Universidad Autónoma de San Luis Potosí

Facultad de Ingeniería – Carrera: Ing. Ambiental

Química Orgánica Ambiental

“Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos”

Aketzali Martínez De león

Jorge Armando Paredes Medina

Lucia Araujo

Mariana Morales Hernández

ContenidoIntroducción.......................................................................................................................................3

Estructura...........................................................................................................................................4

Fuentes y propiedades que determinan su comportamiento ambiental...........................................5

A. Fuentes naturales...................................................................................................................5

B. Fuentes antropogenicas.........................................................................................................5

Propiedades.......................................................................................................................................7

Exposición a los HAPs.................................................................................................................8

Bibliografia.........................................................................................................................................8

HIDROCARBUROS AROMATICOS POLICICLICOS

IntroducciónUn hidrocarburo aromático policíclico (HAP o PAH, por sus siglas en inglés) es un compuesto químico que se compone de anillos aromáticos simples que se han unido, y no contiene heteroátomos ni lleva sustituyentes. Los HAPs se encuentran en el petróleo, el carbón y en depósitos de alquitrán y también como productos de la utilización de combustibles (ya sean fósiles o biomasa). Como contaminantes han despertado preocupación debido a que algunos compuestos han sido identificados como carcinógenos, mutágenos y teratógenos.

También se encuentran en el medio interestelar, en cometas y en meteoritos, y son candidatos a moléculas básicas en el origen de la vida. En el grafeno el motivo HAP se extiende en grandes láminas bidimensionales. El estudio científico de los HAPs y sus efectos biológicos comenzó en 1775,al atribuirse el cáncer escrotal padecido por los limpiadores de chimeneas a la exposición al hollín y ceniza. Investigaciones posteriores sugirieron que los agentes causantes del cáncer eran los HAPs contenidos en el hollín. A lo largo de los años 30 se demostró que algunos de los HAPs presentaban un fuerte potencial cancerígeno. Así que, el interés en el estudio de estas sustancias es debido a su amplia distribución en el medio ambiente y a su posible inducción de cáncer en organismos expuestos.

Por su persistencia en el ambiente y la genotoxicidad, se están encarando investigaciones para la remediación de estos compuestos, ya que son removidos de los sitios contaminados principalmente por la degradación microbiana. Sin embargo, pueden sufrir procesos tales como volatilización, fotoxidación, oxidaciones químicas, bioacumulación, adsorción y adhesión a la matriz del suelo..

Los hidrocarburos aromáticos policíclicos o HAPs con 4 o 5 anillos de benceno son más resistentes a la biodegradación que aquellos constituidos por 2 o 3 anillos. Su efecto cancerígeno y liposolubilidad implican que estas sustancias representan un riesgo para la salud humana y para el equilibrio ecológico. Los HAPs pueden incorporarse al organismo por ingestión, inhalación o absorción dérmica .Como consecuencia de su baja solubilidad en agua y elevada en sustancias de naturaleza lipídica se acumulan en los organismos y en la materia orgánica y sedimentos, pudiendo permanecer así largos periodos de tiempo garantizando su biodisponibilidad .La lentitud con que son degradados estos compuestos provocan su acumulación en plantas, peces e invertebrados acuáticos y terrestres, incorporándose a la cadena alimentaria. Se han encontrado bacterias así como también cianobacterias, algas eucariontes y un cierto número de hongos inferiores y superiores, capaces de metabolizar naftaleno, fenantreno y antraceno.

EstructuraLos átomos se unen entre ellos para formar moléculas mediante enlaces, que de hecho son electrones que se pueden intercambiar o compartir. Los átomos de carbono tienen cuatro enlaces, que les permiten unirse a otros átomos de carbono o de hidrógeno; cuando los cuatro enlaces están ocupados se dice que el átomo está saturado. Algunos átomos de carbono sin embargo no tienen los cuatro enlaces ocupados, quedando por tanto enlaces libres (átomos no saturados). Las moléculas con átomos no saturados pueden utilizar los enlaces libres para unirse a otros átomos o moléculas. La mayoría de HAP están formados por varios anillos bencénicos con cinco átomos saturados de carbono; también se encuentran algunos HAP en los que aparecen anillos con cuatro, cinco o seis átomos de carbono, algunos de ellos no saturados.

Estructura química de los principales hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP).Cada vértice corresponde a un átomo de

carbono. Cada átomo de carbono tiene 4 enlaces, representado por las segmentos que confluyen en cada vértice; en la

mayoría de ellos se visualizan 3 enlaces, lo que significa que el enlace restante está ocupado por un átomo de hidrógeno.

Clasificación 1: Está basada en las propiedades de los electrones de los anillos monocíclicos.

Clasificación 2: Distingue entre sistemas bencenoides, aquellos que presentan únicamente anillos de benceno en su estructura y no bencenoides, aquellos que no presentan solo anillos de benceno.

