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Viaje químico a las atmósferas de los planetas del sistema solar:Una propuesta de aprendizaje contextualizado de la ciencia
Josep CorominasDepartamento de Ciencias. Escola Pia de Sitges, Sitges
Centre Didàctic de Ciències Experimentals. Colegio de Licenciados de Cataluña
Concesión de los Premios Salvador Senent 2017
¿Contextualizar?
Presentar situaciones relacionadas con la vida cotidiana de los estudiantes
Abordar aspectos de ciencia-tecnología-sociedad
Y a partir de ellos…
Introducir una serie de conceptos, apoyados y reforzados por una diversidad
de actividades (prácticas, de modelización, de refuerzo…)
Aromas, aditivos, colorantes
50
40
30
20
10
0
¿Contextualizar?
¿Por qué no, alguna cosa relacionada con los planetas?
Viaje químico a las
atmósferas de los
planetas del
sistema solar
Viaje químico a las atmósferas de los planetas del sistema solar
Viaje químico a las atmósferas de los planetes del sistema solar
Mer
curio
Ven
us
Tier
ra
Mar
te
Júpi
ter
Sat
urno
Urà
no
Nep
tuno
Planeta Composición de la atmósfera (% en volumen)
Venus CO2: 96,5 %; N2: 3,4 %; SO2: 0,0150%
Tierra N 2: 78%; O2: 21%; Ar: 0,9%; CO 2: 0,036%
Marte CO2: 95,3 %; N2: 2,7%; Ar: 1,6%; CO: 0,07% ; H 2O: 0,030%
Júpiter H 2: 92,6%; He: 3,25% pequeñas cantidades de CH4; NH3 i H2S
Saturno H2: 92,6%; He: 3,25%
Urano Mayoritariamente H 2 i He. En las capas más profundas en forma sólida: H2O; NH3; CH4
Neptuno En las capas más externas: H2: 80%; He: 19%;
1. ¿Por qué estas diferencias en la composición de las atmósferas?
¿Por qué los planetas rocosos no tienen hidrógeno y helio en su atmósfera?
Hidrógeno: velocidad de 1,8 km/s ( a 273K)A unos1000 km de altura, velocidades
superiores a 11 km/s
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
A igual temperatura, la energía cinética molecular de dos
gases A y B es la misma: Ec,A = Ec,B
1
2
����
�=
1
2
��
�
Pero las velocidades moleculares son diferentes:
��
�
=�
��
Aplicamos la teoría cinético-molecular:
La difusión de un gas depende de la temperatura
y de su masa molecular
En este experimento estudiaremos como se difunden dos gases a travésdel aire. Como ambos gases son tóxicos, la difusión se hace en un tubocerrado; y para seguir el avance, usaremos las propiedades de que uno de los gases da un medio ácido (HCl) y el otro (NH3) un medio básico.
Tubo transparente con dos tapones agujereados
En los agujeros se insertan algodones
Y se coloca papel indicador dentro del tubo
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
2. Efectos de la radiación solar en los planetas más cercanos al Sol
Radiación solar fuera de la atmósfera
visible IR
Radiación de un cuerpo negro a 5250ºC
Radiación a nivel del mar
longitd de onda / nm
Inte
nsid
ad d
e la
rad
iaci
ón /
W·m
-2·n
m-1
http://naturalmenteciencias.wordpress.com/tag/fotosintesis/
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Nubes
Venus, nubes de
ácido sulfúrico a 60
km de altura
Tierra, nubes
de agua
Marte, nubes de CO2
sólido y de agua
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Este experimento muestra que la condensación se favorece en
presencia de núcleos de condensación
Nubes
vacuum pump
1 2 3
Una pequeña cantidad de agua en el fondo del recipiente (1). Encendemos
una varita de incienso y la colocamos dentro. Cerramos el recipiente con el
humo (2). Al disminuir la presión, se evapora agua y el vapor se condensa en
forma de gotas, formando una nube (3)
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
La Tierra y su atmósfera
Solar radiation out of the atmospher
visible IR
Black body radiation at 5250ºC
Sea level radiation
wavelength / nm
Rad
iatio
n In
tens
ity /
W·m
-2·n
m-1
El ozono se forma cuando una moléculade oxígeno reacciona con un átomo de oxígeno.O + O2 → O3La disociación de un mol de oxígeno
requiere 498 kJ/mol,
La radiación UV suministra esta energía, pero también las descargas eléctricas.
