En muchas situaciones de nuestro día a día nos damos cuenta de la presencia del aire. Cuando sentimos la brisa en la cara cuando el viento sopla fuerte moviendo las ramas de los árboles, cuando respiramos y sentimos el aire que entra y sale de los pulmones, tenemos consciencia activa de la presencia de aire.
No podemos ver el aire ni lo toque. Él es invisible, incoloro (sin color), inodoro (sin olor) pero tiene peso y ocupa espacio.
¿De qué está hecho el aire?
La materia puede estar presente en la naturaleza en estado sólido, líquido y gas. El aire presente en el estado gaseoso es una mezcla de gases. La mayor cantidad de gas es gas nitrógeno, que forma aproximadamente el 78 % del aire. Esto significa que, en 100 litros de aire, 78 litros corresponden a nitrógeno. Luego viene el oxígeno de aproximadamente un 21%.
El 1 % restante incluye argón, dióxido de carbono y otros gases. Esta es la proporción de gas en el aire seco. Pero por lo general también hay vapor de agua (en cantidades variables) y polvo. Ciertos gases procedentes de industrias u otras fuentes también pueden estar presentes.
Gas oxígeno y combustión
El gas oxígeno es un gas de importancia fundamental para los procesos vitales de nuestro planeta que se utiliza en la respiración de la mayoría de los seres vivos. Las algas y las plantas no solo absorben oxígeno en la respiración, sino que también por la fotosíntesis liberan este gas, lo que permite su renovación continua en el medio ambiente. Las plantas ejercen un papel esencial en un ambiente limpia con un oxígeno renovado.
La mayor parte de oxígeno inspirado es utilizado por los organismos vivos para producir la energía que mantiene sus sistemas vitales.
¿Pensaste alguna vez que es lo que se quema en una vela? Si ponemos un vaso sobre una vela, la llama se apaga. La vela se termina apagando porque el oxígeno dentro del vaso fue gastado durante la quema de la vela. El oxígeno es, por tanto, necesario, para la quema de la vela. Además, es necesario para la quema de otros materiales. A ese proceso se le conoce como combustión.
En 1783, el químico francés Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794) explicó esos fenómenos: en la combustión se produce la combinación de oxígeno con otras sustancias, liberando gran cantidad de calor en corto espacio de tiempo.
Cuando funciona el motor de un coche, por ejemplo, la gasolina se combina con el oxígeno del aire. La gasolina u otra sustancia que se quema es llamado de combustible.
En el caso de la vela, la sustancia que provoca la combustión es el oxígeno del aire. El combustible es la parafina de la vela. Sin embargo, para iniciar la combustión, es necesario calentar el combustible. En el caso de la vela, encendió la mecha con un fósforo. El calor de la llama calienta la parafina mecha combina con el oxígeno y se quema.
La combustión libera energía química que se almacena en el combustible. Esta energía aparece en forma de calor y luz. Con la energía de los humanos combustión mueve los vehículos a gasolina, gas, diesel o alcohol, y los alimentos para cocinar en la estufa. Esta energía puede ser liberada también en las centrales térmicas, que convierten la energía a partir de combustibles como el carbón y el petróleo de la electricidad.
Una vez que la vela se quema, sobra un poco de parafina. Pero la cantidad que queda es mucho más pequeña. ¿A dónde fue entonces la parafina que falta?
La combustión convierte el combustible, que en este caso es parafina, en vapor de agua y dióxido de carbono. Esto es lo que se llama un cambio químico o reacción química. Las sustancias en parafina se transforman en otras sustancias: dióxido de carbono y agua.
El oxígeno y la respiración celular
Un organismo vivo en un recipiente cerrado muere al cabo de un tiempo – incluso habiendo alimento suficiente. ¿Por qué?
Casi todos los seres vivos utilizan oxígeno en un proceso que libera energía para sus actividades. Sin oxígeno, la mayoría de los seres vivos no tienen suficiente energía para mantenerse con vida. Este proceso se denomina respiración celular. Vamos a ver cómo sucede.
El proceso implica la entrada de oxígeno en los pulmones y la salida de dióxido de carbono se denomina respiración pulmonar. El aire entra en los pulmones y el torrente sanguíneo, se toma en estructuras microscópicas que forman las células del cuerpo. Las células se producen en la respiración celular, donde el oxígeno se combina con los productos químicos en los alimentos (principalmente con el azúcar, glucosa) y libera energía. Además, se produce dióxido de carbono y agua.
Vea un resumen de la respiración celular: glucosa + oxígeno es igual a dióxido de carbono + agua.
La diferencia entre la respiración celular y la combustión
Tanto en la respiración celular como en la combustión de la mayoría de las sustancias, se produce la producción de dióxido de carbono y vapor de agua. Pero la respiración es un proceso más complicado y demorado que la combustión: la respiración ocurre en varias etapas. La glucosa, por ejemplo, es transformada en una serie de sustancias hasta volverse dióxido de carbono y agua.
