DIÓXIDO DE CARBONO: UN GAS DE EFECTO INVERNADERO

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DIÓXIDO DE CARBONO: UN GAS DE EFECTO INVERNADERO

TEMARIO FISICO-QUÍMICA 1º BACHILLERATO BLOQUE 4: TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Y ESPONTANEIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS.

REACCIONES DE COMBUSTIÓN

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¿Qué es y para qué sirve?

El dióxido de carbono: un gas de efecto invernadero

La vida en la tierra tal como la conocemos es posible gracias a que la atmósfera mantiene constante la temperatura de la misma, con un margen de variación muy estrecho. En esencia, la energía que recibimos del exterior como radiación solar es igual a la que se emite; en parte sale al espacio simplemente como radiación solar reflejada, y en parte transformada en radiación infrarroja. Si se altera este equilibrio energético, habrá un cambio climático.

Si bien las causas naturales pueden motivar esta alteración, y así en la historia de la Tierra, a lo largo de miles de siglos, se han conocido etapas de muy diferentes condiciones climáticas, en las últimas décadas se ha observado un incremento creciente y preocupante de la temperatura de la tierra, que ha provocado una movilización de todos los países hacia un análisis y diálogo para buscar soluciones a esta situación.

La causa fundamental a la que se atribuye este cambio climático es la actividad industrial y el uso masivo de combustibles derivados del petróleo, que producen dióxido de carbono. Este gas es muy inerte y está siempre presente en la atmósfera, aunque en muy pequeñas cantidades. No sólo es una fuente de carbono para las plantas sino que también es necesaria su presencia para mantener ese equilibrio térmico. Pero el incremento de su porcentaje en el aire atmosférico produce una mayor retención de calor, y contribuye al cambio climático, al calentamiento global.

En esta práctica vamos a estimar la cantidad de CO2 presente en diversas fuentes de gas:

aire atmosférico, aire que expelemos al respirar y gas proveniente de la combustión de la gasolina de un automóvil. Lo compararemos con una muestra casi pura de CO2.

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Las manos en la masa

¿Cuánto CO2 hay en…?

Para analizar el contenido de dióxido de carbono en cada muestra vamos a aprovechar su reacción con agua, en la que se forma ácido carbónico. El indicador que añadiremos, azul de bromotimol, tiene este color en medio básico, pero se torna amarillo en medio ácido. En esas condiciones añadiremos amoníaco para neutralizar el ácido, y la cantidad consumida de esta base nos dará una idea aproximada del contenido de CO2 que tenía cada muestra.

Deberíamos observar que la disolución de aire del entorno no se vuelve amarilla, ya que la cantidad de CO2 es demasiado pequeña para que se detecte por este indicador. La disolución de dióxido de carbono que generemos químicamente será la que más cantidad de amoníaco requiera (más de 300 gotas), y las otras dos disoluciones necesitarán cantidades intermedias (entre 5 y 80 gotas, aproximadamente).

Las gotas de amoníaco se deberán añadir poco a poco y agitar las disoluciones a lo largo de la adición para que la disolución se vaya haciendo homogénea y el momento del cambio de color sea realista.

Como la disolución que formamos con el gas casi puro requerirá bastante amoníaco, el color se puede ver afectado por la dilución. Para poder comparar con el patrón y las otras muestras, una vez que ya se hayan neutralizado las mismas se les puede añadir un poco de agua para igualar los volúmenes.

Kit

 -5 matraces Erlenmeyer de 50 mL.

 -Una probeta de 25 ml.

 -Un trozo de plastilina o arcilla para

 modelar.

 -4 globos de diferentes colores.

 -4 pinzas para cerrar bolsas.

 -Una botella de plástico pequeña (500 mL).

 -Un embudo de plástico.

 -Una disolución 0.04 % del indicador

“azul de bromotimol”.

 -Una disolución de amoníaco diluido de uso doméstico (1 parte de amoníaco por 50 partes de agua destilada; los dos productos se puede comprar en gasolineras o tiendas de productos de limpieza).

 -100 ml de vinagre.

 -5 g de bicarbonato de sodio.

 -Una bimba para bicicleta.

 -Pajitas para refrescos.

NOTA 1: Es aconsejable usar gafas de protección todo el tiempo.

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NOTA 2: Para preparar la disolución de azul de bromotimol, seguir el procedimiento siguiente: En una botella de 250 mL, colocar 0.040 g de azul de bromotimol. Añadir 50 mL de agua destilada, y 20 mL de etanol absoluto.

En otro recipiente, preparar una disolución de hidróxido de sodio 0.1 N en agua destilada, sacar de la misma 0.8 mL, que se añaden a la disolución de azul de bromotimol. Finalmente, se completa hasta 100 mL con agua destilada.

Se agita bien hasta que todo el sólido se haya disuelto. Se obtiene una disolución de color azul intenso.

Toma de muestras.

Se estudiarán 4 tipos de muestras diferentes.