En la estratosfera el ozono absorbe la radiación UV
En la troposferael ozono es nocivo a determinadas
concentraciones
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Poder oxidante del ozono
Ozono en la troposfera
El ozono se forma cuando una molécula de oxígeno reacciona con un átomo de
oxígeno.
O + O2 → O3
En la troposfera, los átomos de oxígeno de forman por acción de la luz solar, por
los óxidos de nitrógeno, NOx y por los hidrocarburos
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
El ozono en la troposfera
El smog fotoquímico
Es debido a la presencia de compuestos orgánicos volátiles, (VOC) algunos
procedentes de la combustión incompleta de hidrocarburos, pero también
empleados como aromatizantes en productos de limpieza , y por los
terpenos generados por árboles de las familias de los pinos
En esta demostración los VOC estan representados por el limoneno, presente
en la piel del limón. La reacción entre el limoneno y el ozono genera los VOC,
productos menos volátiles que se condensan en forma de aerosoles. El smog
fotoquímico.
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
3. La exploración de Marte
¿Por qué no hay agua líquida en la superficie de Marte?
El objetivo de este experimento, es mostrar cóm a presionesmuy bajas, el agua líquida se evapora rápidamente, inclusoa bajas temperaturas
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
. El robot Curiosity
Diagramas de fase Estos diagramas muestran las condiciones en
que pueden existir termodinámicamente las
distintas fases de una sustancia
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
4. Los planetas gigantes: Júpiter y Saturno.
Saturno y sus anillos, fotografiado por la
sonda Cassini
Vista de Júpiter tomada por la sonda Cassini en2000.
La resolución es de 144 km por pixel
La gama de colores que se observa en la atmósfera de Júpiter
puede ser debida a hidrocarburos del tipo C2H2, C2H4, C3H6 y C3H4 que
existen en forma de gotas de líquido en suspension, formados quizás
por forodisociación de cadenas largas de hidrocarburos.
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
¿Podría explotar el hidrógeno en los planetas gigantes?
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
¡En la Tierra si que explota!
Como obtener gas hidrógeno
10 mL HCl 2 M
1 cm cinta de Mg
Mg10
inyectar 10 mL HCl(aq) 2 M
tubo de ensayo
inyectar H2(g)
gotas de agua
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
5. Los satélites Io y Titán, dos mundos excepcionales
Io, el astro volcánicamente más activo del sistema solar
Gigantesca erupción volcánica
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Dióxido de azufre: Una pequeñacantidad de azufre en polvo.Se prende fuego al azufre y se cierraimmediatamente el bote.
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Los planetas gigantes: Urano y Neptuno.
Metano y amoníaco
La atmósfera de Urano está compuesta
básicamente por hidrógeno y helio, con
pequeñas cantidades de metano y trazas
de amoníaco
El azul intenso de Neptuno es
debido a la presencia de metano
en su atmósfera
El metano absorbe las longitudes de onda del rojo de la luz
visible, lo cual da como resultado un color azul-verdoso
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Amoníaco : 2 g de NaOH (0,05 mol) y 2 g NH4NO3 (0,025 mol) + 3 mL agua caliente
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Titan: ¿un mundoigual que la Tierra?
Titan: un río de metano liquido
con sus afluentes, desemboca en
un mar de metano líquido
Tierra: un río de agua líquida
con sus afluentes desemboca en
un mar de agua líquida
Cantos rodados en la
superficie de Titan
(izquierda) y en un río
terrestre (derecha)
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Explorando un planeta desconocido
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Temp. Fus / K Temp. Eb. /K
NH3 195 240N2 63 78CH4 89 112H2O 273 373Ne 24,5 27,3H2 14,0 20,4
El official científico, Sr. Spock, mide la temperatu ra media, que es de 95 K y ahora necesita saber los datos siguientes:•La composición de la atmósfera del planeta•La composición de los océanos del planeta
Conclusiones Viaje químico a las atmósferas de los planetas
Agradecimientos
Las actividades prácticas se han llevado a cabo con alumnos
de diversos centros que aplican el proyecto de Química en
contexto, en especial en la Escola Pia de Sitges (Barcelona).
Fin del viaje
Viaje químico a las atmósferas de los planetas
¡Muchas gracias!