En cuanto a su nomenclatura, los HAPs que no tienen nombre vulgar aceptado por la IUPAC se nombran como derivados de alguno que si lo tiene, procurando siempre elegir como base aquel hidrocarburo que contiene el máximo número posible de anillos. Por ejemplo:

Los prefijos empleados para nombrar estos sustituyentes con el hidrocarburo base son simplemente los nombres de los propios hidrocarburos. Sin embargo, algunos de ellos se utilizan con nombre abreviado. Algunos ejemplos:

benceno-benzo naftaleno-nafto fenantreno-fenantro antraceno-antra

Hay que indicar por dónde está unido el sustituyente al hidrocarburo base. Esto se efectúa asignando las letras a,b,c,…a los lados o enlances del sistema base.(a equivale a decir enlace 1,2 ,b enlace 2,3 ,….) e indicando si es preciso por qué átomo está unido el sustituyente a ese lado o lados.

Fuentes y propiedades que determinan su comportamiento ambiental

Los HAP se forman durante la combustion incompleta de materia organica en general. En el proceso de combustion de la materia organica, formada por carbono e hidrogeno, esta reacciona con el oxigeno, formandose dioxido de carbono y agua. Sin embargo, si no hay suficiente oxigeno, la combustion es incompleta; parte del combustible no reacciona completamente con el oxigeno y se forman otros subproductos tales como monoxido de carbono y HAP. Este proceso tambien es conocido como pirolisis. Existe una gran variedad de fuentes naturales de HAPs, entre ellas :

A. Fuentes naturales

Algunas formas de combustion natural de materia organica que comportan emision al aire de HAP son incendios forestales y la actividad volcánica.La aportación de estos focos es difícil de estimar ,debido a la naturaleza esporádica de los mismos. Los petroleos y en general los combustibles fosiles contienen de forma natural HAP en bajas concentraciones (alrededor del 1%), dependiendo en gran parte del origen del crudo.

B. Fuentes antropogenicas

Son procesos industriales, calefacciones domésticas, fuentes móviles de emisión (transportes),incineradoras y plantas de generación eléctrica.

Dentro de las fuentes antropogénicas cabe destacar el consumo de tabaco que, si bien es insignificante como fuente en general, es de gran importancia como fuente de exposición directa de fumadores y de los cercanos a éstos. El cáncer inducido por el tabaco no es únicamente efecto de la exposición a la nicotina, aunque ésta sea tóxica, sino a la exposición a HAPs producidas por la combustión del tabaco.

Una completa combustión de materia orgánica daría como resultado la obtención de dióxido de carbono y agua. Esto tendría lugar en condiciones de alta temperatura y suficiente oxígeno. Sin embargo, en la mayoría de las ocasiones el

oxígeno no está en las cantidades necesarias como para garantizar esta reacción de modo totalmente eficaz, y como consecuencia algunos fragmentos orgánicos reaccionarán con otros cercanos pudiéndose formar una gran variedad de HAPs dependiendo de las condiciones que existan en este momento. Por ejemplo, la formación de HAPs se verá más favorecida cuanto menor sea la disponibilidad de oxígeno en el ambiente para completar la combustión.

Las mayores emisiones de HAPs se derivan de la combustión incompleta de materia orgánica durante procesos industriales y en otra actividades humanas, tales como:

a) Elaboración de carbón,petróleo crudo y de gas natural ,incluida la coquificación de carbón ,el refinado de petróleo y la producción de negro de humo,de creosota,de alquitrán de hulla y de betún.

Hay que destacar que las emisiones de HAPs en suspensión en el aire procedentes de la coquificación del carbón han disminuido considerablemente en los últimos años gracias a las mejores técnicas de las instalaciones existentes, al cierre de otras antiguas y a la menor producción de coque.

b) Producción de aluminio,de hierro y de acero en fábricas y funciciones. La información disponible es escasa.

c) Calefacción en centrales de energía y en residencias: Los principales componentes que se emiten son fenantreno ,fluoranteno , pireno y criseno. Las emisiones de hornillos de leña son 25-1000 veces superiores a las que se producen en los de carbón, y en las zonas donde predomina el uso de leña en las viviendas la mayor proporción de HAPs puede derivarse de esta fuente, especialmente en invierno. Así las concentraciones de contaminantes atmosféricos perjudiciales para la salud, entre estos los HAPs, tienden a ser más altas en lugares cerrados en los países en desarrollo, contrario a la creencia común de que esto es ante todo un fenómeno urbano asociado con los vehículos motorizados y las industrias. Una gran proporción de los hogares en países en desarrollo dependen de combustibles de biomasa (como leña, estiercol y residuos de sus cultivos) para cocinar y calentar sus viviendas. Como resultado unos 3500 millones de personas , en su mayoría residentes en zonas rurales ,están expuestos a altos niveles de contaminantes atmosféricos en su casa.

d) Cocinado: Pueden emitirse HAPs durante la combustión incompleta de los combustibles , del aceite de cocinar y de los alimentos que se cocinan.

