Escenario: tema aire



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QUIMICA

ESCENARIO: TEMA AIRE

Nuestros padres, amigos o hermanos suelen decir en ocasiones: vamos al campo para respirar aire puro; es mentira. Sabías que el ser humano necesita respirar oxígeno para vivir, pero cuando aspiramos aire, resulta que aspiramos más nitrógeno que oxígeno?

Por otro lado, si aspiráramos sólo nitrógeno no podríamos vivir.



I.- EL AIRE COMO MEZCLA
I..1.- La Naturaleza del aire.
La tierra se encuentra rodeada por una mezcla de gases llamada atmósfera. Mas o menos el 98% de estos gases es aire y se encuentran como tales hasta una altura a 60Kilomñetros de la superficie de la tierra.
El aire no sólo es gaseoso, también se puede hacer líquido llamándose “aire licuado” y tiene propiedades diferentes a las del aire en forma gaseosa ya que, para mantenerlo como líquido, se requiere que este a -200ºC y a esta temperatura, sus propiedades son otras. Un vegetal que se introduzca por espacio de 10 segundos en el aire líquido, queda totalmente sólido y tan frágil como una aguja de azúcar que se rompe al menor esfuerzo.
En el aire que respiramos se encuentran algunos gases casi en proporción fija y otros en proporciones variables; los más abundantes son: nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono y argón, por otro lado, el vapor de agua y el dióxido de carbono se encuentran en proporciones variables y los gases raros como el neón, helio, kriptón y xenón en conjunto representan aproximadamente el 1% del aire. El aire también puede contener polvo, bacterias, polen, gases químicos, etc.
En el siguiente cuadro 1.1.a. se muestran el contenido de gases que tienen aire seco. El contenido de agua es variable.
Cuadro 1.1.a Composición del aire seco cerca del nivel del mar


COMPOSICION DEL AIRE SECO




COMPONENTE

PORCENTAJE EN VOLUMEN

PUNTO DE EBULLICION

Nitrógeno

78.084

-196ºC

Oxígeno

20.948

-183.1 ºC

Argón

00.934

-185.7 ºC

Dióxido de Carbono

00.033




Neón

00.001818

-245 ºC

Helio

00.000524




Metano

00.0002




Kriptón

00.000114

-152.9 ºC

Hidrógeno

00.00005




Oxido Nitroso

00.00005




Xenón

00.0000087

-106.9 ºC

Con base en el cuadro anterior, si se obtuvieran cada uno de los gases del aire por separado y se juntaran en un recipiente a la misma presión atmosférica, lo que se formaría sería aire; esto puede ser posible ya que al no reaccionar entre ellos hace que se conserven sus propiedades cada uno como si estuvieran solos. Este razonamiento indica que de acuerdo con las características de una mezcla, el aire debe ser una mezcla de gases formada por elementos, compuestos; elementos como el oxígeno y compuestos como el CO2.



I.2.- Las características de una mezcla como el aire
Resulta difícil dar una definición del concepto mezcla, por eso es más conveniente conocer sus características con el objeto de tener la posibilidad de identificarlas en nuestro entorno. En el siguiente cuadro 1.2 a. se muestran estas características:
CUADRO 1.2 a. Características de una mezcla.





Descripción de las características

1.-

No tienen fórmula, aunque si una composición.

2.-

Se pueden preparar con cualquier cantidad de sus componentes.

3.-

Sus componentes no reaccionan entre sí.

4.-

Sus componentes conservan sus propiedades físicas y químicas.

5.-

Sus componentes se pueden separar por métodos físicos.

