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Contaminación por detergentes. Eutroficación

Aprendizaje

Identificar acciones para la conservación de la biodiversidad.

Introducción

Los detergentes son semejantes a los jabones porque tienen en su molécula un extremo iónico soluble en agua y otro extremo no polar que desplaza a los aceites. Los detergentes tienen la ventaja, sobre los jabones, de formar sulfatos de calcio y de magnesio solubles en agua, por lo que no forman coágulos al usarlos con aguas duras. Además como el ácido correspondiente de los sulfatos ácidos de alquilo es fuerte, sus sales (detergentes) son neutras en agua. Los detergentes son productos que se usan para la limpieza y están formados básicamente por un agente tensoactivo que actúa modificando la tensión superficial disminuyendo la fuerza de adhesión de las partículas (mugre) a una superficie; por fosfatos que tienen un efecto ablandador del agua y floculan y emulsionan a las partículas de mugre, y algún otro componente que actúe como solubilizante, blanqueador, bactericida, perfumes, abrillantadores ópticos (tinturas que dan a la ropa el aspecto de limpieza), etc. Los detergentes sintéticos contienen sustancias surfactantes que ayudan en la penetración, remojo, emulsificación, dispersión, solubilización y formación de espuma. Todo esto ocurre en las interfases sólido-líquido y líquido-líquido. La mayoría de los detergentes sintéticos son contaminantes persistentes debido a que no son descompuestos fácilmente por la acción bacteriana. A los detergentes que no son biodegradables se les llama detergentes duros y a los degradables, detergentes blandos.

El principal agente tensoactivo que se usa en los detergentes es un derivado del alquilbencensulfonato como, por ejemplo, el dodecilbencensulfonato de sodio (C12H25-C6H4-SO3Na) el cual puede hacer al detergente duro (no biodegradable, contaminante persistente) o blando (biodegradable, contaminante biodegradable), dependiendo del tipo de ramificaciones que tenga.

Una gran cantidad de detergentes son arilalquilsulfonatos de sodio que tienen como fórmula general, R-C6H4-SO3Na, es decir, son sales de ácidos sulfónicos aromáticos con una cadena alquílica larga. Si la cadena es ramificada no pueden ser degradados por los microorganismos, por lo que se dice que son persistentes, y causan grandes problemas de contaminación del agua de lagos, ríos y depósitos subterráneos. Los arilalquilsulfonatos que tienen cadenas lineales son biodegradables. Detergentes de polifosfatos Un componente de los detergentes sólidos es el metafosfato llamado tripolifosfato de sodio, Na5P3O10, que contiene al ion (O3 P-O-PO2-O-PO3)5-. El ion trifosfato es de gran utilidad porque forma complejos solubles con los iones calcio, fierro, magnesio y manganeso, quitando las manchas que estos ocasionan en la ropa y ayudan a mantener en suspensión a las partículas de mugre de manera que pueden ser eliminadas fácilmente por el lavado.

A los aditivos de fosfato en los detergentes como el tripolifosfato de sodio se les llama formadores de fosfato y tienen tres funciones, primero actúan como bases haciendo que el agua del lavado sea alcalina (pH alto), lo cual es necesario para la acción detergente; segundo los fosfatos reaccionan con los iones calcio y magnesio del agua dura de manera que no actúan con el detergente y tercero ayudan a mantener las grasas y el polvo en suspensión, lo que facilita que sean eliminados. En los detergentes líquidos se utiliza el pirofosfato de sodio (Na4P2O7) o de potasio porque se hidroliza en el ion fosfato (PO43-) a menor rapidez que el tripolifosfato de sodio. Los detergentes hechos a base de fosfatos provocan un efecto destructor en el medio ambiente porque aceleran el proceso de eutroficación o eutrofización de las aguas de lagos y ríos. Como el uso de detergentes fosfatados ha generado problemas muy graves en el agua, algunos países han prohibido el uso de detergentes de este tipo.

Figura 1. El jabón actúa como un surfactante disminuyendo la tensión superficial del agua

El jabón actúa como un surfactante disminuyendo la tensión superficial del agua, su acción se debe a que las cadenas de hidrocarburo de las moléculas del jabón se disuelven en sustancias poco polares, tales como gotitas de aceite o grasa y la parte iónica de la molécula es atraída por el agua según la figura 2. Se podrá observar que se produce entonces una repulsión entre estos agregados moleculares, debido a la presencia de cargas iguales y es por esto que las partículas de jabón no colapsan y se encuentran suspendidas en la disolución.

