Sesión 2

Actividad 3. Comportamiento macroscópico de gases

Objetivos:

• Proponer experiencias que muestren el comportamiento de los gases: difusión, compresión, dilatación.

• Establecer relaciones entre el comportamiento macro de los gases con propiedades comunes del estado de agregación.

Desarrollo:

1º) El profesor se refiere a la importancia histórica que tuvo el estudio de los gases para conocer la naturaleza de la materia por encima de sus diferencias (propiedades generales de sólidos, líquidos y gases). Destaca el interés de estudiar algunos fenómenos (difusión, compresión y dilatación) que ponen de manifiesto semejanzas y diferencias entre sólidos, líquidos y gases. Señala a los alumnos que va a realizar tres experiencias para comprobar cómo se comportan los gases.

2º) El profesor explica en qué consiste el fenómeno de la difusión: la difusión ocurre cuando olemos una colonia, una flor o algo pestilente. La materia, el gas que olemos, se mueve debido a la diferencia de concentración dentro del recipiente que contiene el gas (cuando se abre un frasco de colonia el perfume se mueve por la habitación, el perfume de una flor se mueve por la atmósfera). La velocidad a la que se mueve el gas depende del tipo de gas y de la temperatura que tiene el gas.

• El profesor pide a los alumnos que presten atención: En un matraz o erlenmeyer, pone unos cristales de yodo en el fondo, se tapa y calienta suavemente. (También pueden unirse dos recipientes con un tubo, comprobando la difusión del gas con independencia de la posición de los recipientes. Si el recipiente vacío está por debajo, observar el movimiento del gas hacia abajo es una experiencia inusual y contraejemplo de que los gases siempre se elevan).

• Los alumnos deberían:

- Realizar observaciones del sistema en tres momentos diferentes: inicio, intermedio y final

• Realizar observaciones del sistema en tres momentos diferentes: inicio, intermedio y final.

• Describir las observaciones señalando la presencia/ausencia del gas en el recipiente (se puede prescindir o considerar la presencia del aire).

• Explicar los cambios del sistema (recipiente + gas) macroscópicamente refiriéndose a las propiedades comunes al estado gaseoso: ni forma ni volumen propio.

• Se ponen en común las observaciones, descripciones y explicaciones de los alumnos. El profesor concluye señalando la relación entre el comportamiento del gas y las propiedades comunes del estado gaseoso.

3º) El profesor explica el fenómeno de la compresión y expansión de un gas. La compresión ocurre cuando un gas disminuye su volumen al aumentar la presión que se ejerce, por ejemplo, cuando reducimos el tamaño de un globo empujando o estrangulando parte del globo. La expansión al revés, aumenta el volumen al disminuir la presión (al dejar de apretar el globo recupera el tamaño inicial).

Observación:
La expansión y/o compresión se debe considerar que ocurre a temperatura constante para diferenciarla del fenómeno de dilatación. Es frecuente utilizar todos estos términos como sinónimos, algo que debería evitarse.

• El profesor pide a los alumnos que presten atención: Se recoge el yodo sublimado en la experiencia anterior con una jeringuilla grande (10 ml) para observar el cambio de coloración asociado al fenómeno. Hay que comprimir hasta comprobar que la reducción de volumen tiene un límite. Los alumnos pueden replicar la experiencia con jeringuillas iguales pero con aire para percibir que la compresión no es ilimitada, es decir, el gas opone una resistencia a ser comprimido a partir de un determinado volumen.

• Los alumnos deberían:

• Realizar observaciones del sistema en dos o tres momentos diferentes: inicio, intermedio y final.

• Describir las observaciones señalando el volumen ocupado por el gas y su relación con la variación de presión.

• Explicar los cambios del sistema (recipiente + gas) en términos de propiedades comunes al estado gaseoso: ni forma ni volumen propio (explicación macroscópica).

• Se ponen en común las observaciones, descripciones y explicaciones de los alumnos. El profesor concluye señalando la relación entre el comportamiento del gas y las propiedades comunes del estado gaseoso. De nuevo se comprueba que el gas no tiene volumen propio, sino que ocupa el volumen del recipiente que lo contiene; el gas, como materia, ocupa un espacio y es impenetrable.

Observación:
En un recipiente cerrado y de volumen variable (jeringa con émbolo), la presión se ejerce bajando y subiendo el émbolo. En esta situación, dado que simultáneamente se disminuye o aumenta el volumen del recipiente que contiene el gas, el alumno puede centrar su atención en este mecanismo (al hacer fuerza se reduce intencionadamente el volumen que puede ocupar el gas), obviando que el gas no tiene volumen propio y por ello se puede reducir el espacio ocupado. Por ello es importante, que el gas sea coloreado para relacionar la intensidad del color con el hecho de que ocupe un menor o mayor espacio, es decir, tenga un menor o mayor volumen.

4º) El profesor explica el fenómeno de la dilatación y contracción de un gas. La dilatación es el aumento de volumen del gas como consecuencia del aumento de temperatura. Un balón de plástico puesto al sol durante un rato, además de calentarse, se hincha; aumenta su temperatura y su volumen. Para mostrar el fenómeno, el gas debe estar encerrado en un recipiente flexible; cuando las paredes del recipiente son rígidas, al aumentar la temperatura aumenta la presión del gas.

• El profesor pide a los alumnos que presten atención: Una botella con aire cerrada con un globo puede servir para comprobar la dilatación del gas. Inicialmente el globo se encuentra desinflado, pero cuando calentamos la botella, por ejemplo al baño maría, el globo se infla. (Otros montajes son un erlenmeyer con globo en un mechero a fuego moderado; un erlenmeyer con salida lateral con dos globos en un mechero para que sirva como contraejemplo a que el globo se infla porque el aire sube).

• Si se realiza como experiencia de cátedra, los alumnos deberían:

• Realizar observaciones del sistema en dos o tres momentos diferentes: inicio, intermedio y final.

• Describir las observaciones señalando el estado del globo y su relación con el aumento de temperatura.

• Explicar los cambios del sistema (botella +globo + aire) en términos de propiedades comunes al estado gaseoso: ni forma ni volumen propio (explicación macroscópica).

• Se ponen en común las observaciones, descripciones y explicaciones de los alumnos. El profesor concluye señalando la relación entre el comportamiento del gas y las propiedades comunes del estado gaseoso.