Este mundo está lleno de fenómenos físicos y químicos que permiten maravillosos procesos, los cuales hacen posible la existencia de la vida en él; uno de esos interesantes procesos es el aire que es un elemento esencial para el desarrollo de la vida en la Tierra, sin él no podrían existir las plantas, los animales, ni los seres humanos; el aire lo podemos definir como una mezcla de gases que forman la atmósfera, es por ello que se encuentra en todas partes. Sus componentes principales son el nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, neón, helio, entre otros.
Este mundo está lleno de fenómenos físicos y químicos que permiten maravillosos procesos, los cuales hacen posible la existencia de la vida en él; uno de esos interesantes procesos físico-químicos, es el aire que compone la atmósfera, el cual no es percibido por la vista.
Cuando colocamos un papel absorbente dentro de un recipiente con agua, éste se moja, pero si utilizáramos el aire que está en el planeta podríamos hacer que éste no se moje.
El aire es una mezcla de gases incolora, inolora e insabora que componen la atmósfera terrestre. El aire es un elemento fundamental y esencial para asegurar la continuidad de la vida en el planeta, el aire es transparente a simple vista.
Su composición es sumamente delicada y las proporciones de las sustancias que lo integran resultan ser variables: nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (varía entre 0 a 7%), ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y gases nobles como pueden ser el criptón o el argón (1%).
Imagen 1.- Composición del aire.
Dependiendo de la altitud, temperatura y composición del aire, la atmósfera terrestre está dividida en cinco capas troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera. Cuanto más alto nos encontremos menor peso o presión tendrá el aire que respiramos.
Imagen 2.- Capas de la atmósfera.
Las capas más estudiadas y analizadas porque son las que absorben y se ven más afectadas por la contaminación, son las dos que más cercanas están de la tierra: la troposfera y la estratosfera.
El aire que se encuentra en la troposfera es el que interviene directamente en el proceso de respiración de los seres vivos y está compuesto por un 78 % de nitrógeno, un 20,94 % de oxígeno, 0,035 de dióxido de carbono y un 0,93 de gases inertes entre los que se cuentan el argón y el neón. Además en esta capa que abarca 7 km de altura en los polos y de 16 km en los trópicos se ubican las nubes y el vapor de agua, por lo cual es la capa en la cual se producen todos los fenómenos atmosféricos que dan origen al clima. Y un poco más arriba de esta, aproximadamente a unos 25 km. Nos encontramos con la otra, la estratosfera que es en la cual se encuentra alojada la capa de ozono que protege a la tierra de la radiación ultravioleta.
Por esto es que toda sustancia contaminante que se encuentre en estas alturas será absolutamente dañina para la salud del hombre.
Las propiedades físicas del aire como conjunto son las típicas del estado gaseoso de la materia, a saber:
Entonces, las propiedades físicas que caracterizan el aire que respiramos son: el volumen, la masa, densidad, presión atmosférica, contracción y expansión.
El aire pesa. Puede parecer extraño, pero ya quedó demostrado por Galileo en 1613, que el aire tiene masa. Nosotros también llevamos sobre nuestros hombros la carga de casi una tonelada de peso del aire que tenemos encima. Como la presión del aire se ejerce en todas las direcciones, y además se encuentra equilibrada por la presión interna del cuerpo, hace que no acabemos aplastados.
Torricelli, en 1643, demostró calculó la presión atmosférica con la invención de un barómetro de mercurio. Su famoso experimento consistía en llenar de mercurio un tubo de cristal, al que le daba la vuelta y dejaba en un recipiente que también contenía mercurio. Así, el mercurio salía pero quedaba gran parte dentro del tubo. De hecho, comprobó que, comprobándolo a nivel del mar, siempre quedaban 760 mm de mercurio dentro del tubo.
El aire es un mal conductor del calor, lo que hace que sea un buen aislante térmico. Esta propiedad se aprovecha en algunas ventanas y edificios, creando una cámara de aire para evitar que entre el calor o el frío.
El aire permite la propagación del sonido. El aire necesita un medio físico (líquido, sólido o gaseoso) para propagar sus ondas. Sin aire, en el vacío, el sonido no podría transmitirse.
Aunque el aire es muy poco soluble en agua, es suficiente para que los seres acuáticos puedan tomarlo del agua.
Ahora bien, en ciencias, la presión atmosférica es el peso que ejerce el aire en la atmósfera de la Tierra. Cuando hablamos de presión atmosférica, estamos hablando de la presión ejercida en un punto dado por la columna de aire desde el suelo en ese punto hasta la parte superior de la atmósfera.
En la antigüedad estaban lejos de sospechar el peso del aire. Lo consideraban como un cuerpo que por su naturaleza tendía a elevarse, explicándose la ascensión de los líquidos en las bombas por el horror vacui, «horror al vacío», que tiene la naturaleza.
La medición de presión atrae el interés de la ciencia hace mucho tiempo. En fines del siglo XVI, el italiano Galileo Galilei (1564-1642) obtuvo patente por un sistema de bomba de agua utilizada en la irrigación. En 1592, usando solamente un tubo de ensayo y una cuenca con agua, Galileo montó el primer termómetro. El volcó un tubo con la boca hacia abajo, semisumergido en el líquido. Así, cuando el aire en el interior del tubo enfriaba, el volumen aumentaba y el agua era empujada hacia afuera. El nivel del agua, por lo tanto, medía la temperatura del aire. El núcleo de su bomba era un sistema de succión que el descubrió tener la capacidad de elevar el agua en el máximo 10 metros. El no descubrió la causa de este límite, lo que llevó otros cientistas a estudiar el fenómeno.
