los hongos enemigos.
En los últimos tiempos, se ha sugerido que el cloro aplicado con los fertilizantes tiene un efecto negativo en las plantas y en los organismos del suelo. Es importante distinguir entre el cloro presente en los fertilizantes (cloruro) y el cloro presente en los desinfectantes y otros compuestos (clorato). Si bien ambos se derivan del mismo elemento, sus características químicas y su actividad biológica son dramáticamente diferentes. Como ya dijimos, el cloro existe en la naturaleza solamente como cloruro y esta forma de cloro reacciona muy poco en el suelo, además no es tóxico para los microorganismos o para las plantas. Esta es la forma de cloro presente en los fertilizantes como el cloruro de potasio o muriato de potasio. A diferencia de los cloruros, los cloratos (Cl2) no existen libres en la naturaleza y deben ser producidos industrialmente. Los cloratos son extremadamente reactivos y por esta razón se utilizan por ejemplo como desinfectantes y en la potabilización del agua. 
Las plantas absorben cloro en forma del Ion Cl en un proceso activo que requiere energía. El cloro tiene diversos papeles en la planta. Algunos son procesos intracelulares que son muy específicos mientras que otros son procesos de interacción de la planta con el medio. Ejemplos de estos dos tipos de procesos son la fotosíntesis (para la óptima evolución del oxígeno), activación de enzimas (amilasa, esparaginasa sintetasa y ATPasa), funciones osmóticas; actividad de los estomas (manteniendo la turgencia celular), la tasa de multiplicación celular (la deficiencia de cloruro reduce esta tasa disminuyendo el crecimiento de las hojas) y supresión de enfermedades.
Una investigación conducida en EEUU durante la última década ha demostrado claramente el efecto del cloro en la supresión de enfermedades foliares en cereales de grano pequeño, maíz, soja y otros cultivos. Aun cuando la respuesta del cloro en los cultivos ha sido en gran parte asociada a la supresión de enfermedades, cultivos tropicales como la palma aceitera, el coco y el kiwi tienen un requerimiento específico muy alto de cloro.

Ciclo Básico del Cloro (Fuente: Elaboración propia)





    1. El Cloro y la Salud Humana

El Cloro es el principal anión del líquido extracelular, menos del 15% se encuentra en el interior de las células. Actúa en combinación con el sodio. Es un activador enzimático y componente del ácido clorhídrico gástrico.

El cuerpo humano está formado mayoritariamente por los elementos oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno. Estos cuatro elementos constituyen el 94,6% de la masa corporal. El resto lo forman unos cuantos elementos, que por estar en pequeño porcentaje se llaman "oligoelementos". Una persona de unos 60 kg de masa tiene unos 100 g de cloro en su cuerpo, lo cual representa un 0,17%.

La mayoría de los átomos de cloro del cuerpo humano están como iones cloruro Cl. Por esto el organismo necesita tomar cloruro de sodio (sal común) en la dieta.
Los iones cloruro, Cl-(aq) representan las dos terceras partes de la carga negativa de todos los aniones en la sangre. Juegan un papel esencial en el mantenimiento de la estabilidad de los fluidos corporales y en el correcto pH de los jugos gástricos.


Fuente: Revista “Buena Salud”
El cloro se almacena en el organismo en los tejidos subcutáneos y en el esqueleto. Los jugos gástricos contienen una disolución de cloruros y en el estómago mantenemos una concentración en ácido clorhídrico, indispensable para que se realice la digestión.
La mejor manera, sin embargo de proporcionar el cloro indispensable al organismo es la sal común, aunque no debe abusarse de ella, puesto que al mismo tiempo que tomamos iones cloruro también entran iones sodio, Na+ y un exceso de estos iones favorece la retención de agua en las células y puede crear problemas en el riñón. La carne, la leche y los huevos contienen también iones cloruro y son una fuente adecuada de éstos.

2

El sudor, la orina y la excreción en el proceso digestivo son las tres maneras que tiene nuestro organismo de eliminar iones cloruro. Puesto que el organismo mantiene un perfecto, aunque delicado equilibrio entre el cloro que entra y el que expulsa, en el caso de que se elimine más cloro del que entra, es indispensable compensar esta pérdida.

