El aire está ahí de verdad

Pregunta a los alumnos sobre los gases:

• Los gases, como los gases en el aire, ¿son materia?
  Los alumnos pueden tener preguntas sobre si los gases son materia o no. También pueden tener una sensación muy poco clara de lo que son los gases. Después de que los alumnos respondan, explica que el aire que los rodea está compuesto por algunos gases diferentes: nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua y cantidades muy pequeñas de algunos otros. Diles a los alumnos que los gases están hechos de moléculas, pero que las moléculas están mucho más separadas que las moléculas en líquidos o sólidos. Dado que las moléculas de un gas tienen masa y ocupan espacio, el gas es materia.

Si los alumnos tienen problemas para aceptar o apreciar que un gas está compuesto por moléculas, podrías intentar ayudarles dándoles algunos números en los que pensar. Aunque estos números son enormes y pueden ser difíciles de comprender, al menos los alumnos tendrán la idea de que un gas está hecho definitivamente de algo, ocupa espacio y tiene masa. Diles a los alumnos que en una cantidad de aire del tamaño de una pelota de playa estándar hay unas 6 × 10²³ moléculas de gas. Se trata de unos 600 mil millones de trillones de moléculas.

Los alumnos pueden tener dificultades para imaginar que los gases tienen masa. Parece que los globos y las pelotas de playa, por ejemplo, se vuelven más ligeros cuando los inflamos. Cuando agrega aire a un globo o a una pelota de playa, se hace un poco más pesada. El motivo por el que parece más ligero no es porque tenga menos masa, sino porque su volumen aumenta tanto cuando se infla. Este gran aumento de volumen con un pequeño aumento de masa hace que el globo o la pelota de playa sean menos densos. Por eso parece más ligero cuando se infla. (Podremos llegar a esto cuando estudiemos la densidad en el Capítulo 3).

Necesitarás una balanza que mida en gramos para cada demostración. Si no tienes este tipo de balanza, puedes mostrar videos de cada demostración.

Materiales para la demostración

• Pelota de baloncesto, muy desinflada
• Balanza que mida en gramos
• Bomba
• Lata de gas comprimido (disponible en cualquier tienda de suministros de oficina)

Resultados esperados
La pelota de baloncesto debe pesar entre 2 y 4 gramos más que cuando se desinfló. La lata pesará unos gramos menos que al principio.

Muestra la animación del modelo molecular Partículas de un gas.

Explica a los alumnos que las moléculas de un gas tienen muy poca atracción entre sí y que apenas interactúan entre sí. Solo chocan y rebotan. Puede ser difícil de aceptar para los alumnos, pero en el espacio entre las moléculas de gas no hay nada.

Nota: Un alumno curioso podría preguntar: Si las moléculas de gas no se ven atraídas entre sí y pueden flotar, ¿por qué no flotan todas? Esa es una muy buena pregunta. De hecho, los gases muy ligeros como el hidrógeno y el helio han flotado lejos y hay muy pocos gases en nuestra atmósfera. Los gases más pesados y diferentes, como el nitrógeno, el oxígeno, el vapor de agua y el dióxido de carbono, rodean la Tierra. En general, la gravedad mantiene estos gases cerca de la Tierra como nuestra atmósfera.

Entrega a cada alumno una hoja de actividades.

• Lección 1.5 Hoja de actividades PDF | DOCX | Google Doc
• Lección 1.5 Respuestas de la hoja de actividades PDF | DOCX | Google Doc
  

Descarga la hoja de actividades y distribuya una por alumno.

Ver todas las descargas

La hoja de actividades servirá como el componente de evaluación de cada plan de lección 5-E. Las hojas de actividades son evaluaciones formativas del progreso y la comprensión de los alumnos. Al final de cada capítulo se incluye una evaluación sumativa más formal.

Los alumnos responderán preguntas sobre la demostración en la hoja de actividades. Las secciones Explícalo con átomos y moléculas y Aprende más de la hoja de actividades se completarán en conjunto con la clase, en grupos o individualmente, según tus instrucciones. Observa la versión para el maestro de la hoja de actividades para encontrar las preguntas y respuestas.

Pregunta para investigar
¿Cómo afecta la calefacción y refrigeración a un gas?

Materiales para cada grupo

• 2 vasos de plástico transparente
• Botella de plástico de 8 onzas
• Solución de detergente en una taza
• Agua caliente (aproximadamente a 50 °C)
• Agua fría

Preparación del maestro
Prepara la solución de detergente para toda la clase agregando 4 cucharaditas de líquido lavavajillas y 4 cucharaditas de azúcar a ½ taza de agua. Revuelve suavemente hasta que el detergente y el azúcar se disuelvan. Coloca aproximadamente 1 cucharada de solución de detergente en un vaso ancho de plástico transparente para cada grupo.

Pregunta a los alumnos:

• ¿Qué puedes hacer para que la burbuja baje?
  Si los alumnos tienen problemas para pensar en una respuesta, recuérdales que calentar el gas aumentó la velocidad de las moléculas, lo que hizo que la burbuja creciera. Los alumnos deben sugerir que se enfríe el gas de la botella. Esto se puede hacer colocando la base de la botella en agua fría.

Después de la actividad, da tiempo a los alumnos para que registren sus observaciones respondiendo a las siguientes preguntas en la hoja de actividades. Una vez que hayan respondido las preguntas, comenta sus observaciones en grupo.

