Investigamos el estado gaseoso. Teoría cinética de gases

El profesor monta cada experimento en un puesto del laboratorio. Cada grupo de estudiantes va pasando por cada uno de ellos de forma rotativa. Los alumnos tienen que ir respondiendo a las cuestiones planteadas en cada experimento y justificar el comportamiento observado según la teoría cinético-molecular, es decir, tiene que hablar de partículas, fuerzas entre ellas y movimiento.

Experimento 1: ¿Pesan los gases?
Los estudiantes disponen de una balanza y de un globo. Tienen que medir la masa del globo vacío y después de inflarlo, con un inflador o soplando. Se le pregunta por el gas en el interior que, en caso de inflarlo soplando, se dirá que es dióxido de carbono.
También se puede hacer con una jeringa a la que se le inyecta gas de aerosoles que venden para la limpieza de teclados. En este caso se mide la masa de la jeringa vacía y cuando se ha introducido el gas. Esto es más caro que el caso anterior y, la jeringa debe ser grande.

Experimento 2: ¿Qué ocurre con el volumen ocupado por un gas al calentarlo?
En el montaje se necesita una placa calefactora, un matraz Erlenmeyer de 100 0 250 ml, un globo y unas pinzas metálicas.
Los estudiantes colocan el globo en la boca del matraz y, después, este sobre la placa calefactora para calentar el matraz y su contenido. En unos minutos el globo se eleva y se infla. Se retira el matraz de la placa y se deja enfriar. Se observa que el globo vuelve a su posición inicial. Precaución para no tener quemaduras. Hay que utilizar las pinzas para retirar el matraz de la placa calefactora.

Experimento 3: ¿Qué ocurre con la presión al calentar un gas?
En el montaje se necesitan 2 soportes con pinzas, tubo en U, mechero o placa calefactora y matraz de destilación con tapón. En uno de los soportes se sujeta el tubo en U y en el otro el matraz de destilación. Se conecta, con una manguera flexible, una de las ramas del tubo en U con la salida del matraz de destilación. En el tubo en U se pone agua coloreada.
Los estudiantes encienden el mechero para calentar el matraz de destilación observando cómo varía el nivel del agua contenida en el tubo en U. Si el montaje está bien cerrado se puede observar este comportamiento al calentar el matraz de destilación con las manos. Cuando se utiliza el mechero basta con encenderlo unos 2 minutos.

Experimento 4: ¿Qué ocurre al aumentar la presión sobre un gas encerrado en un recipiente?
En este caso solo es necesario una jeringa. Los estudiantes tienen que tirar del émbolo para introducir aire en su interior. Después, taponan la salida, con su dedo o con unas piezas que llevan algunas de ellas, y ejercen presión sobre el émbolo.
Pueden comprobar que el gas se comprime con facilidad. Si dejan de ejercer la presión sobre el émbolo, de nuevo, el gas aumenta su volumen. Las jeringas de vidrio funcionan muy bien y, al tener menos rozamiento, se comprime bastante el gas. El problema está cuando cesa la fuerza aplicada en el émbolo ya que este sale disparado y, en más de una ocasión, cae al suelo y se rompe. Por eso, es mejor utilizar jeringas de plástico, pero unas que llevan una pieza de goma negra en el interior del émbolo porque tienen menor rozamiento que las que no tienen esa goma.
Se puede aprovechar la ocasión para comprobar que, si en la jeringa se introduce agua líquida, no se puede comprimir.