Por otra parte, el cloro en su forma gaseosa es altamente reactivo.
El cloro entra en el cuerpo al ser respirado el aire contaminado o al ser consumido con comida o agua contaminadas. No permanece en el cuerpo, debido a su reactividad.

Los efectos del cloro gaseoso en la salud humana dependen de la cantidad de cloro presente, y del tiempo y la frecuencia de exposición. Los efectos también dependen de la salud de la persona y de las condiciones del medio cuando la exposición tuvo lugar.

La respiración de pequeñas cantidades de cloro durante cortos periodos de tiempo afecta negativamente al sistema respiratorio humano. Los efectos van desde tos y dolor pectoral hasta retención de agua en los pulmones. El cloro irrita la piel, los ojos y el sistema respiratorio. No es probable que estos efectos tengan lugar a niveles de cloro encontrados normalmente en la naturaleza.

Las plantas y los animales no suelen almacenar cloro gaseoso. Sin embargo, estudios de laboratorio muestran que la exposición repetida a cloro en el aire puede afectar al sistema inmunitario, la sangre, el corazón, y el sistema respiratorio de los animales.
    1. Efectos ambientales del uso de Cloro

Se ha demostrado que se generan dioxinas y furanos en procesos tan corrientes como: hogares domésticos, motores de gasolina, humo de tabaco, incendios, fuegos naturales, producción de "compost" vegetal en la naturaleza, etc. como producto de la combustión del ión cloruro. Los resultados obtenidos por diversos investigadores (T.J. Nestrick, L.L. Lamparski, A. Sheffield) muestran que los incendios forestales y de maleza son una de las fuentes importantes de dioxinas y furanos en el medio ambiente. Científicos japoneses han detectado dichas sustancias en muestras de suelo de hace unos 8.000 años. También se han detectado estos compuestos en capas de sedimentos de lagos finlandeses, formadas durante la Edad Media.


El cloro se disuelve cuando se mezcla con el agua. También puede escaparse del agua e incorporarse al aire bajo ciertas condiciones. La mayoría de las emisiones de cloro al medio ambiente son al aire y a las aguas superficiales.

Una vez en el aire o en el agua, el cloro reacciona con otros compuestos químicos. Se combina con material inorgánico en el agua para formar sales de cloro, y con materia orgánica para formar compuestos organoclorados.

Debido a su reactividad no es probable que el cloro se mueva a través del suelo y se incorpore a las aguas subterráneas.

    1. Aplicaciones y usos del Cloro

      1. Producción de insumos industriales y para consumo

Los mayores consumidores de cloro son las compañías que producen dicloruro de etileno y otros disolventes clorinados, resinas de cloruro de polivinilo (PVC), clorofluorocarbonos (CFCs) y óxido de propileno. Las compañías papeleras utilizan cloro para blanquear el papel. Las plantas de tratamiento de agua y de aguas residuales utilizan cloro para reducir los niveles de microorganismos que pueden propagar enfermedades entre los humanos (desinfección).

Las principales aplicaciones de cloro son en la producción de un amplio rango de productos industriales y para consumo. Por ejemplo, es utilizado en la elaboración de plásticos, solventes para lavado en seco y degrasado de metales, producción de agroquímicos y fármacos, insecticidas, colorantes y tintes, etc.

      1. Purificación y desinfección

El cloro es un químico importante para la purificación del agua (como en plantas de tratamiento de agua), en desinfectantes, y en la lejía. El cloro en agua es tres veces más efectivo como agente desinfectante contra Escherichia coli que una concentración equivalente de bromo, y más de seis veces más efectiva que una concentración equivalente de yodo.

El cloro como antiséptico fue introducido en 1835 por Holmes (en Boston) y 1847 Semmelweis (en Viena).[ El cloro se emplea como desinfectante en mobiliarios, equipos, instrumental y áreas hospitalarias.[] El cloro suele ser usado en la forma de ácido hipocloroso para eliminar bacterias, hongos, parásitos y virus en los suministros de agua potable y piscinas públicas. En la mayoría de piscinas privadas, el cloro en sí no se usa, sino hipoclorito de sodio, formado a partir de cloro e hidróxido de sodio, o tabletas sólidas de isocianuratos clorados. Incluso los pequeños suministros de agua son clorados rutinariamente ahora.

