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Determinar la existencia de oxígeno en el aire
La presión atmosférica, ¿es la causa que hace que el agua entre en el vaso?.
La explicación de que se consume el oxígeno y disminuye la cantidad de gas bajo el
vaso es errónea; pues el oxígeno sólo representa 1/5 parte del volumen de aire y
podemos conseguir poniendo por ejemplo un algodón empapado en alcohol ardiendo,
que el agua suba hasta la mitad del vaso, lo que representa la mitad del volumen.
Capas de la atmósfera
Esquema
Introducción
El aire constituye uno de los elementos básicos de los seres vivos y gracias a él se
desarrolla la vida en nuestro planeta; pues diariamente nuestros pulmones absorben
15 kg ( 12 m3) de aire por sólo 2,5 kg de agua y menos de 1,5 kg de alimentos. La
atmósfera es la capa gaseosa que envuelve a la Tierra, con un espesor de unos 2000
km y al no ser uniforme permite distinguir capas, siendo la más baja la troposfera
donde se acumulan las 9/10 partes del aire debido a la atracción gravitatoria que
ejerce la Tierra. Así en los 5 primeros km hay tanto aire como en los 1995 km
restantes.
Se puede afirmar que la composición del aire es constante dentro de los 30 km de
altitud respecto de la superficie terrestre.
En la siguiente tabla se indican los componentes principales del aire, siendo los siete
primeros los fundamentales y el resto los componentes menores. Existe además
vapor de agua en composición variable según el clima de la zona.
Composición aproximada del aire seco:
Componentes
Nitrógeno (N2)
% Volumen
78.08
% Peso
75.08
Oxígeno
20.98
23.08
Dióxido de carbono (CO2)
0,0314
0,053
Argón
Neón
Helio
Criptón
Metano
0,934
0,00132
0,000524
0,000114
0,00015
1,23
(O2)
(Ar)
(Ne)
(He)
(Kr)
(CH4)
ppm.
0,0017
1,5
Hidrógeno (H2)
0,00005
0,5
Oxido de Nitrógeno (I) (N2O)
0,000025
0,25
Monóxido de carbono (CO)
Ozono (O3)
0,00001
0,000002
0,1
0,02
Amoniaco (NH3)
0,000001
0,01
Dióxido de nitrógeno (NO2)
0,0000001
0,001
Dióxido de azufre (SO2)
0,00000002
0,0002
1ppm significa 1 g en un millón de gramos o en una tonelada.
El aire es una mezcla gaseosa y gracias al movimiento continuo de la masa gaseosa
(viento) que se produce en la atmósfera baja, se mantiene homogénea en toda la
troposfera.
El aire no ha tenido siempre la misma composición, sino que ha ido evolucionando
con el paso del tiempo. En principio estaba formada por H2 , He, vapor de agua H2O,
NH3, CO2, CH4 y N2.
Los dos elementos fundamentales de la composición del aire hoy son el O2 y el N2. El
O2 se formó por descomposición del vapor de agua según la reacción
H2O ----> ½O2 + H2
que al ser más pesado desplazaba al hidrógeno y al helio más ligeros a zonas más
altas de la atmósfera. Con el nacimiento de las plantas verdes, la concentración de
O2 fue aumentando gracias a la fotosíntesis de las plantas con clorofila y esta
concentración de O2 provocó la formación de la capa de O3 ozono estable en la
estratosfera según:
3O2 + Energía lumínica (h ) ----> 2O3
El otro componente fundamental es el N2, que ha ido aumentando su concentración a
partir del amoniaco:
2NH3 ----> N2 + 3H2
desplazando también a elementos más ligeros hacia las zonas altas de atmósfera.Por
las concentraciones existentes en nuestro actual aire, se ha podido determinar que
nuestra atmósfera tiene una antigüedad de unos 10 millones de años.
Glosario
Aire: mezcla de gases cuya composición varía según la altitud y otras condiciones del
lugar donde se toma la muestra
Atmósfera: cubierta gaseosa que rodea la Tierra. Se compone de cuatro partes
principales: la troposfera (0-12 km y a los 12 km la temperatura media es de -55º C),
la estratosfera (región del ozono) que se extiende desde los 12-30 km y a 30 km de
altitud la temperatura media es de +72 ºC; la mesosfera (30-80 km y a 8º km la
temperatura media es de -83º C), y la termosfera (ionosfera) que se extiende de los
80- 120 y a 120 Km la temperatura media es 12º C;120-200 km y a 200 km la
temperatura media es de +700º C . Otras clasificaciones añaden la exosfera (2002000 km). No existen límites precisos entre las capas.
Clorofila: pigmento verde esencial para la fotosíntesis. Está presente en todas las
plantas excepto en los hongos y bacterias. Se presenta en tres formas (a, b y c),
siendo todas porfirinas con un átomo de magnesio central, y contienen un anillo
carbocíclico hidrofílico con una cola fitílica lipofílica
Composición: proporción de los elementos que integran un compuesto. Proporción
de los elementos o compuestos que entrar a formar parte de una mezcla.
Fotosíntesis: utilización de la luz solar por las plantas para convertir dos sustancias
inorgánicas (dióxido de carbono y agua) en carbohidratos. La clorofila actúa como el
convertidos de energía de esta reacción, que quizás es la más importante de la Tierra.
