Leyes de los gases
Ley de Avogadro
Relación entre la cantidad de gas
y su volumen
Esta ley, descubierta por
Avogadro a principios del siglo XIX, establece la relación entre la cantidad de
gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presión.
Recuerda que la cantidad de gas la medimos en moles.
·
El volumen es directamente proporcional a la
cantidad de gas
·
Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el
volumen.
·
Si disminuimos la cantidad de gas, el volumen
disminuye.
¿Por qué ocurre esto?
Vamos a suponer que aumentamos la
cantidad de gas. Esto quiere decir que al haber mayor número de moléculas
aumentará la frecuencia de los choques con las paredes del recipiente lo que
implica (por un instante) que la presión dentro del recipiente es
mayor que la exterior y esto provoca que el émbolo se desplace hacia arriba
inmediatamente. Al haber ahora mayor distancia entre las paredes (es decir,
mayor volumen del recipiente) el número de choques de las moléculas contra las
paredes disminuye y la presión vuelve a su valor original.
Según hemos visto en la animación
anterior, también podemos expresar la ley de Avogadro así:
Vn=kVn=k
(el cociente entre el volumen y la cantidad de gas es
constante)
Supongamos que tenemos una cierta cantidad de gas n1 que
ocupa un volumen V1 al comienzo del experimento. Si variamos la cantidad
de gas hasta un nuevo valor n2, entonces el volumen cambiará a V2, y se
cumplirá:
V1n1=V2n2V1n1=V2n2
Que es otra manera de expresar la ley de Avogadro.
Ley de Boyle
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.
·
El volumen es inversamente proporcional a la
presión
·
Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
·
Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
¿Por qué ocurre esto?
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:
·
P⋅V=kP⋅V=k
(el producto de la presión por el
volumen es constante)
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:
·
P1⋅V1=P2⋅V2P1⋅V1=P2⋅V2
Que es otra manera de expresar la
ley de Boyle.
Ley de Charles
Relación entre la temperatura y
el volumen de un gas cuando la presión es constante
En 1787, Jack Charles estudió por
primera vez la relación entre el 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 enfriar el volumen disminuía.
·
El volumen es directamente proporcional a la
temperatura del gas
·
Si la temperatura aumenta, el volumen del gas
aumenta.
·
Si la temperatura del gas disminuye, el volumen
disminuye.
¿Por qué ocurre esto?
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:
VT=kVT=k
(El cociente entre el volumen y
la temperatura es constante)
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:
V1T1=V2T2V1T1=V2T2
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
Ley de Gay-Lussac
Relación entre la presión y la
temperatura de un gas cuando el volumen es constante
Fue enunciada por Joseph Louis
Gay-Lussac a principios de 1800.
Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.
Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.
·
La presión del gas es directamente proporcional
a su temperatura:
·
Si aumentamos la temperatura, aumentará la
presión.
·
Si disminuimos la temperatura, disminuirá la
presión.
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar la temperatura las
moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de
choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es
de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.
Gay-Lussac descubrió que, en
cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la
temperatura siempre tenía el mismo valor:
PT=kPT=k
(El cociente entre la presión y
la temperatura es constante)
Supongamos que tenemos un gas que
se encuentra a una presión P1 y a una temperatura T1 al comienzo del
experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la
presión cambiará a P2, y se cumplirá:
P1T1=P2T2P1T1=P2T2
Que es otra manera de expresar la
ley de Gay-Lussac.
Esta ley, al igual que la de
Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en
la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.
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