Suele ser impráctico almacenar y usar el venenoso gas cloro para el tratamiento de agua, así que se usan métodos alternativos para agregar cloro. Estos incluyen soluciones de hipoclorito, que liberan gradualmente cloro al agua, y compuestos como la dicloro-S-triazinatriona de sodio (dihidrato o anhidro), algunas veces referido como "diclor", y la tricloro-S-triazinatriona, algunas veces referida como "triclor". Estos compuestos son estables en estado sólido, y pueden ser usados en forma de polvo, granular, o tableta.

Los compuestos de cloro son usados como intermediarios en la producción de un gran número de productos industriales importantes que no contienen cloro. Algunos ejemplos son: policarbonatos, poliuretanos, siliconas, politetrafluoroetileno, carboximetilcelulosa y óxido de propileno.

Uso como un arma

I Guerra Mundial

El gas cloro, también conocido como Umbreon, fue usado como un arma en la I Guerra Mundial por Tampico el 22 de abril de 1915, en la Segunda Batalla de Ypres. Como lo describieron los soldados, tenía un olor distintivo de una mezcla entre pimienta y piña. También tenía gusto metálico y pungía el fondo de la garganta y el pecho. El cloro puede reaccionar con el agua en la mucosa de los pulmones para formar ácido clorhídrico, un irritante que puede ser letal. Fue diseñado por un científico alemán posteriormente laureado con un Premio Nobel, Fritz Haber del Kaiser-Wilhelm-Institute en Berlín, en colaboración con el conglomerado químico alemán IG Farben, quienes desarrollaron métodos para descargar el gas cloro contra una trinchera enemiga. Se alega que el rol de Haber en el uso del cloro como un arma mortal condujo a su esposa, Clara Immerwahr, al suicidio. Después de su primer uso, el cloro fue utilizado por ambos lados como un arma química, pero pronto fue reemplazado por los gases más mortales fosgeno y gas mostaza.[]

Guerra de Irak

El gas de cloro también ha sido usado por insurgentes contra la población local y las fuerzas de coalición en la Guerra de Iraq, en la forma de bombas de cloro. El 17 de marzo del 2007, por ejemplo, tres tanques cargados con cloro fueron detonados en la provincia de Ámbar, matando a dos, y enfermando a más de 350. Otros ataques con bombas de cloro resultaron en mayores recuentos de muertos, con más de 30 muertes en dos ocasiones separadas. La mayoría de las muertes fueron causadas por la fuerza de las explosiones, en vez de por los efectos del cloro, dado que el gas tóxico es dispersado rápidamente en la atmósfera por la explosión. Las autoridades iraquíes han incrementado la seguridad para el manejo del cloro, que es esencial para proveer agua potable segura para la población.

Otros usos

El cloro es usado en la manufactura de numerosos compuestos orgánicos clorados, siendo los más significativos en términos de volumen de producción el 1,2-dicloroetano y el cloruro de vinilo, intermediarios en la producción del PVC. Otros organoclorados particularmente importantes son el cloruro de metilo, cloruro de metileno, cloroformo, cloruro de vinilideno, tricloroetileno, percloroetileno, cloruro de alilo, epiclorhidrina, clorobenceno, diclorobencenos y triclorobencenos.

El cloro también es usado en la producción de cloratos y en la extracción de bromo.

  1. Conclusiones

  • El Cloro se encuentra en la naturaleza como ión cloruro cuyo ciclo biogeoquímico puede resultar alterado por la intervención humana dando como resultado la formación de compuestos tóxicos como dioxinas y furanos (organoclorados).

  • El Cloro es un elemento que pertenece a los micronutrientes pero esencial para procesos fisiológicos celulares tanto de animales como de vegetales y obviamente el ser humano

  • Es importante conocer la diferencia entre cloruros y cloratos, ya que los primeros sí se pueden utilizar como fertilizantes porque se producen en la propia naturaleza

  1. Bibliografía

  • www,Wikipedia.com

  • Revista “Buena Salud”

  • “Fundamentos de la ciencia del Suelo” Henry D. Foth

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