Habitualmente encontramos la materia en estado sólido, líquido y gaseoso.

Los gases presentes en nuestra vida cotidiana, o sea los gases presentes en la atmósfera, son incoloros y también inodoros,  por lo que es normal que  los niños más pequeños no tengan una idea clara de que los gases, como los líquidos y los sólidos, también ocupan un espacio y tienen masa.

En el taller 1 se trabajó con el hecho de que el aire es una mezcla de gases distintos. En la actividad 1 y 2 de éste grupo de experimentos mostraremos que el aire ocupa un volumen.  Hay maneras sencillas de mostrar que los gases tienen masa y pesan. Uno de ellos consiste en pesar en una balanza de precisión (al menos que tenga una precisión de la décima de gramo) un globo grande, primero vacío y luego inflado. Si lo hemos inflado con un inflador lo que se pesará será el aire atmosférico, si lo hemos inflado soplando, con el aire de la expiración, lo que pesaremos será aire enriquecido en dióxido de carbono. Aunque no debemos sacar la conclusión de que el número que nos da la balanza es el peso real del aire dentro del globo, sino la diferencia entre el aire comprimido dentro del globo y el aire sin comprimir que ocupa el mismo volumen.

Si no se dispone de balanza, una manera de mostrar que los gases tienen masa es tomar dos globos iguales, inflarlos con un inflador o soplando y colgarlos de los extremos de una percha o de una varilla fina que quede colgada en equilibro por la parte central. Al pinchar uno de los globos y expandirse el aire que contenía, se produce un desequilibrio de pesos que inclina la varilla hacia el lado del globo lleno.

A continuación os presentamos  unas cuantas actividades destinadas a poner de manifiesto algunas propiedades de los gases, sólidos y líquidos como el volumen, la masa, la densidad, compresibilidad y la maleabilidad

Actividad 1. La botella no está vacía

Probablemente si presentamos una botella que no contenga ningún sólido o líquido y preguntamos a los niños por el contenido de la botella, nos dirán que está vacía. Para ellos es evidente que está vacía, ya que en la botella no hay nada que pueda verse y podría volverse a llenar con agua, leche, arena,…

Vamos a proponerles el llenar la botella con agua, de manera que nada de lo que pudiera haber dentro pueda salir, para ello tomamos una botella con tapón de rosca de plástico que pueda fácilmente agujerearse y acoplarle un embudo. Sellaremos bien la unión entre el embudo y el tapón con pegamento o con plastilina. Taparemos bien la botella, enroscaremos el tapón y si es necesario también sellaremos con plastilina para que nada pueda escapar de la botella. A continuación vertemos agua en el embudo. Observaremos que el agua se queda estancada en el embudo y no pasa dentro de la botella ¿Qué hay dentro del globo que no deja pasar el agua? ¿Quién ocupa este volumen de la botella?

Introduzcamos ahora una pajita a través del embudo hasta llegar al interior de la botella. Observaremos que el agua empieza a caer dentro de la botella. Esta pequeña actividad nos llevará a concluir que, aunque no lo veamos, dentro hay materia, la materia gaseosa que rodea a la Tierra, el aire. Si el aire no puede escapar, el agua del embudo no puede ocupar su espacio. Por el contrario, si el aire puede escapar por la pajita, el agua puede desalojarlo y ocupar su lugar.

Es posible que, dependiendo del tamaño de la botella y también del embudo, aunque todo el sistema esté bien sellado, el agua no quede totalmente estancada en el embudo. No obstante, aunque esto sea así, siempre veremos que al entrar el agua en la botella se produce un borboteo producido por el aire al salir atravesando la columna de agua. Claramente, si el gas en el interior de la botella no sale, el agua no puede entrar.

Montaje para comprobar que el gas, en este caso el aire,  ocupa un volumen. Si el aire no puede escapar de la botella, el agua no puede entrar.

Actividad 2. Los gases son más compresibles que los líquidos

Tomemos una jeringa de plástico aforada (se pueden encontrar en las droguerías o en las farmacias).  Con este dispositivo que se muestra en la figura, podemos medir volúmenes hasta 2,5 mL, con una precisión de 0,1 mL (A). Desplazamos el émbolo hasta el final, con lo que habremos tomado 2,5 mL de aire (B). Tapamos el pico de la jeringa herméticamente con un dedo y presionamos en émbolo. Podremos apreciar que el émbolo se desplaza, con lo que el aire se comprime, llegando un momento que, con la fuerza aplicada, ya no puede desplazarse más. Hemos conseguido disminuir el volumen y comprimir el gas hasta 1,1 mL (C).

Con la misma jeringa, tomemos ahora 2,5 mL de un líquido, por ejemplo agua. Igual que antes, cerramos con un dedo el pico de la jeringa y presionamos el émbolo con el pulgar. Fácilmente podremos observar que apenas conseguimos desplazar el émbolo y comprimir el líquido (D). En la imagen, el agua está coloreada para apreciar mejor el volumen.

¿Por qué es esto así? ¿Tenemos una hipótesis que nos pueda explicar este comportamiento? Echemos un vistazo a los fundamentos científicos del Taller 3 y veamos qué dice la TCM al respecto. Es claro, en los gases las moléculas están muy lejos las unas de las otras y, aunque están continuamente moviéndose hay mucho espacio entre ellas. Podríamos, aplicando una pequeña presión disminuir el volumen y comprimir el gas. Sin embargo, llega un momento en que el gas no se puede comprimir más, porque las sus moléculas tienen un volumen (ocupan un espacio) y  por mucho que comprimamos, no podrán ocupar un volumen nulo.

En los líquidos, las moléculas están tan cerca las unas de las otras que para conseguir que se acerquen aún más, hay que aplicar presiones muy altas (hay que hacer mucha fuerza). Pregunta para consultar en los libros de ciencias ¿Qué pasará si siguiéramos aumentando la presión de un gas? ¿Seguiría siendo siempre gas?