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 → O3En 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!