En 1643, el físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) desarrolló el barómetro. Este aparato calculaba la presión atmosférica, o sea, la fuerza del aire sobre la superficie de la tierra. El hizo una experiencia llenando un tubo de 1 metro con mercurio, sellado en uno de las extremidades y sumergido en una tina con mercurio en la otra. La columna de mercurio invariablemente bajaba hasta alrededor de 760 mm en el tubo. Sin saber la razón del fenómeno, el lo atribuyó a una fuerza existente en la superficie terrestre. Torricelli concluyó también que el espacio dejado por el mercurio en el inicio de la experiencia no contenía nada y lo llamó de “vacuum” (vacío).
Cinco años más tarde, el francés Blaise Pascal usó el barómetro para mostrar que en el alto de las montañas la presión de aire era más pequeña.
En 1650, el físico alemán Otto Von Guericke creó la primera bomba de aire eficiente, con la cual Robert Boyle realizó experimentos sobre compresión y descompresión y después de 200 años, el físico y químico francés, Joseph Louis Gay-Lussac, comprobó que la presión de un aire confinado a un volumen constante es proporcional a su temperatura.
No obstante, el concepto de presión atmosférica no empezó a extenderse hasta la demostración, en 1654, del burgomaestre e inventor Otto Von Guericke.
El físico y químico británico Robert Boyle en 1662 y el físico y botánico francés Edme Mariotte en 1676, descubrieron que la presión que era aplicada a un gas era inversamente proporcional a su volumen a temperatura y numero de moles constante. Dicho de otra forma, con el aumento de la presión ejercida sobre el gas, este mismo gas se comprime, reduciendo su volumen de forma inversamente proporcional, creando con esto la Ley de Boyle-Mariotte.
En 1849, Eugène Bourdon recibió la patente por el Tubo de Bourdon, utilizado hasta hoy en mediciones de presiones relativas. En 1893, E.H. Amagat utilizó el pistón de peso muerto en mediciones de presión.
Imagen 3. – Los hombres que hicieron la historia de la medición de presión.
Ahora bien, por otra parte, debemos de saber que el agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O) unidos por un enlace covalente. El término agua, generalmente, se refiere a la sustancia en su estado líquido, aunque esta puede hallarse en su forma sólida, llamada hielo, y en su forma gaseosa, denominada vapor. Es una sustancia bastante común en la Tierra y el sistema solar, donde se encuentra principalmente en forma de vapor o de hielo.
Imagen 4.- Agua.
Fue Henry Cavendish quien descubrió en 1782 que el agua es una sustancia compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la antigüedad. Los resultados de dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier, dando a conocer que el agua está formada por oxígeno e hidrógeno. En 1804, el químico francés Louis Joseph Gay-Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander Von Humboldt demostraron que el agua estaba formada por dos volúmenes de hidrógeno por cada volumen de oxígeno (H2O).
Conocer como el aire que se encuentra dentro de un vaso puede evitar que un papel absorbente se moje dentro de un recipiente con agua.
Me interesa saber como el aire puede evitar que no se moje un pedazo de papel absorbente al meterlo en un recipiente con agua.
Si coloco un papel absorbente dentro de un vaso y lo volteo y después lo meto dentro de un recipiente con agua, el papel no se mojará por el aire que está en la atmósfera.
MATERIALES.
PROCEDIMIENTO.
Paso 1.
Tomo un pedazo de papel absorbente y lo hago bolita.
Paso 2.
Coloco la bola de papel absorbente en el fondo de un vaso pequeño, aplastándola bien.
Paso 3.
En un recipiente grande coloco agua, casi hasta llenarlo.
Paso 4.
El vaso pequeño con el papel absorbente lo pongo boca abajo completamente, es decir, le doy la vuelta, teniendo cuidado de que el papel absorbente no se caiga.
Paso 5.
Sumerjo el vaso pequeño con el papel dentro del recipiente con agua hasta que el borde del vaso toque el fondo.
Paso 6.
Mantengo el vaso sumergido durante unos segundos y después lo saco del recipiente en la misma posición.
Una vez realizados los pasos de mi experimento, tal y como aparecen señalados, observe que el pedazo de papel quedo sujeto en el interior del vaso y el agua no ingreso al vaso, comprobando con ello, que en mi experimento está presente el aire, ya que el aire ocupa un espacio dentro del vaso impidiendo que el agua entre al vaso y el papel no se moje. Esto quiere decir, que la presión atmosférica es mayor a la presión del agua, entonces eso impide que el agua se introduzca al vaso, por ser mayor. En términos científicos, podemos decir que este suceso es debido a la presión del aire y sin la presencia de esta no sería posible.
La presión del aire es responsable de que el agua no entre al vaso y moje el papel. En el interior del recipiente con agua y del vaso actúan dos fuerzas: por un lado, la presión del agua que está en el recipiente grande, y por otro lado, la presión atmosférica del aire que está en el interior del vaso, aunque no veamos las dos fuerzas, el agua no se introduce porque el aire ejerce tanta fuerza sobre el agua que es capaz de proteger el papel, impidiendo que sus moléculas se rompan y entre el agua. Dicho de otra forma, la presión del aire es mayor a la presión del agua, haciendo que el agua no ingrese al vaso y no moje el papel absorbente.
Esto nos lleva a concluir que el aire en el interior del vaso es mayor que la presión del agua que está en el recipiente, por tanto, no entra el agua al vaso.
Océano 5.
Reymo.
Brown Bursten Murphy.
Larousse.
Ortega, Manuel R. (2006, Presión atmosférica, Wikipedia).
Netatmo(2012. ¿Qué es la presión atmosférica?, Wikipedia).
Equipo etecé (2017, El aire, humanidades).
