Los gases de la atmósfera

La atmósfera terrestre es la capa más ligera y externa de las que constituyen la Tierra. Está formada por una mezcla de diferentes gases, con diferentes propiedades, que recibe genéricamente el nombre de aire. También contiene partículas sólidas y líquidas en suspensión como polen, cenizas volcánicas, residuos de combustión, agua, etc. La cantidad y composición de los gases varía según la altura.

Los gases que integran la atmósfera son el nitrógeno (78,08%), oxígeno (20,94%), vapor de agua (entre 1 y 4% a nivel superficial) y argón (0,93%) y en cantidades minoritarias, el dióxido de carbono (0,04%), neón (0,0018%), helio (0,0005%), metano (0,0001%), entre otros.

schuetz-mediendesign. *Amanecer* (Pixabay License)

El aire no está repartido de manera uniforme por toda la atmósfera sino que se encuentra concentrado cerca de la superficie, comprimido por la atracción de la gravedad, disminuyendo su densidad con gran rapidez conforme aumenta la altitud. Así, en los 5,5 kilómetros más cercanos a la superficie se encuentra la mitad de la masa total de aire y por debajo de los 15 kilómetros está el 95% de toda la materia atmosférica. Sin la presencia de esta mezcla de gases la vida seria imposible.

Vamos a investigar los gases de esta atmósfera que son tan importantes para la vida.

Tarea: Medimos algunas características del aire

Duración:: 3 sesiones
Agrupamiento:: En parejas y en grupo

KC_Woon. *Laboratorio* (Pixabay License)

El aire no se ve a simple vista, sin embargo, es una materia con unas características y propiedades definidas. En esta tarea vamos a investigar algunas de ellas para conocerlo mejor. Lo haremos, mediante "Trabajo en el laboratorio por estaciones" de la manera siguiente:

Nos disponemos en parejas y entramos en el laboratorio. Aquí vamos a encontrar 5 “estaciones” de investigación, numeradas y repartidas en distintas mesas. En cada una de ellas hay un material y unas instrucciones para realizar una experiencia sobre el aire.
Pasaremos por todas en orden, empezando cada pareja por la que nos asigne nuestro profesor, iremos haciendo lo que se indica en cada una y anotando los resultados en un informe que nos facilitará nuestro profesor o profesora. Podemos sacar fotografías o hacer dibujos de aquello que nos resulte más significativo en cada experimento.
Para realizar el trabajo en cada mesa tendremos un tiempo limitado, de forma que todos vayamos cambiando de estación más o menos al unísono, es decir, cuando hayamos acabado en una, podamos acceder a la siguiente libre. En algunas es necesario detenerse más que en otras, por lo que hay que tener paciencia al hacer el cambio y no agobiar a nuestros compañeros/as.

Analizamos con detalle las 5 estaciones propuestas:

Estación experimental 1: ¿El aire tiene masa?

Recordemos que aire es una mezcla de gases, con lo cual tiene masa. ¡Vamos a comprobarlo!

Materiales necesarios

Experimentamos

Dos globos
Una balanza

Vídeo de ayuda: ¿El aire tiene masa?

Hinchamos uno de los globos con aire
Pesamos los dos globos. ¿Pesarán lo mismo?
Anotamos la diferencia de peso

Estación experimental 2: ¿El aire ocupa un espacio?

El aire ocupa espacio porque está formado por partículas, aunque éstas sean invisibles. ¡Vamos a comprobarlo!

Materiales necesarios

Experimentamos

Botella de plástico
Un embudo
Un vaso con agua
Un tubito de goma
Pegamento o plastilina

Vídeo de ayuda: El aire ocupa espacio (Manuel Díaz Escalera)

Colocamos el embudo en la boca de la botella y sellamos la unión del embudo y la botella con pegamento o plastilina. Es importante que la unión quede bien sellada para impedir que salga el aire de la botella.
Dejamos caer agua por el embudo ¿Qué sucede?
Ahora colocamos un tubito de goma en la botella de manera que uno de los extremos salga por el embudo.
Dejamos caer agua por el embudo y comprobamos qué sucede en esta ocasión.

