El aire es una mezcla, no un compuesto
Una mezcla son dos o más sustancias revueltas pero no unidas por una reacción química. El aire es una mezcla. ¿Cómo lo sabemos?
- La cantidad de cada gas puede cambiar. El aire de una sala llena de gente tiene más dióxido de carbono. El aire sobre el mar tiene más vapor de agua. Un compuesto siempre tiene una composición fija.
- Cada gas conserva sus propias propiedades. El oxígeno del aire sigue ayudando a arder. El nitrógeno del aire sigue sin hacerlo.
- Los gases se pueden separar por medios físicos. Si el aire se enfría hasta unos −200 °C, se vuelve líquido. Al calentarlo despacio, cada gas hierve a su propia temperatura (destilación fraccionada). El nitrógeno hierve a −196 °C, el argón a −186 °C y el oxígeno a −183 °C.
- Mezclar gases para hacer aire no desprende calor ni luz, a diferencia de lo que pasa al formar un compuesto.
¿Qué gases hay en el aire?
En el aire seco y limpio (en volumen):
| Gas | Porcentaje | Función principal |
|---|---|---|
| Nitrógeno, N₂ | cerca de 78% | Diluye el oxígeno; las plantas lo obtienen por bacterias del suelo; sirve para hacer fertilizantes |
| Oxígeno, O₂ | cerca de 21% | Respirar (respiración) y arder (combustión) |
| Argón, Ar | cerca de 0.93% | Gas noble poco reactivo |
| Dióxido de carbono, CO₂ | cerca de 0.04% | Las plantas lo usan en la fotosíntesis; retiene el calor |
| Neón, helio, criptón, xenón | trazas diminutas | Gases nobles |
El vapor de agua no está en la tabla porque cambia: va de casi 0% en un desierto a cerca de 4% en una selva húmeda. El aire también lleva polvo, polen y microbios.
Gases nobles: propiedades y usos
El helio, el neón, el argón, el criptón y el xenón son los gases nobles (Grupo 18). Sus átomos tienen la capa externa llena, así que casi nunca reaccionan. No tienen color ni olor.
- Argón: llena las bombillas de filamento y protege el metal caliente al soldar, para que no se queme.
- Helio: es muy ligero y no arde, por eso se usa en globos meteorológicos y globos de fiesta.
- Neón: brilla en rojo anaranjado en los letreros luminosos cuando pasa electricidad por él.
- Criptón y xenón: lámparas muy brillantes, como los faros de los coches y las lámparas de los faros marinos.
Cómo medir el oxígeno del aire
Idea: atrapa un volumen conocido de aire. Gasta solo el oxígeno. Mira cuánto se encoge el volumen.
Método 1: hierro que se oxida
Empuja lana de hierro húmeda hasta la parte de arriba de un tubo graduado. Pon el tubo boca abajo en agua. Durante unos días el hierro se oxida. La oxidación gasta oxígeno, así que el agua sube por el tubo a ocupar su lugar. Se detiene en cerca de 1/5 (21%) del volumen de aire.
Método 2: fósforo que arde (campana de vidrio)
Se quema fósforo rojo en una campana de vidrio puesta sobre agua. Reacciona con el oxígeno y forma un óxido sólido blanco, que se disuelve. Cuando la campana se enfría, el agua sube cerca de 1/5 de su altura.
Método 3: cobre caliente y dos jeringas
Se empujan 100 cm³ de aire de un lado a otro sobre cobre caliente, entre dos jeringas de gas. El cobre se vuelve negro (óxido de cobre) al quedarse con el oxígeno. Tras enfriar, quedan unos 79 cm³, así que unos 21 cm³ eran oxígeno.
Porcentaje de oxígeno = (volumen gastado ÷ volumen inicial) × 100. El gas que queda no mantiene la combustión: una astilla encendida se apaga en él. Eso muestra que es sobre todo nitrógeno.
