Propiedades de los gases y presión

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Destreza / Competencia:

CN.Q.5.1.2. Examinar las leyes que rigen el comportamiento de los gases desde el análisis experimental y la interpretación de resultados, para reconocer los procesos físicos que ocurren en la cotidianidad.

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¿En qué áreas de la vida se puede aplicar este contenido?

Estos contenidos te permiten entender cómo se comporta el aire y otros gases cuando cambian el espacio, la temperatura o la cantidad de partículas.

• Vida cotidiana: te ayudan a comprender el funcionamiento de llantas, globos, aerosoles, jeringas, balones, ollas de presión y respiración, donde la presión del gas cambia según el volumen, la temperatura o la cantidad de aire.
• Desarrollo personal: fortalecen tu capacidad de tomar decisiones seguras, como no calentar aerosoles, revisar la presión de una llanta o entender por qué un balón pierde firmeza cuando tiene menos aire.
• Contexto social / académico: te permiten interpretar fenómenos como presión atmosférica, cambios de altitud, buceo, vuelos, gases comprimidos y leyes de los gases, base para estudiar química, física, salud, ambiente e ingeniería.

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Actividades de aprendizaje

 Anticipación

“¿Por qué cambia la presión?”

Presenta 4 situaciones en la pizarra:

• una llanta desinflada
• un globo que explota al inflarse demasiado
• una jeringa tapada al presionar el émbolo
• una lata de aerosol expuesta al calor

Pregunta:

1. ¿Qué tienen en común estas situaciones?
2. ¿Qué ocurre con el gas dentro de cada objeto?
3. ¿Cuándo aumenta la presión?
4. ¿Qué riesgos puede causar una presión demasiado alta?

Cierra explicando que la presión de un gas depende de los choques de sus partículas contra las paredes del recipiente.

Construcción:

Introducción

Los gases son un estado de la materia en el que las partículas se encuentran muy separadas entre sí y se mueven constantemente en todas las direcciones. Por esta razón, los gases no tienen forma ni volumen definidos: adoptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene.

Antes de estudiar las leyes de los gases, es importante comprender sus propiedades generales, especialmente la presión, porque esta permite explicar cómo los gases ejercen fuerza sobre las superficies y cómo responden ante cambios de volumen o temperatura.

1. Expansibilidad

La expansibilidad es la capacidad que tienen los gases para ocupar todo el espacio disponible.

Ejemplo:
Si se libera un perfume en una habitación, sus partículas se dispersan hasta ocupar todo el ambiente.

2. Compresibilidad

La compresibilidad es la capacidad de un gas para disminuir su volumen cuando se aplica presión.

Esto ocurre porque las partículas de los gases están muy separadas entre sí.

Ejemplo:
Cuando se presiona el émbolo de una jeringa tapada, el aire dentro se comprime.

3. Difusión

La difusión es el movimiento por el cual las partículas de un gas se mezclan con otro gas de manera espontánea.

Ejemplo:
El olor de un alimento caliente puede sentirse desde cierta distancia porque sus partículas se difunden en el aire.

4. Efusión

La efusión es el paso de un gas a través de un orificio muy pequeño.

Ejemplo:
Cuando un globo se desinfla lentamente por un pequeño agujero, el gas escapa por efusión.

5. Baja densidad

Los gases suelen tener menor densidad que los líquidos y sólidos porque sus partículas están más separadas.

Ejemplo:
El aire ocupa mucho espacio, pero tiene poca masa en comparación con un sólido del mismo volumen.

6. Fluidez

Los gases pueden fluir, es decir, desplazarse de un lugar a otro.

Ejemplo:
El gas de cocina se mueve por tuberías hasta llegar a la hornilla.

7. Viscosidad

La viscosidad es la resistencia que tiene una sustancia a fluir. Aunque los gases fluyen con facilidad, también presentan cierta resistencia al movimiento.

En los gases, la viscosidad depende del movimiento y choque de sus partículas. Cuando aumenta la temperatura, las partículas se mueven más rápido y la viscosidad del gas puede aumentar.

Ejemplo:
El aire fluye, pero también ofrece resistencia cuando un objeto se mueve rápidamente, como un auto, una bicicleta o un avión.

8. Presión de los gases

La presión es una de las propiedades más importantes de los gases.

La presión de un gas se produce cuando sus partículas chocan contra las paredes del recipiente que lo contiene. Cada choque ejerce una pequeña fuerza, y la suma de todos esos choques genera presión.

Fórmula general:

Presión = fuerza / área

P = F / A

Donde:

P = presión
F = fuerza
A = área

Mientras más choques ocurran contra las paredes del recipiente, mayor será la presión.

9. Factores que afectan la presión de un gas:

a) Temperatura

Si aumenta la temperatura, las partículas del gas se mueven más rápido. Al moverse más rápido, chocan con mayor frecuencia y fuerza contra las paredes del recipiente.

Por eso, en un recipiente cerrado:

mayor temperatura → mayor presión

Ejemplo:
Una lata de aerosol puede aumentar su presión interna si se calienta.

b) Volumen

Si el volumen disminuye, las partículas tienen menos espacio para moverse, por lo que chocan más veces contra las paredes.

Por eso:

menor volumen → mayor presión

Ejemplo:
Al comprimir el aire dentro de una jeringa, aumenta la presión.

c) Cantidad de gas

Si aumenta la cantidad de partículas dentro de un recipiente, habrá más choques contra las paredes.

Por eso:

mayor cantidad de gas → mayor presión

Ejemplo:
Cuando se infla demasiado una pelota, aumenta la presión interna.

10. Unidades de presión

La presión puede expresarse en varias unidades.