e) Tráfico de vehículos de motor: Los principales compuestos que se liberan de los vehículos de gasolina son el fluranteno y el pireno, mientras que en los gases de escape de los vehículos de motor diesel abundan el naftaleno y el acenafteno. Aunque los motores de gasolina emiten una proporción elevada de ciclo[cd]pireno ,su concentración en los gases de escape de los motores diesel está apenas por encima del limite de detección .Las tasas de emisión , que dependen de la sustancia ,el tipo de vehículo , el estado de su motor y las condiciones de prueba ,oscilan entre unos pocos nanogramos por kilómetro y >1000 mg/km. Las emisiones de HAPs de los

vehículos de motor se reducen enormemente con la instalación de catalizadores..

f) Incineración de basuras: Las emisiones de HAPs en los gases procedentes de este tipo de incineración se han cuantificado del orden de 10mg/m3

g) Centrales eléctricas de carbón : Los HAPs que se liberan en la atmósfera a partir de dichas centrales son sobre todo compuestos de dos y tres anillos.

Propiedades

Las características comunes de estas sustancias son:

Temperatura ambiente los HAPs se encuentran normalmente en estado sólido. Puntos de fusión y ebullición elevados

presión de vapor baja y solubilidad en agua muy baja ,la cual decrece al aumentar el peso molecular y tamaño de la molécula.

Son solubles en disolventes orgánicos y por tanto, lipófilos. Así que son potencialmente bioacumulados y concentrados en sedimentos y suelos en función de su persistencia.

Como regla general ,la persistencia del compuesto aumenta al aumentar el tamaño de la molécula. Por ejemplo, la relativa baja persistencia del naftaleno y otros compuestos de bajo peso molecular indican su escasa capacidad de bioacumulación Mientras que los compuestos de mayor peso molecular, como el benzo[a]pireno, son altamente persistentes y por tanto bioacumulables. Así se ha observado que en sistemas acuáticos el benzo[a]pireno presenta una vida media superior a 300 semanas frente a las 5 semanas que presenta el naftaleno.

Desde el punto de vista químico son bastante inertes. Las reacciones que pueden sufrir en un muestreo atmosférico e inducir así a pérdidas de HAPs son la fotodescomposición y las reacciones con óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, ácido nítrico, ácido sulfúrico, ozono y radicales hidroxílo.

La principal vía de degradación de estos compuestos incluye procesos químicos, fotolíticos o metabólicos asociados a microorganismos. En algunos casos se dan conjuntamente más de una, dependiendo de condicionantes como la temperatura, el oxígeno y microoganismos disponibles .Entre los procesos químicos se incluyen los tratamientos de cloración y ozonización del agua, entre los fotolíticos la acción conjunta de oxígeno y luz solar. La actividad de los microorganismos se desarrolla normalmente a través de un co-metabolismo de los HAPs con materia orgánica nutriente.

Exposición a los HAPs

Los HAP pueden entrar al organismo por diferentes vías. Puesto que están presentes fundamentalmente en el aire contaminado la principal vía de entrada es respirando el aire que los contiene. Sin embargo también es posible ingerir substancias contaminadas con HAP, y finalmente también cabe la posibilidad de que algunos HAP puedan ser absorbidos por la piel. La rapidez con la cual entran los HAP al cuerpo mediante la inhalación, el consumo de alimentos, la bebida o el contacto con la piel, puede ser influenciada por la presencia de otros compuestosa los cuales se está expuesto al mismo tiempo que a los HAP.Una vez en el organismo los HAP pueden llegar a todos los tejidos del cuerpo que contienen grasa, donde tienden a almacenarse. Así pues es lógico que los pulmones y la piel sean los principales órganos afectados por los HAP, aunque también pueden afectar al sistema digestivo y a órganos o tejidos con elevado contenido graso. Así pues son más abundantes en el hígado, los riñones, y en general en los depósitos grasos del cuerpo, como el tejido adiposo. También se acumulan, aunque en cantidades más pequeñas, en el bazo, las glándulas suprarrenales y los ovarios. Los tejidos del cuerpo transforman los HAP en muchas sustancias diferentes. La mayor parte de los HAP son eliminados del organismo en unos cuantos días, principalmente por la orina y las heces. Teniendo en cuenta las fuentes en las que se forman y originan losHAP, y las diferentes vías por las que pueden llegar al organismo, las poblaciones humanas pueden estar sometidas a cuatro tipos de exposición a los HAP: ambiental, dietética, del humo de tabaco, y ocupacional.

Bibliografia

 Fetzer, J. C. (2000). The Chemistry and Analysis of the Large Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. New York: Wiley.

MASSEROTES, B. &am p; T. MONTOVA, 1995. Contaminación por hidrocarburos en estaciones de servicio. Gerencia ambiental. 13: 158 -160.

CERNIGLIA, C.E., 1 993. Biodegradation  of polycyclic aromatic hidrocarbons. Env  Bi otech. 4: 331 -338.

http://www.ugt.es/saludlaboral/Hidrocarburos.pdf