La reacción generalizada es:
Hidrógeno (H2): es un elemento químico de número atómico 1. A temperatura
ambiente es un gas diatómico inflamable, incoloro e inodoro y es el elemento químico
más ligero y más abundante del Universo, estando las estrellas durante la mayor
parte de su vida formadas mayormente por este elemento en estado de plasma.
Aparece además en multitud de substancias, como por ejemplo el agua y los
compuestos orgánicos y es capaz de reaccionar con la mayoría de los elementos. El
núcleo del isótopo más abundante está formado por un solo protón. Además existen
otros dos isótopos: el deuterio, que tiene un neutrón y el tritio que tiene dos.
Mezcla: asociación heterogénea de sustancias que no puede ser representada por
una fórmula química. Sus componentes pueden estar dispersados uniformemente o
no y pueden ser separados habitualmente con medios mecánicos.
Mezcla homogénea: mezcla de dos o más compuestos o elementos que están
dispersados uniformemente uno en otro. En realidad ninguna mezcla o solución puede
ser homogénea; la frase que mejor describe la realidad es "dispersado
uniformemente".
Nitrógeno (N2): elemento químico de número atómico 7, también llamado azoe
(antiguamente se usó también Az como símbolo del nitrógeno) y que en condiciones
normales forma un gas diatómico. Es un gas inerte, no metal, incoloro, inodoro e
insípido que constituye aproximadamente las cuatro quintas partes del aire
atmosférico, si bien no interviene en la combustión ni en la respiración.
Oxígeno (O2): es un elemento químico de número atómico 8 y símbolo O. En su
forma molecular, O2, es un gas a temperatura ambiente. Representa
aproximadamente el 20% de la composición de la atmósfera terrestre. Es uno de los
elementos más importantes de la química orgánica y participa de forma muy
importante en el ciclo energético de los seres vivos, esencial en la respiración celular
de los organismos aeróbicos. Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Existe una forma
molecular formada por tres átomos de oxígeno, O3, denominada ozono cuya presencia
en la atmósfera protege la Tierra de la incidencia de radiación ultravioleta procedente
del Sol.
Ozono (O3): forma molecular del oxígeno formada por tres átomos, cuya presencia
en la atmósfera protege la Tierra de la incidencia de radiación ultravioleta procedente
del Sol.
Troposfera: parte de la atmósfera terrestre, la más próxima, que se extiende desde
el nivel del mar hasta 10 km aproximadamente.
Objetivos
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Identificar el tipo de mezcla de gases en la atmósfera.
Obtener datos sobre la composición del aire en nuestra ciudad.
Indagar en la historia otros nombres de los componentes del aire.
Analizar la distribución por capas de la atmósfera.
Recabar información sobre las variaciones de los gases más importantes que
influyen en la contaminación de la atmósfera: CO2, CO, SO2 , NO, NO2 , CH4
etc.
Comprender el papel de la atmósfera como termostato.
Formular hipótesis y averiguar por qué se apaga la vela.
Comprender las reacciones de combustión y relacionarlas con la experiencia
Materiales y alternativas
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Vela o un papel encendido o un algodón encendido empapado en alcohol.
Agua.
Un plato hondo o cazuela.
Un vaso grande de precipitados.
Procedimiento
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Se
Se
Se
Se
pone la vela pegada con su propia cera sobre el centro del plato hondo.
coloca agua en el plato.
enciende la vela.
coloca el vaso grande de precipitados boca bajo quedando aire atrapado.
Observar los cambios que se producen:
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La vela se apaga.
El agua sube de nivel en el interior del vaso.
Discutir en el grupo y formular por escrito las explicaciones a lo ocurrido.
(Es necesaria la intervención del profesor sobre las dificultades conceptuales)
Resultados
Sobre las siguientes cuestiones:
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Una vez que se consume el oxígeno del vaso, la vela se apaga y el nivel de
agua sube en el vaso. Encontrar explicación a este fenómeno.
¿El aire que queda es principalmente nitrógeno (azoe)? ¿Qué propiedades
caracterizan al nitrógeno?
¿Hay restos de oxígeno? ¿Qué cálculos corroborarían tu respuesta?
Preguntas para la autoevaluación
En relación con el aire troposférico podemos afirmar que:
1.
2.
3.
4.
5.
Está compuesto fundamentalmente de oxígeno.
El aire es una mezcla de gases.
La composición del aire es variable.
El vapor de agua contenido en el aire es variable.
El aire pesa.
Responde a las siguientes cuestiones:
1.
2.
3.
4.
¿Qué gases se encuentran en la troposfera?
¿Cómo era el aire al principio de los tiempos?
La temperatura de la atmósfera, ¿es constante o varía para cada capa?
Cuando vuelas en un avión el comandante indica generalmente la altitud de
800 a 1200 m y la temperatura exterior de -40, -50º C; pero si volara a unos
30.000 m, ¿cuál sería su temperatura media?
5. ¿Cuántas capas de la atmósfera conoces?
6. ¿Por qué se apaga la vela?
7. La Ley de Charles-Gay Lussac, ¿explica el proceso?