Figura 2. La parte iónica de la molécula es atraída por el agua

El uso de los compuestos tensoactivos en el agua, al ser arrojados a los lagos y ríos provocan la disminución de la solubilidad del oxígeno disuelto en el agua con lo cual se dificulta la vida acuática y además, como les quitan la grasa de las plumas a las aves acuáticas les provoca que se escape el aire aislante de entre las plumas y que se mojen, lo cual puede ocasionarles la muerte por frío o porque se ahogan, de manera semejante como les ocurre con los derrames de petróleo en el mar. Los detergentes son productos químicos sintéticos que se utilizan en grandes cantidades para la limpieza doméstica e industrial y que actúan como contaminantes del agua al ser arrojados en las aguas residuales. El poder contaminante de los detergentes se manifiesta en los vegetales acuáticos inhibiendo el proceso de la fotosíntesis originando la muerte de la flora y la fauna acuáticas. A los peces les produce lesiones en las branquias, dificultándoles la respiración y provocándoles la muerte.

Aguas con detergentes y algas

Los detergentes después de ser utilizados en la limpieza doméstica e industrial son arrojados a las alcantarillas de las aguas residuales y se convierten en fuente de contaminación del agua. Las algas son plantas acuáticas que se pueden percibir como un limo verde azul sobre la superficie de las aguas estancadas. Las algas, al igual que las demás plantas, almacenan energía mediante el proceso de fotosíntesis por lo que requieren de la luz solar para consumir el bióxido de carbono y liberar el oxígeno. Al igual que otras plantas, las algas necesitan también de otros elementos químicos nutritivos inorgánicos como potasio, fósforo, azufre y fierro. La cantidad de algas que una cierta extensión de agua, como un lago, puede soportar depende de los elementos nutritivos inorgánicos que puede proporcionar y la acumulación de estos elementos depende de la cantidad de sales que arrastren las diferentes corrientes de agua al lago. Las algas crecen rápidamente cuando la cantidad de elementos nutritivos es abundante y pueden llegar a cubrir la superficie del agua con gruesas capas, y a medida que algunas algas mueren se convierten en alimento de las bacterias. Como las bacterias consumen oxígeno para descomponer a las algas, provocan que la disminución de oxígeno llegue a un nivel que es incapaz de soportar otras formas de vida, que es indispensable para que no desaparezca el ecosistema. Por ejemplo, donde hay peces como la lobina y la perca que son útiles para el hombre, disminuyen o desaparecen, dejan el lugar a otras formas de vida menos útiles al hombre como el siluro, sanguijuelas y gusanos que se alimentan de basura.

La eutroficación y su control

En aguas relativamente tranquilas, como lagos y lagunas, los vegetales acuáticos proliferan debido a la presencia de elementos nutritivos como nitratos y fosfatos que actúan como fertilizantes. Las principales fuentes de nutrientes son las aguas negras y los escurrimientos agrícolas que originan el crecimiento masivo de algas y lirios, que genera grandes cantidades de masas vegetales sobre las aguas y su posterior acumulación sobre las riberas. Cuando las plantas mueren, para su descomposición consume el oxígeno disuelto en el agua provocando condiciones anaeróbicas.

La eutroficación o eutrofización (del griego eú, bien, y trophé, alimentación) es un proceso natural de envejecimiento de agua estancada o de corriente lenta con exceso de nutrientes y que acumula en el fondo materia vegetal en descomposición. Las plantas se apoderan del lago hasta convertirlo en pantano y luego se seca. Los problemas se inician cuando el hombre contamina lagos y ríos con exceso de nutrientes que generan la aceleración del proceso de eutroficación, que ocasiona el crecimiento acelerado de algas, la muerte de peces y demás flora y fauna acuática, generando condiciones anaeróbicas.

El proceso de eutroficación resulta de la utilización de fosfatos y nitratos como fertilizantes en los cultivos agrícolas, de la materia orgánica de la basura, de los detergentes hechos a base de fosfatos, que son arrastrados o arrojados a los ríos y lagos son un problema muy grave para las aguas estancadas cerca de los centros urbanos o agrícolas. Durante las épocas cálidas la sobrecarga de estos productos químicos, que sirven de nutrientes, generan el crecimiento acelerado de vegetales como algas , cianobacterias, lirios acuáticos y lenteja de agua, las cuales al morir y ser descompuestas por las bacterias aeróbicas provocan el agotamiento del oxígeno disuelto en la capa superficial de agua y causan la muerte de los diferentes tipos de organismos acuáticos que consumen oxígeno, en las aguas de los lagos y ríos. Lago eutrófico es aquel de poca profundidad y poco contenido de oxígeno disuelto pero rico en materias nutritivas y materia orgánica.

