Química escolar — Años 1 a 12 · Grades 1–12
4El aire, una mezcla de gases
Un día de viento, una cometa tira de su cuerda y, en el lago, una vela se hincha y empuja una barca. Algo las empuja, y sin embargo no se ve nada. Ese algo es el aire. No podemos verlo, pero está a nuestro alrededor, llena cada botella vacía y cada habitación, y lo tomamos en cada respiración. ¿De qué está hecho el aire?
Lo que ya sabes
Mezclar es juntar cosas distintas; lo que obtenemos es una mezcla de esas cosas, y al mezclarlas no se pierde nada (Capítulo 2).
4.1 El aire está a nuestro alrededor
Ejemplo 4.1 (Un vaso boca abajo)
Metemos un pañuelo de papel seco en el fondo de un vaso vacío. Damos la vuelta al vaso y lo hundimos recto en un cuenco con agua. Cuando lo sacamos, el pañuelo sigue seco. El vaso no estaba vacío: estaba lleno de aire, y el aire impedía que entrara el agua.
Observación 4.2 (El aire es un gas)
El aire es un gas: no tiene forma propia y se extiende hasta llenar cualquier recipiente. Aun así es materia, y un globo lleno de aire pesa un poco más que el mismo globo vacío. Qué son los gases, y por qué se comportan así, lo cuenta el libro de física.
4.2 El aire es una mezcla
Definición 4.3 (Aire)
El aire es la mezcla de gases que rodea la Tierra. No es un único gas: en él hay varios gases mezclados, que se pueden separar unos de otros.
Proposición 4.4 (De qué está hecho el aire)
Sin contar su vapor de agua, el aire está formado por:
- nitrógeno, unas cuatro quintas partes del aire;
- oxígeno, más o menos una quinta parte del aire;
- un poco de argón, alrededor de 1 parte de cada 100;
- muy poco dióxido de carbono, unas 4 partes de cada 10 000, y cantidades diminutas de otros gases.
El aire contiene también vapor de agua, invisible: muy poco en un día frío y seco, y hasta unas 4 partes de cada 100 en un día cálido y húmedo.
Ejemplo 4.5 (Cien botellas de aire)
Imagina 100 botellas de aire seco, con los gases del aire repartidos en botellas separadas. Unas 78 botellas contendrían nitrógeno, 21 botellas oxígeno y la última botella argón, con unas gotitas de dióxido de carbono y de otros gases.
Observación 4.6 (Nombres de gases)
Nitrógeno, oxígeno, argón y dióxido de carbono son nombres de gases. Todos son incoloros y no tienen olor. Un capítulo posterior muestra de qué está hecho cada uno, hasta llegar a las piezas diminutas que forman toda la materia.
4.3 Lo que inspiramos y lo que espiramos
Proposición 4.7 (El aire espirado)
El aire que espiramos no es el aire que inspiramos. Nuestro cuerpo toma parte del oxígeno y desprende dióxido de carbono y vapor de agua:
Ejemplo 4.8 (Una habitación llena de gente)
En un aula pequeña con las ventanas cerradas, treinta personas espiran dióxido de carbono durante toda la mañana. Poco a poco, el aire del aula contiene menos oxígeno y más dióxido de carbono, y la gente se siente cansada. Al abrir las ventanas vuelve a entrar aire fresco.
Observación 4.9 (Por qué los buceadores respiran aire)
La botella de un buceador está llena de aire comprimido en un espacio pequeño, no de oxígeno puro: respirar oxígeno puro a mucha profundidad es peligroso. El nitrógeno del aire está ahí para diluir el oxígeno.
4.4 Oxígeno para la vida y para el fuego
Proposición 4.10 (Los seres vivos y las llamas gastan oxígeno)
De todos los gases del aire, el oxígeno es el que necesitan los seres vivos y las llamas. Los animales y las personas lo toman al respirar; una llama lo toma del aire que la rodea. Las plantas verdes, con la luz del día, devuelven oxígeno al aire.