• ¿Qué pasó con la película de solución de detergente cuando colocaste la botella en agua caliente?
  Se formó una burbuja.

• ¿Qué le pasó a la burbuja cuando colocaste la botella en agua fría?
  Se encogió y entró en la botella.

Diles a los alumnos que les mostrarás una animación para ayudar a explicar qué hizo que  la burbuja creciera y se encogiera cuando el aire de la botella se calentó y enfrió.

Muestra la animación Calentar y enfriar un gas en una botella. 

Diles a los alumnos que las flechas rojas de la animación representan el aire exterior que empuja hacia abajo la película de burbujas. Explica que calentar el aire dentro de la botella hace que las moléculas se muevan más rápido. Estas moléculas de movimiento más rápido golpean el interior de la botella y la película de burbujas más fuerte y con mayor frecuencia. Estas moléculas presionan contra el interior de la película de burbujas más fuerte que el aire circundante empuja desde el exterior. Esto empuja la película de burbuja hacia arriba y hacia fuera, formando una burbuja.

El enfriamiento del gas hace que las moléculas se muevan más lentamente. Estas moléculas de movimiento más lento golpean el interior de la botella y la película de burbujas con menos frecuencia y menos fuerza. Las moléculas del aire circundante se mueven más rápido y empujan contra la burbuja desde el exterior. Dado que estas moléculas externas son más fuertes, la burbuja se empuja hacia abajo y se hace más pequeña.

Concede a los estudiantes tiempo para responder las siguientes preguntas. Deben consultar el dibujo incluido en la página siguiente y en la hoja de actividades.

Una vez que hayan respondido las preguntas, comenta sus explicaciones en grupo.

• ¿Qué hizo que se formara la burbuja cuando colocaste la botella en agua caliente? Asegúrate de escribir sobre la velocidad de las moléculas dentro de la botella y la presión del aire exterior.
  Señala que las moléculas de aire dentro de la botella se mueven más rápido cuando se calientan y empujan más fuerte contra el aire exterior. Esto hace que se forme una burbuja.
• ¿Por qué se redujo el tamaño de la burbuja al colocar la botella en agua fría? Asegúrate de escribir sobre la velocidad de las moléculas dentro de la botella y la presión del aire exterior.
  Cuando se enfría el aire dentro de la botella, las moléculas se mueven más lentamente y no empujan con tanta fuerza contra el aire exterior. El aire exterior empuja contra la burbuja, haciendo que baje.

Lee más sobre la contracción y expansión de los gases en la sección Información contextual para el maestro.

• Información contextual para el maestro PDF

Ver todas las descargas

Muestra la animación del modelo molecular Comparar sólidos, líquidos y gases.

Asegúrate de que los alumnos se den cuenta de que las moléculas mostradas provienen de tres sustancias diferentes, todas a temperatura ambiente. El sólido no se derrite para convertirse en un líquido y el líquido no se evapora para convertirse en un gas. El modelo no está intentando mostrar los cambios de estado, sino tres sustancias diferentes (como metal, agua y aire), que son sólidos, líquidos y gases a temperatura ambiente.

Explica las siguientes diferencias a los alumnos:

• Sólido: las partículas (átomos o moléculas) se atraen mucho entre sí. Vibran, pero no se desplazan unas por encima de otras. Los átomos o moléculas permanecen en posiciones fijas debido a su fuerte atracción entre sí. Un sólido tiene un volumen definido y una forma definida.
• Líquido: las partículas (átomos o moléculas) se atraen entre sí. Vibran, pero también son capaces de desplazarse unas por encima de otras. Un líquido tiene un volumen definido, pero no tiene una forma definida.
• Gas: las partículas (átomos o moléculas) no se atraen mucho entre sí y se mueven libremente. Un gas no tiene una forma o volumen definidos. Los átomos o moléculas de un gas se esparcen uniformemente para llenar cualquier recipiente.

Puedes utilizar el siguiente ejemplo para ayudar a los alumnos a apreciar la separación entre las moléculas de un gas y las moléculas de un líquido o un sólido:

• Las moléculas que componen un gas están aproximadamente entre 100 y 1000 veces más separadas que las moléculas de un sólido o líquido. Imagina cómo es una cucharada de agua. Si ese mismo número de moléculas fuera un gas, se extenderían lo suficiente como para llenar toda una pelota de playa. A temperatura ambiente, se mueven a unas 1000 millas por hora, pero en distancias muy cortas.

Dibuja o proyecta la ilustración Sólido, líquido y gas.

Haz que los alumnos utilicen la ilustración proyectada como referencia mientras dibujan un modelo de sólidos, líquidos y gases en su hoja de actividades. Señala que el número de líneas de movimiento es el mismo para el sólido, el líquido y el gas. Esto indica que las diferentes sustancias están a la misma temperatura. Haz que los alumnos escriban subtítulos como los que se enumeran a continuación para describir las moléculas en sólidos, líquidos y gases

Pide a los alumnos que consideren la siguiente situación:

Imagina que trabajas en una tienda de fiestas durante el verano. Vas a conducir a casa con el propietario de la tienda cuyo coche ha estado bajo el sol durante todo el día. El propietario te dice que puedes llevarte a casa una enorme cantidad de globos, pero te aconseja que no infles los globos por completo. Sabiendo lo que sabes acerca de calentar las moléculas de un gas, explica por qué el consejo del propietario es inteligente.

Puedes optar por mostrar la animación Calentar moléculas de un gas si deseas dar una pista a los estudiantes.