Unidades comunes:

• atmósfera: atm
• pascal: Pa
• kilopascal: kPa
• milímetros de mercurio: mmHg
• torr: Torr

Equivalencias útiles:

1 atm = 101 325 Pa
1 atm = 101,325 kPa
1 atm = 760 mmHg
1 atm = 760 Torr

11. Presión atmosférica

La presión atmosférica es la presión que ejerce el aire de la atmósfera sobre la superficie terrestre.

Aunque no siempre la sentimos, el aire tiene masa y ejerce presión sobre todo lo que está en contacto con él.

Ejemplo:
Cuando subes a una montaña, hay menos aire sobre ti, por lo que la presión atmosférica disminuye.

12. Relación entre presión y vida cotidiana

La presión de los gases aparece en muchos objetos y situaciones:

• neumáticos de autos y bicicletas,
• aerosoles,
• globos,
• balones,
• jeringas,
• ollas de presión,
• respiración,
• buceo,
• aviones.

Ejemplo:
Un neumático necesita una presión adecuada para funcionar correctamente. Si tiene poca presión, se deforma; si tiene demasiada, puede ser peligroso.

13. Modelo de partículas de los gases

Para entender las propiedades de los gases, se usa el modelo cinético-molecular.

Según este modelo:

• las partículas de un gas están muy separadas,
• se mueven de forma constante y desordenada,
• chocan entre sí y contra las paredes del recipiente,
• mientras más rápido se mueven, mayor es la temperatura,
• los choques contra las paredes generan presión,
• el movimiento de las partículas también explica la difusión, la fluidez y la viscosidad.

Idea clave:
La presión de un gas depende del movimiento y los choques de sus partículas.

14. Comparación con sólidos y líquidos

Sólidos

• tienen forma definida,
• volumen definido,
• partículas muy juntas y ordenadas.

Líquidos

• tienen volumen definido,
• no tienen forma fija,
• partículas cercanas pero con movilidad.

Gases

• no tienen forma definida,
• no tienen volumen definido,
• partículas muy separadas y en movimiento constante.

Ideas clave

• Los gases se expanden y ocupan todo el recipiente.
• Los gases pueden comprimirse porque sus partículas están separadas.
• Los gases se difunden y se mezclan con facilidad.
• Los gases pueden pasar por orificios pequeños mediante efusión.
• Los gases tienen baja densidad porque sus partículas están muy separadas.
• Los gases fluyen, pero también presentan cierta viscosidad.
• La presión se produce por los choques de las partículas contra las paredes.
• La presión aumenta si aumenta la temperatura o la cantidad de gas.
• La presión aumenta si disminuye el volumen.
• La presión atmosférica es la fuerza que ejerce el aire sobre la superficie terrestre.

Mini resumen

Los gases tienen propiedades como expansibilidad, compresibilidad, difusión, efusión, baja densidad, fluidez y viscosidad. Su presión se debe a los choques de sus partículas contra las paredes del recipiente. Comprender estas propiedades permite explicar fenómenos cotidianos y preparar el estudio de las leyes de los gases.

Consolidación:

A. Identifica la propiedad del gas

Escribe qué propiedad corresponde a cada situación.

1. El olor de un perfume se extiende por toda una habitación.
2. El aire dentro de una jeringa tapada disminuye su volumen al presionar el émbolo.
3. Un gas ocupa todo el espacio del recipiente donde se encuentra.
4. Un globo pierde aire lentamente por un pequeño orificio.
5. El aire puede circular por una tubería.
6. El aire ofrece resistencia cuando un auto se mueve a gran velocidad.

B. Presión de los gases

Responde brevemente.

1. ¿Qué produce la presión de un gas?
2. ¿Qué sucede con la presión si aumenta la temperatura en un recipiente cerrado?
3. ¿Qué sucede con la presión si disminuye el volumen del recipiente?
4. ¿Por qué aumenta la presión cuando se infla demasiado una pelota?
5. ¿Por qué la presión atmosférica disminuye al subir una montaña?

C. Relaciona

Une cada concepto con su descripción.

1. Compresibilidad
2. Difusión
3. Presión
4. Expansibilidad
5. Presión atmosférica
6. Viscosidad

a) Capacidad de ocupar todo el espacio disponible.
b) Fuerza ejercida por el aire de la atmósfera.
c) Capacidad de disminuir el volumen por acción de una fuerza externa.
d) Mezcla espontánea de partículas de gases.
e) Resultado de los choques de partículas contra una superficie.
f) Resistencia que presenta un gas al fluir.

D. Aplicación

Explica con tus palabras:

1. ¿Por qué no se debe calentar una lata de aerosol?
2. ¿Por qué una llanta necesita tener la presión correcta?
3. ¿Qué relación hay entre temperatura, movimiento de partículas y presión?
4. ¿Por qué el aire puede moverse, pero también ofrecer resistencia?

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Sugerencia Rúbrica
RÚBRICA: Banco de ejercicios
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1AWYMzSl6BPYz6TqUBBPIPP3pYw_eSEPDg9uTExkgh7s/edit?gid=0#gid=0

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NEE – Agregar el tipo de adaptaciones curriculares

Principio II: Pautas 6.1 – 6.3 – 6.4 
Principio III: Pautas 7.1 – 8.1 – 9.1
ALUMNO 1: Constante monitoreo. Dar tiempo adicional para el desarrollo de la actividad y se reduce el número de ejercicios o se modifican los ejercicios con un nivel de dificultad reducido, de acuerdo con sus necesidades académicas. 
ALUMNO 2: Constante monitoreo, Dar tiempo adicional para el desarrollo de la actividad y se reduce el número de ejercicios o se modifican los ejercicios con un nivel de dificultad reducido, de acuerdo con sus necesidades académicas.
ALUMNO 3: Constante monitoreo. Corroborar que el contenido entregado en clase haya sido comprendido por la estudiante mediante retroalimentación.