Algunos de los cambios que ocurren con la eutroficación:

Cambios biológicos

• Aumenta considerablemente el fitoplancton. Las algas verdeazules se desarrollan espectacularmente mientras que las de otros tipos desaparecen. • Aumenta la actividad bacteriana. • Los animales acuáticos enferman y mueren.

Cambios físicos

• Los restos de plantas y animales muertos se acumulan en los fondos, frenando la circulación del agua. • El agua se torna parda y maloliente. Cambia de color: rojo, verde, amarillo o pardo.

Cambios químicos

• El oxígeno disuelto baja de alrededor de 9 mg/l a 4 mg/l lo cual afecta negativamente y de inmediato a los organismos. Cuando el nivel baja a 2 mg/l todos los animales han muerto. Hay una significativa elevación de la DBO (demanda bioquímica de oxígeno). • La concentración de compuestos nitrogenados, fosfatados se incrementa, así como la de otros elementos químicos.

Si el exceso de nutrientes sigue fluyendo a los lagos las bacterias anaerobias predominan en ellos y quedan putrefactos debido a la producción del ácido sulfhídrico (H2S) y metano (CH4) durante la descomposición de la materia orgánica. El uso excesivo de los fertilizantes químicos en los campos agrícolas son fuente de contaminación de las corrientes freáticas y del agua de ríos y lagos, al ser arrastrados por el agua de riego y de lluvia. La solución al proceso de eutroficación provocada a los lagos y aguas estancadas por el exceso de nutrientes es, a) el uso de métodos de prevención de la contaminación por fosfatos y nitratos o por exceso de nutrientes y b) métodos de control para limpiar las aguas lacustres con proceso de eutroficación.

Bibliografía

MALLINSON, G. MALLINSON, J. BROWN, D. y SMALLWOOD, W. (1978). Ciencias Comprensión del Medio Ambiente. 5. Publicaciones Cultural, S.A.

MALLINSON, G.; MALLINSON, J.; BROWN, D. y SMALLWOOD, W. (1978). Ciencias Comprensión del Medio Ambiente. 4. Publicaciones Cultural, S.A.

SOSA, P. (1990). Química Básica 3. Editorial Nutesa. México, D.F.

VALLEJO, A. P. ; ROLDÁN, L. ; PÉREZ, M. (1993).Ciencias 8. Editorial Santillana. México, D.F.

VALLEJO, A. P. (1990). Química Básica 1. Editorial Santillana. México, D.F.

Contaminación por detergentes Eutroficación

Lípidos

Actividades prácticas

Actividad 1

Análisis de las características de diversos jabones y detergentes, para determinar las propiedades químicas que lo hacen biodegradable o no biodegradable

Aprendizaje

• El alumno analizará las características de diversos jabones y detergentes, para determinar las propiedades químicas que lo hacen biodegradable o no biodegradable.

Busca en cada producto la información necesaria para llenar la siguiente tabla:

	____ jabón ____	____ detergente	_____ suave ___	____ duro _____	biodegradable	no biodegradable
Ace	.	.	.	.	.	.
Ariel	.	.	.	.	.	.
Bold 3	.	.	.	.	.	.
Camay	.	.	.	.	.	.
Salvo	.	.	.	.	.	.
Zest	.	.	.	.	.	.
Zote	.	.	.	.	.	.

Recuerda que

• los jabones duros, compuestos por sales de sodio y los jabones blandos, compuestos por sales de potasio.

• La mayoría de los detergentes son compuestos de sodio del sulfonato de benceno substituido, denominados sulfatos lineales de alquilos (las), hay otros que son los alquilbencen sulfatos de cadena ramificada (abs) que se degradan mas lentamente que los las.

Responde a las siguientes preguntas

• 1. ¿En que consiste el comportamiento de un agente tensoactivo?
• 2. ¿Por qué se dice que los detergentes son semejantes a los jabones?
• 3. ¿Qué ventaja tienen los detergentes sobre los jabones?
• 4. ¿Por qué se dice que la mayoría de los detergentes sintéticos son contaminantes persistentes?
• 5. ¿De qué depende que un detergente sea o no biodegradable?
• 6. Menciona los pros y los contras de los detergentes de polifosfatos.
• 7. ¿Cómo se comportan las aguas contaminadas con detergentes?
• 8. ¿Qué es la eutrofización?
• 9. Menciona algunos cambios biológicos, físicos y químicos que ocurren con la eutrofización.
• 10. ¿Cuál es la solución al proceso de eutrofización provocada a los lagos y aguas estancadas por el exceso de nutrientes?