Contaminación del aire: fuentes, efectos y protección
Un contaminante es una sustancia añadida al aire que daña a los seres vivos o a los edificios.
| Contaminante | Fuente principal | Efecto |
|---|---|---|
| Partículas (PM2.5, PM10, hollín) | Motores diésel, quema de restos de cosecha, polvo | Llegan hondo a los pulmones; asma, enfermedades del corazón; smog |
| Monóxido de carbono (CO) | Combustible quemado con poco aire; escapes de coches | Venenoso: impide que la sangre transporte oxígeno |
| Dióxido de azufre (SO₂) | Quema de carbón y petróleo con azufre | Lluvia ácida; problemas para respirar; daña el mármol |
| Óxidos de nitrógeno (NO, NO₂) | Motores de coche muy calientes; centrales eléctricas | Lluvia ácida; smog |
| CO₂ y metano en exceso | Quema de combustibles fósiles; ganadería y cultivos | Retienen el calor: calentamiento global |
Cómo proteger el aire
- Usa el transporte público, la bicicleta o ve a pie; cambia a vehículos eléctricos y de gas natural.
- Los catalizadores de los coches convierten el CO y el NO en CO₂ y N₂.
- Los depuradores quitan el SO₂ del humo de las centrales; usa combustible con poco azufre.
- No quemes basura ni rastrojos; planta árboles; mira el Índice de Calidad del Aire (AQI) y usa mascarilla en los días malos.
Pruébalo en casa
Mete una bolita de lana de acero húmeda (la que se usa para fregar ollas) en el fondo de un vaso alto. Pon el vaso boca abajo en un plato con agua. Marca el nivel del agua con cinta. Revisa a los 3 días. El agua sube cerca de una quinta parte del espacio de aire. ¡Acabas de medir el oxígeno del aire! (Pide ayuda a un adulto; no hace falta fuego.)
Fórmulas y definiciones clave
- Aire en volumen: N₂ ≈ 78%, O₂ ≈ 21%, Ar ≈ 0.93%, CO₂ ≈ 0.04%
- Porcentaje de oxígeno = (volumen de oxígeno gastado ÷ volumen inicial de aire) × 100
- Volumen de un gas en el aire = volumen total × (porcentaje ÷ 100)
- Mezcla: partes no unidas químicamente; las proporciones pueden cambiar; se separan por métodos físicos
- Gases nobles (Grupo 18): He, Ne, Ar, Kr, Xe – capa externa llena, muy poco reactivos
Ejemplos resueltos
1. Un aula contiene 200 m³ de aire. ¿Cuánto de ese aire es oxígeno, aproximadamente?
Oxígeno ≈ 21% de 200 m³ = 0.21 × 200 = 42 m³.
2. En el experimento con cobre, 100 cm³ de aire se reducen a 79 cm³. Halla el porcentaje de oxígeno.
Oxígeno gastado = 100 − 79 = 21 cm³. Porcentaje = 21 ÷ 100 × 100 = 21%.
3. Un tubo contiene 50 cm³ de aire. Después de que la lana de hierro se oxida, quedan 40 cm³ de gas. ¿Qué porcentaje del aire era oxígeno? ¿Se acerca al valor real?
Gastado = 50 − 40 = 10 cm³. Porcentaje = 10 ÷ 50 × 100 = 20%. Sí, se acerca a 21% (los pequeños errores vienen de leer mal la escala o de que el hierro no gastó todo el oxígeno).
4. ¿Por qué se usa argón en las bombillas y no oxígeno?
El oxígeno haría que el filamento caliente se quemara y se rompiera. El argón es un gas noble: no reacciona, así que el filamento dura más.
Errores comunes
- Decir que el aire es sobre todo oxígeno. El aire es sobre todo nitrógeno (78%); el oxígeno es solo cerca de 21%.
- Llamar compuesto al aire. Es una mezcla: su composición puede cambiar y sus gases se pueden separar por medios físicos.
- Pensar que el dióxido de carbono es una parte grande del aire. Es solo cerca de 0.04%, aunque importa mucho para el clima.
- Usar el volumen final en vez del volumen gastado: % de oxígeno = (inicial − final) ÷ inicial × 100.