Si la respiración se produce de la misma manera que la combustión, la energía se libera demasiado rápido, y el calor haría aumentar la temperatura del organismo tanto que provocaría la muerte. En su lugar, en la respiración la energía es liberada lentamente, sin la temperatura de la célula aumentar demasiado.
el calor aumentaría la temperatura del cuerpo de modo que causa la muerte. En su lugar, la respiración, la energía se libera lentamente sin aumentar en gran medida temperatura de la célula.
Dióxido de carbono
¿Sabes sobre las burbujas que se forman en los refrescos? Eso es dióxido de carbono. Y son también hechas de dióxido de carbono las burbujas que se desprenden en comprimidos efervescentes.
El dióxido de carbono representa sólo el 0,03 % del aire. Él aparece en la atmósfera como resultado de la respiración de los seres vivos y la combustión. Es a partir de dióxido de carbono y agua que las plantas producen azúcares en el proceso de fotosíntesis.
A partir de los azúcares, las plantas producen otras sustancias –como las proteínas y las grasas que forman su cuerpo– y también participan en la formación del cuerpo de los animales. El dióxido de carbono es retirado de la atmósfera por las plantas durante la fotosíntesis.
Al igual que otros gases, el dióxido de carbono puede pasar al estado líquido o sólido si bajamos la temperatura lo suficiente (cerca de 80 grados Celsius). El dióxido de carbono sólido se conoce como hielo seco y se utiliza en la refrigeración de varios alimentos.
Nitrógeno
Este gas está presente en mayor cantidad en el aire. Esta sustancia es esencial para la vida en la Tierra porque es parte de la composición de las proteínas, las moléculas que están presentes en todos los organismos vivos.
El nitrógeno es un gas difícil de combinar con otros elementos o sustancias. Así que entra y sale de nuestro cuerpo durante la respiración (y los cuerpos de otros animales y plantas) sin cambios. Por lo tanto, los animales no pueden obtener nitrógeno directamente del aire, sólo unas pocas bacterias son capaces de utilizar directamente nitrógeno, convirtiéndose en sales que son absorbidas por las plantas. Los animales obtienen el nitrógeno sólo a través de los alimentos.
Esa transformación se lleva a cabo por las bacterias que viven en las raíces de las plantas conocidas como las leguminosas (frijoles, soja, guisantes, alfalfa, maní, lentejas, garbanzos). Es por eso que estas plantas no hacen el suelo pobre en nitratos, como ocurre a menudo cuando otras especies de plantas se cultivan durante mucho tiempo en el mismo lugar.
Con sales de nitrógeno, las plantas producen otras sustancias que componen su cuerpo. Los animales, a su vez, pueden ingerir estas sustancias alimentándose de los vegetales y otros seres vivos. Cuando los animales y las plantas mueren, estas sustancias que contienen nitrógeno se descomponen y se transforman en sales de nitrógeno, que pueden ser utilizados por las plantas. Una porción de las sales de nitrógeno, sin embargo, se transforma en gas nitrógeno por ciertas bacterias del suelo y de nuevo llega a la atmósfera. Por lo tanto, el nitrógeno se recicla en la naturaleza.
La producción de sales de nitrógeno puede ser dada en la industria química, a partir del nitrógeno del aire. El nitrógeno se combina con el hidrógeno, produciendo amoníaco, que luego se utiliza para hacer las sales de nitrógeno.
El amoníaco tiene otras aplicaciones: se utiliza en algunos productos de limpieza y también para la fabricación de muchos otros compuestos químicos.
Gases nobles
Los gases que son difíciles de combinar con otras sustancias, lo que representa menos de 1% de aire, son conocidos como gases nobles. Ellos no son utilizados por el cuerpo de los seres vivos, entran y salen sin cambios durante la respiración.
Entre los gases nobles, el argón es el presente en mayor cantidad (0,93 %).
En las bombillas normales (incandescentes), el argón es ampliamente utilizado, ya que su producción es más barata.
Otros gases nobles son:
- Neón, utilizado en las luces (conocido como gas de neón).
- Lámparas de xenón, utilizado en cámaras con flash.
- Helio, un gas de baja densidad, que se utiliza en ciertos tipos de aeronaves.
- Radón, un gas radioactivo que es peligroso en determinadas concentraciones para los seres vivos.
Vapor de agua
Cuando se pone el agua y el hielo en un vaso y esperamos unos momentos, el exterior de la copa está mojado.
Como el agua de dentro del vaso no puede atravesar el cristal, el agua que se forma venida del aire rodea el vaso. Fue el vapor de agua que se condensó (pasó a estado líquido) en contacto con la temperatura más baja del vaso.
El agua en estado de vapor que existe en la atmósfera se origina de la evaporación del agua de los ríos, mares, lagos y suelos, y también de la transpiración y respiración de los seres vivos.