Cada tipo de gas se recogerá en un globo de diferentes colores, inflándolos hasta un diámetro de unos 8 cm. Para estimar rápidamente el volumen, se puede utilizar un vaso del tamaño apropiado, o un aro, etc. Una vez inflado cada globo, se girará varias veces el cuello y se cerrará con una pinza para bolsas. Se debe anotar en una libreta el color del globo de cada muestra:

Muestra 1: servirá como patrón de referencia o banco, y no añadiremos ningún tipo de gas.

Muestra 2: aire del entorno.

Muestra 3: aire exhalado.

Muestra 4: gases del tubo de escape de un automóvil.

Muestra 5: dióxido de carbono puro

El globo con aire del entorno se llenará con una bomba de bicicleta.

El globo con aire exhalado lo llenará, soplando, un estudiante del grupo.

El dióxido de carbono puro se generará con vinagre y bicarbonato de sodio (de supermercados): Verter 100 mL de vinagre en una botella de plástico (de 500 mL).

Utilizando un embudo de plástico, añadir 5 g de bicarbonato de sodio. Dejar reaccionar unos 3 segundos para que salga la mayor parte del aire contenido en la botella, y entonces fijar el globo en la boca de la botella. Dejarlo que se infle hasta el diámetro adecuado, cerrarlo con la pinza y retirarlo del cuello de la botella (es mejor inflar los globos un como más, y después dejar salir cuidadosamente el gas hasta el tamaño adecuado).

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5 La muestra del gas de combustión del tubo de escape la debe recoger el profesor, llevando guantes para evitar quemaduras, haciéndolo en un lugar ventilado y evitando respirar directamente esos gases. Hay que procurar cerrar suavemente la salida de gases para que haya un poco de presión y se llene el globo. Una posible forma es ajustar el globo a una jeringuilla de plástico de 20 mL, que a su vez se ha ajustado a un tubo de goma de pared ancha. Sirve por ejemplo el tubo que se utiliza para aislar tuberías de agua caliente (diámetro interno: aprox. 22 mm; diámetro externo: aprox. 60 mm).

Una vez ajustado el globo al dispositivo, arrancar el coche y acercar con cuidado (llevar guantes de protección térmica, por ejemplo de tipo jardinería) el extremo del tubo por donde está la boca abierta de la jeringa, taponando el tupo de escape hasta que se llene el globo al diámetro deseado. Llenar un globo por cada grupo de estudiantes.

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Procedimiento.

1. Agregar 15 mL de agua y 10 gotas de disolución de azul de bromotimol a cada uno de los cinco matraces. Marcar cada uno con un número, y anotar en el cuaderno el código de colores de los globos según la muestra de gas:

Tubo 1. Será un experimento en blanco, sin agregar ningún gas.

Tubo 2: Aire del entorno Tubo 3: Aire expelido.

Tubo 4: Gases de combustión.

Tubo 5: Dióxido de carbono puro.

2. Preparar los cuatro globos con las muestras de gases (ver la sección “toma de muestras”). La pinza se debe colocar alejada al menos 1 cm de la apertura del globo.

3. Amasar la plastilina o arcilla y colocarla alrededor del extremo de una pajita en cantidad suficiente como para que se ajuste a la boca del globo y lo selle.

4. Coger el primer globo, todavía con la pinza, y ajustarle en el cuello el tapón de la masilla con la pajita. Apretarlo bien para que se quede sellado y mantenerlo ajustado con la mano.

Introducir el extremo de la pajita en el primero de los tubos de manera que la misma llegue casi hasta el final del líquido. Otra persona del grupo debe quitar la pinza con cuidado, agarrando el globo todavía cerrado, y girarlo lentamente para que empiece a salir el gas muy despacio.

Mantener la boca del globo bien agarrada para controlar el flujo de gas, y al final apretar suavemente el globo para que salga el gas y

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7 5. Repetir el procedimiento con cada globo y su respectivo tubo. En algunos casos, la disolución de azul de bromotimol cambiará de color, al amarillo, indicando la presencia del ácido carbónico formado a partir del CO2.

6. Neutralizar cada una de las muestras utilizando gotas de amoníaco diluido. Cuando todo el ácido carbónico haya reaccionado con el amoníaco, la disolución amarilla se pondrá de nuevo azul.

Contar el número de gotas necesarias para que cada una de las muestras que se pusieron amarillas adquieran el color azul de la muestra de control, el matraz marcado como número 1. No olvidar anotar los resultados en la libreta.

OBSERVACIONES FINALES:

1. La muestra con aire del entorno prácticamente no cambia de color al burbujear el gas, ya que el contenido de CO2, si la habitación está bien ventilada, es muy pequeño. Si hay muchas personas en una sala pequeña, el contenido de CO2 puede ser más alto, y llegar a detectarse una pequeña cantidad.

2. Se puede hacer una estimación semicuantitativa del contenido de CO2 en los gases del escape del coche, estimando los diferentes volúmenes de amoníaco usados.

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PROYECTO FCT-14-8256

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