Con base en las características anteriores se considera que el aire es una mezcla de gases de los cuales algunos son elementos y otros compuestos. Las razones son las siguientes:


*El aire no tiene fórmula pero si tiene una composición más o menos definida ya que la composición de la atmósfera en la tierra varía de un día a otro, de una altura a otra y de un lugar a otro. La atmósfera es un sistema extremadamente complejo; debido al campo gravitacional de la tierra, los átomos y moléculas más ligeras tienden a elevarse a diferencia de otras más pesadas que tienden a caer. Como resultado de este factor y otros más, la composición de la atmósfera en cualquiera de sus partes no es constante y el componente que sufre mayor variación, es el vapor de agua. Ver cuadro I.1.a.
**Los componentes de la mezcla de gaseosa del aire no reaccionan entre ellos lo cual significa que conservan sus propiedades, por lo tanto es posible separarlos por un método físico llamado destilación fraccionada.
Un aspecto interesante de la composición de la atmósfera es que, el oxígeno en estado puro, por ser un comburente promueve violentamente la combustión, sin embargo por estar mezclado con nitrógeno (no es comburente) en el aire, la promueve pero de manera controlada que, sino fuera por esta mezcla gaseosa, las combustiones serían desastrosas.

Es importante mencionar que el aire no es un elemento, debido a que no aparece en la tabla periódica como tal y se puede descomponer en sus componentes a diferencia de un elemento que está en la tabla periódica y no se puede descomponer en sustancias más simples.


Finalmente, como se puede ver, el aire es una mezcla de elementos como el oxígeno y el nitrógeno entre otros y de compuestos como el dióxido de carbono, el metano, el vapor de agua que es variable y. en el caso de las ciudades, de compuestos como los óxidos de de azufre y nitrógeno.
1.3.- Las mezclas homogéneas y heterogéneas.
En efecto, como el aire es una mezcla de gases, ésta se puede formar con sólo agregar los gases que la componen, y como no se pueden distinguir unos de otros, se dice que se trata de una mezcla homogénea, porque sólo se aprecia una fase y tal parece que sólo existe un solo gas.

Las mezclas en general se pueden clasificar en homogéneas y heterogéneas. Las primeras se pueden identificar en la practica docente porque de todos los componentes que se agregan a ésta sólo se puede apreciar un componente como si estuviera uno sólo, es decir, se nota una sola fase imposible de distinguir de las demás. En las segundas, se pueden ver casi todos los componentes que se utilizaron para formarla, es decir se aprecia más de una fase.

Un ejemplo de mezcla homogénea es la unión de varios gases como es el caso del aire que contiene oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y otros gases los cuales, no se pueden distinguir. Cuando los seres vivos respiran, lo hacen absorbiendo todos los gases del aire pero aprovechan sólo uno de ellos: el oxígeno.

Un caso curioso de una mezcla gaseosa homogénea es la del aire, mezclado con olores, donde es posible identificar con el olfato otros gases, que no se pueden distinguir visualmente.



Como se ha dicho, el aire es una mezcla homogénea porque no se pueden apreciar los componentes de los que está hecha, sin embargo, cuando se agregan a ésta otros componentes como el polvo o gases de colores, la mezcla se torna heterogénea. Una prueba de esto es la atmósfera que se observa sobre la Ciudad de México por la mañana, cuando viene una persona del norte de la ciudad hacia el centro de ésta, porque aparece como un conjunto de varias capas de diversos colores que indica diversas concentraciones de contaminantes.
PARA TRABAJAR EN EQUIPO

  1. Expliquen por qué razón la composición de la atmósfera es variable.

  2. Expliquen por qué razón el vapor de agua es el compuesto más variable en composición de la atmósfera.

  3. Expliquen por lo menos dos evidencias de que el aire es una mezcla.

  4. Expliquen por qué razón el oxígeno siendo un comburente no reacciona violentamente en una combustión.

  5. En compañía de un equipo tres compañeros dibuja un mapa conceptual que contenga las siguientes palabras. Si es necesario agrega otras que consideres que son también importantes. Materia, aire, composición, mezcla, oxígeno, nitrógeno, elemento, compuesto.

  6. Explica la diferencia entre mezcla homogénea y heterogénea.

  7. Expliquen la composición del aire mediante un dibujo.


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