Tal vez hayas oído hablar de la humedad relativa. Es la relación entre la cantidad de agua existente en la atmósfera en un momento dado y la cantidad máxima que se puede retener (el 4%). Cuando se llega a esta cantidad, se dice que el aire está saturado. El aire está saturado por las nubes, la niebla y cuando comienza a llover. Cuanto mayor sea la humedad, mayor es la probabilidad de lluvia.
Existe un instrumento simple que puede ser usado para medir la humedad relativa del aire: el higrómetro de cabello.
Propiedades de aire y gases
Un globo lleno de aire tiene más masa que un globo vacío, ¿Por qué? Debido a que tiene más aire. El aire tiene masa y ocupa espacio. Pero en el caso del globo, la diferencia de masa es bastante pequeña y sólo se puede medir en escalas muy sensibles.
La diferencia de masa es pequeña debido a que la densidad del aire es relativamente pequeña – mucho más pequeña, por ejemplo, que la densidad del agua.
Ahora considera esto: una persona siente un agradable olor a pastel u otro alimento de la cocina. En realidad, siente el efecto de los gases de los alimentos que salieron del alimento y que estimularon ciertas partes de su nariz. Eso sucede debido a una propiedad del aire y de todos los gases. Ellos tienden a expandirse, cubriendo todo el espacio disponible. Por eso, los gases que se desprenden del alimento son repartidos por toda la casa dejando su aroma en diferentes lugares.
Comparemos los gases con los líquidos. Cuando una persona vierte un poco de agua en una botella, sin llenarla, el agua se deposita en el fondo. Ella no ocupa el volumen de toda la botella, pero, por otro lado, cualquiera que sea la cantidad de aire dentro de una botella, éste estará ocupando todo el espacio del envase. El aire, y los gases en general, ocupan todo el volumen del recipiente donde se encuentran. Es la propiedad de la expansibilidad.
Cuando soplamos un globo de cumpleaños, llenando su espacio, constatamos que la pared del globo queda bien estirada. Eso sucede debido a otra propiedad común del aire y de los gases: ellas ejercen presión contra la pared del recipiente que ocupan.
La presión ejercida por el aire en la superficie terrestre se llama de presión atmosférica. Recibe ese nombre porque la atmósfera es la capa del aire que rodea el planeta.
Presión atmosférica y altitud
El matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) llevó un barómetro a la cima de una montaña. Después de muchas observaciones, mediciones y anotaciones, se encontró que la presión del aire disminuye con la altura. Notamos que en el aire se produce la disminución de la cantidad de moléculas presentes en él conforme se aumenta la altitud. Es una relación correlativa.
A partir de estos y otros experimentos, los científicos han llegado a la conclusión de que la mayor parte del gas se comprime en la parte más cercana de la superficie de la tierra y el aire se hace más delgado a medida que aumenta la altitud a un punto en el que no hay más aire – este es el borde de la atmósfera de nuestro planeta. Los avances en la ciencia y la tecnología han permitido una mayor comprensión de la atmósfera.
El nivel del mar se utiliza como referencia cuando se desea calcular la presión atmosférica.
Cuanto mayor sea la altitud, el aire es más fino, y por lo tanto menor es la presión que ejerce sobre nosotros.
El ambiente también ejerce presión sobre los organismos vivos. ¿Cómo nuestro cuerpo no se deforma?
Los cuerpos resisten ya que los líquidos y gases dentro de ellos ejercen una presión en contra de la atmósfera.
La presión atmosférica es también responsable de la entrada de aire en los pulmones. Tengamos en cuenta que la inspiración tórax se expande, es decir, aumenta de volumen.
Cuando el pecho se expande, los pulmones también aumentan de volumen y el aire entra. En realidad, con la presión del tórax, la presión del aire en los pulmones disminuye, quedando menor que la presión atmosférica. Es esa la diferencia entre la presión atmosférica y la presión de dentro de los pulmones que impulsa el aire para dentro de nuestro cuerpo.
Ver : de hecho, la presión del tórax, la presión de aire en los pulmones disminuye, llegando a ser inferior a la presión atmosférica. Es esta diferencia entre la presión atmosférica y la presión dentro de los pulmones que impulsa aire en nuestro cuerpo.
Cuando el aire sale, en la expiración, ocurre al contrario: el volumen del pecho y de los pulmones decrece y la presión del aire interna se hace mayor que la de la atmósfera, haciendo el aire salir.
Si alguna vez viajaste a lugares más altos, como una sierra, viajaste en avión o pasaste por alguna situación en la cual cambiaste la altitud rápidamente, debes haber percibido una sensación desagradable en la parte interna de la oreja. Esa sensación es el resultado de un desequilibrio momentáneo entre la presión que existe dentro de su cuerpo y el ambiente, donde hubo un cambio.
La presión atmosférica ejerce fuerza desigual sobre uno de los lados del tímpano, distendiéndolo.