Estación experimental 3: ¿Qué sucede cuando respiramos?

El aire es una mezcla de gases que forman la atmósfera, y sus componentes principales son el nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, neón, helio, entre otros.

El aire de la atmósfera está compuesto principalmente por nitrógeno y oxígeno, cuando lo inspiramos el oxígeno lo empleamos en el metabolismo celular y lo expulsamos en forma de dióxido de carbono.

Vamos a comprobar de forma indirecta la presencia de CO₂. Este gas se disuelve en el agua en forma de ácido carbónico y esto, a su vez, hace que la disolución aumente su grado de acidez. Este cambio podemos medirlo con un indicador que vamos a fabricar nosotros mismos.

Materiales y productos necesarios

Experimentamos.

Col lombarda
Vasos
Mortero
Pera
Limón
Agua
Cuchara
Pajita

Primero preparamos el indicador de acidez. Este indicador tiene la propiedad de cambiar de color según la acidez del medio donde se encuentre. Vamos a utilizar como indicador el pigmento de las hojas de la col. Para ello cortamos un trozo de col lombarda en trocitos pequeños, los ponemos en un mortero, mezclamos con agua y machacamos para extraer bien el pigmento. Separamos el líquido y lo disponemos en otro vaso
Preparamos tres disoluciones iguales del indicador. Echamos la misma cantidad de agua en tres vasos y en cada vaso dos cucharaditas del líquido de la col. Mezclamos bien las tres disoluciones, y procuramos que las tres tengan el mismo color. Numeramos las disoluciones de la siguiente forma y seguimos el siguiente procedimiento:

Seguimos el procedimiento:

Disolución 1:

Color de referencia

Disolución 2:

Añadimos aire de la atmósfera burbujeando con la pera

Disolución 3:

Añadimos aire de la respiración burbujeando con la pajita

Anotamos para nuestro informe los resultados en cada muestra
Añadimos unas gotas de limón en la "disolución 2" y observamos lo que pasa
Anotamos lo que sucede al añadir el limón y explicamos, ¿por qué sucede?

Vídeo de ayuda: El aire es una mezcla

Estación experimental 4: ¿El aire tiene capacidad para oxidar?

Se denomina comúnmente oxidación a las reacciones químicas en las que el oxígeno se combina con otras sustancias. Esto es particularmente frecuente en el mundo de los metales, aunque para nada exclusivo de ellos. Las reacciones de oxidación también son muy importantes para una amplia variedad de procesos bioquímicos. (metabolismo celular, respiración celular, etc..).

La oxidación que se genera cuando algunos metales entran en contacto con el oxígeno, es una reacción superficial que genera manchas de color marrón, rojizo o naranja, aunque pueden variar según la producción y los componentes químicos. ¡Vamos a comprobarlo!

Materiales y productos

Experimentamos

Un vaso
Un plato
Lana de acero
Agua

Vídeo de ayuda: Porcentaje de oxígeno en el aire

Metemos un trozo de lana de acero en el vaso. Luego llenamos con agua el plato y colocamos el vaso con la lana de acero boca abajo sobre el plato con agua.
Dejamos pasar un tiempo (unas horas). ¿Qué ha sucedido?

Estación experimental 5: .El aire ejerce presión

¿El aire pesa? ¿Cuánto pesa? ¿Mucho? ¿Poco? Pues el aire sí pesa, y pesa mucho. Para estimar cuánto pesa necesitamos una magnitud a la que llamamos presión atmosférica. La fuerza que ejerce el aire es la causante de la presión atmosférica, que se define como la fuerza que ejerce el aire sobre la superficie terrestre, por unidad de superficie.