Actividad 2

Elaboración de jabón con desechos de la cocina Aprendizaje • El alumno preparará un jabón con aceite de desecho de la cocina.

Procedimiento

El producto básico: jabón de sosa Ingredientes (en proporción): 4 litros de aceite sobrante de freír 4 litros de agua 1 kilo de sosa cáustica en escamas (hidróxido de sodio sólido) Pasos a seguir: En un recipiente se vierten los 4 litros de agua y se disuelve 1 kilo de sosa. ¡Cuidado! Esta solución es como la lejía: quema y es algo más corrosiva que la lejía común; conviene manipularla con precaución. Los envases suelen advertir de quemaduras, uso de guantes para manipularla y protección de ojos y cara.

El consejo de los jaboneros es que, además de las protecciones habituales, se vierta la sosa poco a poco y sin salpicar en el recipiente que ya contiene el agua; al verterla, el agua parece hervir y despide un vapor de olor fuerte e irritante, por lo que es conveniente realizar la operación en un lugar abierto o al aire libre y remover con un palo largo, de modo que se pueda manipular y remover a cierta distancia y no se aspire el vapor. Es necesario remover durante 15 a 20 minutos para conseguir que toda la sosa se disuelva en el agua. El aspecto después de disolver es el de agua clara.

Cuando la sosa se ha disuelto bien, se añaden despacio y removiendo los 4 litros de aceite. Sirve cualquier aceite alimenticio: oliva, girasol, de freír, de conservas en aceite... Basta con colar los residuos y restos sólidos para que el jabón quede limpio.

Se remueve durante 30 a 45 minutos, hasta conseguir una pasta homogénea y viscosa. Como ocurre con la mayonesa, se debe girar a ritmo continuo y en un único sentido para que la pasta no se corte. En algunas ocasiones hay que añadir algo de agua y, en rarísimas ocasiones, algo de aceite para conseguir una pasta homogénea.

El resultado es una crema densa y caliente (la reacción química de formación del jabón genera algo de calor). La crema debe verterse en los moldes que darán forma final al jabón o en un recipiente rectangular que permita después hacer tacos o pastillas. A gusto del consumidor.

El resultado se deja reposar durante toda la noche.

Al día siguiente, cuando se ve que la pasta ha cuajado, se saca del recipiente, ya en forma de jabón sólido pero blando, y se corta en tacos que se dejan secar en un lugar fresco. Es importante cortar ahora el jabón en los trozos finales que se deseen, ya que su consistencia en estos momentos es la del turrón blando; después, transcurridos unos días, el jabón estará muy duro y será muy difícil de cortar.

Una nota de ánimo. Las primeras veces que se intenta, se suele fracasar, ya que al jabón, como a la cocina, hay que cogerle el punto. Puede fallar porque no se remueva suficientemente o con suficiente “gracia”, o porque haga demasiado calor, lo que retrasa el proceso de solidificación y, en lugar de jabón, se obtiene un gel que con suerte sirve para lavar y quitar manchas. La mejor época es el invierno, en concreto, los días soleados y fríos, en los que el proceso se puede hacer al aire libre y el frío propicia un secado rápido. En cualquier caso, conviene no desesperar ya que, una vez ensayado el procedimiento, la producción es decididamente sencilla.

Responde a las siguientes preguntas:

• 1. ¿Qué es el aceite?
• 2. ¿Qué es el hidróxido de sodio?
• 3. ¿Qué es la saponificación?
• 4. Escribe la reacción de elaboración de jabón
• 5. ¿Se podría elaborar un jabón con otras substancias? ¿Cuáles?
• 6. ¿Recuerdas en qué se parecen los jabones y los detergentes?
• 7. Haz una reflexión sobre el empleo de estos productos y el uso que deben tener para no contaminar.

Bibliografía

MALLINSON, G. MALLINSON, J. BROWN, D. y SMALLWOOD, W. (1978). Ciencias Comprensión del Medio Ambiente. 5. Publicaciones Cultural, S.A.

MALLINSON, G.; MALLINSON, J.; BROWN, D. y SMALLWOOD, W. (1978). Ciencias Comprensión del Medio Ambiente. 4. Publicaciones Cultural, S.A.

SOSA, P. (1990). Química Básica 3. Editorial Nutesa. México, D.F.

VALLEJO, A. P. ; ROLDÁN, L. ; PÉREZ, M. (1993).Ciencias 8. Editorial Santillana. México, D.F.

VALLEJO, A. P. (1990). Química Básica 1. Editorial Santillana. México, D.F.

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