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Los fundamentos del intercambio de gases. Factores que influyen en

este intercambio

Autora: Violeta Arduini

Responsable disciplinar: Silvia Blaustein

Área disciplinar: Biología y Química

Temática: Intercambio gaseoso

Nivel: Secundario

Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Propósitos generales

Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.

Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto

de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluaci

Introducción a las actividades

Todos los seres vivos, desde el más pequeño de los microorganismos hasta un gran mamífero, deben intercambiar

materia con el medio ambiente para lograr subsistir. Un ejemplo es el intercambio de gases, cuyo mecanismo puede

diferir entre distintos tipos de organismos, pero siempre se basa en el mismo principio físico: la difusión a través de una

membrana. Mediante las siguientes actividades estudiarán este fenómeno y su importancia biológica.

Objetivos de las actividades

Que los alumnos:

estudien las bases físicas del intercambio gaseoso a partir de la comprensión de las leyes que describen el

proceso de difusión;

exploren su importancia biológica mediante el análisis de distintos tipos de respiración llevados a cabo por

plantas y animales;

resuelvan situaciones problemáticas.

Actividad 1.

¿Cómo imaginan a las moléculas en el estado sólido, líquido y gaseoso? En el primero, el espacio intermolecular es

pequeño, mientras que en el segundo es mayor que en un sólido, pero muy inferior al encontrado en un gas. Por eso

mismo, en el estado de agregación gaseoso, las moléculas presentan mucha más movilidad que en los otros dos

casos. Esta movilidad está asociada con la presión de un gas. En efecto, la presión de un gas se genera debido a la

colisión de las moléculas contra el recipiente que lo contiene. Por lo tanto, mientras más de estos impactos tengan

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lugar, mayor presión acumulará dicho envase.

La presión explica varios fenómenos relacionados con los gases, entre ellos, la difusión. En este suceso, un gas migra

hacia el seno de otro en función de su presión parcial. Pero ¿qué es la presión parcial? Bien, la presión parcial hace

referencia a la presión ejercida por un gas en un contexto en el cual existe una mezcla de gases. Por ejemplo, en un

recipiente que contiene el gas 1, se habla de la presión del gas 1; pero si simultáneamente se encuentran los gases 1 y

2, se habla de las presiones parciales de 1 y de 2 que, según la ley de Dalton, son iguales a la presión de estos, si

cada uno se encontrase solo (a menos que reaccionaran químicamente entre sí). Volviendo a la difusión gaseosa, en

este proceso un gas se mueve desde una zona de mayor a otra de menor presión parcial.

1. Para comprender mejor estos conceptos, resuelvan los siguientes problemas:

a) Se dispone de un recipiente cerrado de dos litros a una temperatura T1, que contiene X número de molécula

s del gas A, en donde la presión es igual a PA. Consideren los siguientes casos e indiquen si la presión que

ejerce el gas A es mayor, menor o igual a PA.

Justifiquen sus respuestas interpretando qué ocurre a nivel molecular.

Aclaración: tengan en cuenta que un aumento de temperatura incrementa la velocidad a la que se mueven las

moléculas, y ello provoca más colisiones con las paredes del recipiente.

Caso Capacidad del recipiente Moléculas del gas A Moléculas del gas B

1 3 litros X 0

2 3 litros 2X 0

3 3 litros X 0

4 6 litros 2X 0

5 1,5 litros X 0

6 6 litros X 0

7 3 litros X X

2. Indiquen si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. En cada caso, justifiquen sus respuestas.

La resolución de esta actividad debe ser llevada a cabo en el procesador de textos de sus equipos portátiles, y

guardada en una carpeta compartida. Cada archivo será corregido por un compañero mediante la herramienta

“control de cambios”. La designación de las correcciones será realizada al azar, por medio de un sorteo.

Se dispone de un recipiente cerrado con dos compartimientos, 1 y 2, inicialmente aislados. El número 1 contiene

gas A.

- Si en 2 hay vacío y en un momento dado se comunican los compartimientos, el gas A difundirá de 1 a 2, hasta

igualar su presión parcial en todo el recipiente.

- La difusión no es un proceso gradual, ocurre en forma instantánea.

- Si 2 contiene el gas B, con una presión parcial igual a la ejercida por A en 1, y en un momento dado se

comunican los compartimientos, A no difundirá de 1 a 2 porque las presiones parciales de ambos gases son

iguales.

a) Luego de las correcciones, discutan en clase las respuestas acertadas y los errores más frecuentes.

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Actividad 2.Existen varias leyes físicas asociadas con el intercambio de gases. La ley de Fick y la ley de Graham describen el

proceso de difusión a través de una membrana. Por lo tanto, resultan de especial interés para comprender c

1. Con los datos de la siguiente tabla, construyan un único gráfico en el programa Excel de sus equipos portátiles (

yen función dex). El gráfico resultante mostrará lo que se conoce como distribución de velocidad para tres gas

es hipotéticos (A, B y C), para una temperatura dada. El ejey representa el número de moléculas de gas, mientras que el ejex es la velocidad que alcanzan dichas moléculas. No interesa considerar la unidad de velocidad

molecular ni los valores correspondientes al ejey, solamente tomen en cuenta que el pico de cada curva

representa la velocidad más probable (velocidad que alcanzan la mayoría de las moléculas).

Gas A Gas B Gas C

x Y x y x y

0 0 0 0 0 0

100 600 200 400 350 270

150 1100 350 600 650 320

200 600 500 400 900 250

300 150 550 300 1100 100

400 50 700 150 1500 0

600 0 1200 0

Tomando en consideración las leyes de Fick y de Graham, analicen el gráfico y resuelvan los siguientes

ítems:

a) Ordenen los gases, según su peso molecular, en forma creciente.

b) Se dispone de un recipiente cerrado con dos compartimientos, 1 y 2, separados entre sí por medio de

una membrana permeable. 1 contiene al gas A, y 2, al gas C. Inicialmente, ambos gases se encuentran

separados pero, conforme pasa el tiempo, cada uno comenzará a difundir hacia el compartimiento vecino

hasta igualar su presión parcial en todo el recipiente. Con esta información, ¿pueden saber qué gas

conseguirá hacerlo antes? Si no pueden responder esta pregunta, indiquen qué otros datos necesitarían.

Actividad 3.

Como leyeron en la introducción, los seres vivos intercambian gases con su entorno haciendo uso del mismo principio

físico. Algunos organismos simples, como los unicelulares, son capaces de realizar directamente este intercambio. Sin

embargo, los organismos más complejos encontrados en los reinos vegetal y animal, presentan sistemas

especializados para llevar a cabo el intercambio gaseoso. Mientras que las plantas lo hacen mediante la respiraciónpor estomas y lenticelas, en los animales se encuentra la respiración pulmonar, branquial, traqueal y cutánea; aunque

también existen casos de intercambio directo, como se comentó para los organismos de mayor simplicidad. Al final de

la secuencia de actividades, se presentan sitios de interés donde pueden consultar este tema.

1. Organicen una exposición de fotografías titulada: “Respiración en animales y plantas”. Para esto, tomen

imágenes digitales a ejemplares que lleven a cabo los tipos de respiración mencionados, o realicen una búsqueda

de ellas en la Web.

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Actividad de cierre. Aplicando conceptos

1. Investiguen, resuelvan y reflexionen:

a) En muchos ríos contaminados, los peces mueren, pero no por causa directa de la contaminación sino por la

gran proliferación de bacterias que se alimentan de los desechos presentes en ese medio. ¿Cuál es la causa

indirecta que ocasiona la mortandad de peces?

b) El edema pulmonar es una patología que afecta los pulmones. Una acumulación de agua en los alv

Sus respuestas deben ser justificadas y no deben olvidarse de aplicar las leyes que correspondan. Pueden

responder en forma esquemática utilizando diagramas de flechas en el procesador de texto de sus equipos

portátiles.

Enlaces de interés y utilidad para el trabajo

Propiedades de los gases

Intercambio gaseoso

Tipos de sistema de respiración

Funciones de las plantas