En el laboratorio — Una vela bajo un tarro
El profesor enciende una vela sobre un azulejo y baja despacio sobre ella un tarro grande de vidrio. La llama se encoge, parpadea y se apaga al cabo de unos segundos: alrededor de la llama, el aire contiene demasiado poco oxígeno para que siga ardiendo. Bajo un tarro el doble de grande, la vela arde más o menos el doble de tiempo, porque hay más o menos el doble de aire, y por tanto el doble de oxígeno, para gastar.
Observación 4.11 (El nitrógeno no arde)
El nitrógeno es la mayor parte del aire y, sin embargo, no mantiene encendida una llama ni lo usa nuestro cuerpo. Si el aire fuera todo nitrógeno, no podríamos respirar y nada podría arder.
4.5 Ejercicios
Ejercicio 4.1 ★
¿El aire es un único gas o una mezcla? Nombra los dos gases principales del aire.
Solución
Solución de Ejercicio 4.1.
Una mezcla. Sus dos gases principales son el nitrógeno y el oxígeno.
Ejercicio 4.2 ★
¿Qué fracción del aire, más o menos, es nitrógeno? ¿Qué fracción, más o menos, es oxígeno?
Solución
Solución de Ejercicio 4.2.
Unas cuatro quintas partes del aire son nitrógeno, y más o menos una quinta parte es oxígeno.
Ejercicio 4.3 ★
En 100 litros de aire seco, ¿cuántos litros son nitrógeno, más o menos? ¿Y cuántos son oxígeno?
Solución
Solución de Ejercicio 4.3.
Unos 78 litros de nitrógeno y unos 21 litros de oxígeno.
Ejercicio 4.4 ★
Metemos una botella vacía boca abajo en un barreño con agua. ¿Por qué el agua no llena la botella?
Ejercicio 4.5 ★
Mira el diagrama de barras. ¿De qué gas hay menos en el aire espirado? ¿De qué gas hay más?
Solución
Solución de Ejercicio 4.5.
Hay menos oxígeno (16 partes de cada 100 en lugar de 21) y más dióxido de carbono (4 partes de cada 100 en lugar de casi nada).
Ejercicio 4.6 ★
¿Qué gas del aire necesita una llama? ¿Qué gas del aire necesitamos nosotros para respirar?
Solución
Solución de Ejercicio 4.6.
El oxígeno en los dos casos: tanto una llama como nuestro cuerpo usan el oxígeno del aire.
Ejercicio 4.7 ★
Mira la figura de los 100 cuadrados. ¿Cuántos cuadrados son nitrógeno? ¿Cuántos no lo son?
Solución
Solución de Ejercicio 4.7.
78 cuadrados son nitrógeno; cuadrados no lo son.
Ejercicio 4.8 ★
¿Por qué una vela bajo un tarro se apaga al cabo de un rato?
Solución
Solución de Ejercicio 4.8.
La llama gasta el oxígeno del aire del tarro. Cuando queda demasiado poco oxígeno alrededor de la llama, se apaga.
Ejercicio 4.9 ★
En 500 litros de aire, ¿cuántos litros son oxígeno, más o menos? (Una quinta parte del aire es oxígeno.)
Solución
Solución de Ejercicio 4.9.
Una quinta parte de 500 litros: litros de oxígeno.
Ejercicio 4.10 ★★
¿Por qué es buena idea abrir las ventanas del aula entre una clase y otra?
Solución
Solución de Ejercicio 4.10.
Las personas del aula inspiran oxígeno y espiran dióxido de carbono. Al abrir las ventanas vuelve a entrar aire fresco, con más oxígeno y menos dióxido de carbono.
Ejercicio 4.11 ★★
Una vela arde 10 segundos bajo un tarro pequeño. ¿Cuánto tiempo, más o menos, ardería bajo un tarro que contuviera el triple de aire?
Solución
Solución de Ejercicio 4.11.
El triple de aire contiene el triple de oxígeno: unos segundos.