Experimento 5: ¿Qué ocurre al extraer gas de un recipiente cerrado?
Para este experimento se necesita un recipiente de plástico para envasar al vacío. Es un artículo para alimentación. El envase lleva una pestaña en la tapa para la salida y entrada de aire y una bomba para hacer el vacío de forma manual.
Se coloca un globo en el interior del recipiente. Ponemos la tapa y con la bomba, extraemos aire. Al igual que ocurría con los hemisferios de Magdeburgo, por mucho que los estudiantes tiren de la tapa, esta no se puede abrir. Se puede observar que ha habido un hundimiento en la tapa y el globo del interior ha aumentado su volumen. La extracción de aire provoca que la presión en el interior del recipiente sea menor que la presión en el exterior. Al haber menor presión en el recipiente, el volumen que ocupan las partículas del interior del globo, es mayor.
Si dejamos entrar aire a través de la pestaña de la tapa se puede observar cómo disminuye el volumen del globo y, la tapa, se abre con facilidad.

Experimento 6: ¿Podemos introducir un huevo duro en un matraz sin tocarlo y sin romperlo?
En este experimento necesitamos un matraz Erlenmeyer de 1 litro, un huevo cocido, un trocito de algodón, alcohol para quemar, pinzas metálicas y cerillas.
Cogemos un poco de algodón y lo empapamos con el alcohol. Sujetando con las pinzas, prendemos fuego y lo introducimos en el interior del matraz. Seguidamente ponemos el huevo duro en la boca del matraz. Si se ha puesto suficiente cantidad de alcohol, se observa cómo vibra el huevo sobre la boca del matraz y, seguidamente penetra al interior del matraz provocando un característico ruido. El movimiento de vibración del huevo se debe a la salida de las partículas del aire por el aumento de velocidad de estas al ser calentadas. De esta forma disminuye la presión en el interior del matraz mientras que en el exterior es mayor.
También podemos extraer el huevo, sin romperlo. Para ello hay que sujetar la boca del matraz, acercar el huevo y soplar fuertemente. La entrada de partículas de aire provocará un aumento de presión, suficiente para impulsar el huevo hacia afuera. Esto tiene que hacerse con rapidez y después de haber enfriado el matraz.

Experimento 7: ¿Podemos sujetar el agua contenida en un vaso con un papel o una pelota de ping-pong?
Para este experimento solo se necesita un vaso de tubo (plástico o vidrio), agua del grifo y un trozo de papel de filtro o de un folio normal.
Cortamos el papel en un cuadrado de 7 cm de lado (suficiente para tapar la boca del vaso). Se llena el vaso con agua del grifo, colocamos el papel encima de la boca del vaso mojando todo el borde. Aseguramos bien que no queden arrugas en todo el borde, giramos el vaso y lo colocamos boca abajo. Soltamos la mano y, el agua no cae.
Este experimento también se puede realizar con un matraz Erlenmeyer de 250 ml y una pelota de ping pong. Llenamos el matraz con agua del grifo, colocamos la pelota en su boca. Aseguramos que no quedan orificios en el borde, giramos y ponemos boca abajo.
Con este experimento se demuestra la presión atmosférica. Las partículas del aire ejercen una presión de, aproximadamente 1 atmósfera, que pasa desapercibida.
Se aconseja realizar el experimento en el fregador o sobre un recipiente, por si, no se asegura bien el sellado en todo el borde y, el agua, como fluido que es, fluye por algún orificio y cae.

Experimento 8: ¿Quién apaga estas velas?
Para este experimento se necesita una jarra, 2-3 velas, cerillas, bicarbonato de sodio y vinagre.
Encendemos las velas. Se echa 20 g bicarbonato de sodio en la jarra y se añade vinagre. Se agita bien y se observa cómo aparecen burbujas debido a la formación de dióxido de carbono. El dióxido de carbono es un gas más denso que el aire por lo que permanece en el interior de la jarra.
después volcamos, suavemente, la jarra sobre la llama de la vela y, comprobaremos que se apaga de forma misteriosa.
El misterio queda resuelto cuando se razona que el dióxido de carbono cae sobre la llama, desplaza al oxígeno y finaliza la reacción de combustión. Como explicó un alumno, cuando soplamos soltamos dióxido de carbono y ahora lo estamos echando desde el interior de la jarra. Aprovechamos que tiene mayor densidad que el aire.