Materiales y productos necesarios

Experimentamos

Un vaso
Agua
Un naipe

Llenamos el vaso de agua y nos aseguramos de que el borde está también mojado.
Colocamos el naipe sobre el vaso.
Ponemos el vaso de agua boca abajo y retiramos la mano.
¿Qué ha ocurrido? ¿Por qué piensas que ha ocurrido?

Explicación de ayuda:

La presión atmosférica es la responsable de que el agua no caiga. Sobre el papel actúan dos fuerzas: por un lado, el peso del agua, y por otro lado, la presión atmosférica del aire. Aunque no la veamos, si el agua no se cae es porque la presión atmosférica ejerce tanta fuerza sobre el papel que es capaz de sujetar todo el peso del agua. Dicho de otra forma, la presión atmosférica empuja el papel hacia arriba, haciendo que el agua no se caiga.

Informe

Una vez terminados los experimentos sobre las características del aire, realizamos un informe. En cada una de las experiencias tendremos en cuenta los siguientes puntos:

Objetivos del experimento, ¿qué pretendemos demostrar?
Resultados obtenidos
Conclusiones
Otras observaciones o dificultades encontradas
Fotografía o dibujo del experimento
Este informe será evaluado por nuestro profesor/a. También haremos una co-evaluación entre las parejas (o grupos), con una escala de valoración que nos proporcionará nuestro docente.

Tarea: La composición del aire

¿Qué diferencia a nuestra atmósfera de la de otros planetas del sistema solar? Vamos a investigarlo.

Vamos a hacer un gráfico de sectores con los componentes de la atmosfera en la Tierra, pintando las proporciones indicadas para cada componente. Haremos lo mismo para las atmósferas de Marte y Venus usando el mismo color para cada gas identificando cada gas y planeta. Para ello vamos a buscar información sobre los datos de las atmósferas de Marte y Venus. Realizaremos la tarea por grupos.

Posteriormente, completaremos una tabla con los elementos mas importantes del aire indicando su abundancia y propiedades.

WikiImages. *Atmósfera* (Pixabay License)

El procedimiento a seguir sería:

Comparamos atmósferas

Buscamos información sobre los componentes de la atmósfera de la Tierra, Venus y Marte para ello tenemos en cuenta la siguiente tabla.

TIERRA Componentes de la atmósfera		VENUS Componentes de la atmósfera		MARTE Componentes de la atmósfera
Gas	Volumen(%)	Gas	Volumen(%)	Gas	Volumen(%)
Nitrógeno		Nitrógeno		Nitrógeno
Oxígeno		Oxígeno		Oxígeno
Argón		Argón		Argón
Dióxido de carbono		Dióxido de carbono		Dióxido de carbono
Otros gases		Otros gases		Otros gases
Total		Total		Total

Realizamos la gráficas

Una vez que hemos completado la tabla anterior realizamos las gráficas por sectores empleando los mismos colores en los mismos componentes de las tres atmósferas.

Para hacer las gráficas podemos utilizar excell.

Elementos importantes del aire y funciones

Completamos la siguiente tabla a partir de la siguiente información, en grupos de dos.

Componente	Abundancia	Propiedades
Nitrógeno
Oxígeno
Argón
Dióxido de Carbono

Obtenemos conclusiones y debatimos

Debatimos:

Una vez finalizada la actividad, hacemos un pequeño debate en clase con estas cuestiones. Primero las pensamos individualmente.

¿Qué dificultades tuvimos al hacer la tarea?¿Por qué?
¿Creéis que es importante el dióxido de carbono?¿Por qué?
¿Pensáis que podríamos vivir sin oxígeno?¿Por qué?
¿ Creéis que en Marte y Venus sería posible la vida?¿Por qué?

Evaluación y reflexión

Una vez que hemos finalizado la tarea, es un buen momento para reflexionar en nuestro diario de aprendizaje. Algunas cuestiones que nos podemos preguntar pueden ser: