Ley de los Gases

Son relaciones empíricas entre P (presion), V (volumen), T (temperatura) y moles (masa): la presión es la fuerza que ejerce un gas por unidad de área. Sus unidades más comunes son la atmósfera (at) y los milímetros de mercurio.

1 at= 760 mm Hg

Existen 6 leyes de los gases que son:

• Ley de Boyle-Mariotte
• Ley de Charles
• Ley de Gay-Lussac
• Ley General del Estado Gaseoso
• Ley de Los Gases Ideales
• Ley de Avogadro

Pero en este blog solo analizaremos 2 de ellas, la Ley de Boyle-Mariotte y la Ley de Charles.

LEY DE BOYLE-MARIOTTE

Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante

Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.

La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.

Pero, ¿Por qué ocurre esto? R.- Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.

Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.

Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.

Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:

PV=K

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V₁ que se encuentra a una presión P₁ al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V₂, entonces la presión cambiará a P₂, y se cumplirá:

P₁V₁=P₂V₂

que es otra manera de expresar la ley de Boyle.

Ejercicio.- 

1.- Calcular el volumen de un gas al recibir una presiòn de 2 atm, si su volumen es de 0.75 litros a una presiòn de 1.5 atm.

Datos                Formula             Sustituciòn       V2 = 0.56 lt

V2 = ?               P1V1 = P2V2.     V2 = P1V1

P2 = 2 atm                                          P2

V1 = 0.75 l                                V2 = 1.5 atm x 0.75 l

P1 = 1.5 atm                                           2 atm

LEY DE CHARLES

Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante

Esto ocurre cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).

Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

V/T=K



Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V₁ que se encuentra a una temperatura T₁ al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V₂, entonces la temperatura cambiará a T₂, y se cumplirá:

V₁/T₁=V₂/T₂

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de temperatura.

EJERCICIO.-

1.- El volumen inicial de una cierta cantidad de gas es de 200 cm³ a la temperatura de 20ºC. Calcula el volumen a 90ºC si la presión permanece constante.

 V₁/ T₁=V₂/ T₂

El volumen lo podemos expresar en cm³ y, el que calculemos, vendrá expresado igualmente en cm³, pero la temperatura tiene que expresarse en Kelvin.

200cm³ / 293 K = V₂ / 363 K;    V₂= 247. 78 cm³

 En 1787, Jack Charles estudió por promera vez la relación entre volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriarlo el volumen disminuía.