Leyes de los gases

Leyes de los gases

Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados a finales del siglo XVIII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.

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Ley de Boyle

Artículo principal: Ley de Boyle

La ley de Boyle demuestra que, a temperatura constante, el producto entre la presión y el volumen de un gas ideal es siempre constante. Fue publicado en 1662. Se puede determinar experimentalmente con un manómetro y un recipiente de volumen variable. También se pueden encontrar a través del uso de la lógica, si un contenedor, con una cantidad fija de moléculas en el interior, se reduce en volumen, más moléculas impactan en los lados del recipiente por unidad de tiempo, provocando una mayor presión.

Como una ecuación matemática, la ley de Boyle es la siguiente:

PV = k_1\,

Donde P es la presión (Pa), V el volumen (m3) de un gas, y k1 (medido en julios) es la constante de esta ecuación -no es la misma que las constantes de las ecuaciones de otras fórmulas de abajo.

Ley de Charles

Artículo principal: Ley de Charles

La ley de Charles, o ley de los volúmenes, fue encontrada en 1678. Se enuncia que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin).

Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo).

V = k_4n \,

Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3·K−1) es la constante producida.

Combinación y leyes de los gases ideales

Artículo principal: Ley general de los gases

La ley general de los gases o ecuación general de los gases está formada por la combinación de las tres leyes, y muestra la relación entre la presión, volumen y temperatura de una masa fija de gas:

V = k_4n \,

Con la incorporación de la ley de Avogadro, la Ley general de los gases se convierte en la ley de los gases ideales:

PV = k_5T \,

Donde la constante, ahora llamada R, es la constante de los gases, con un valor de .08206 (atm∙L)/(mol∙K)

Una formulación equivalente de esta ley es:

PV = kNT \,

donde

k es la constante de Boltzmann (1.381×10−23 J·K−1 en unidades del SI)
N es el número de moléculas.

Estas ecuaciones sólo son exactas para un gas ideal, que no toma en cuentas varios efectos intermoleculares (ver gas real). Sin embargo, la ley del gas ideal es una buena aproximación para la mayoría de los gases a presión y temperatura moderada.

Esta ley tiene las siguientes consecuencias importantes:

  1. Si la temperatura y la presión se mantienen constantes, el volumen del gas es directamente proporcional al número de moléculas del gas.
  2. Si la temperatura y volumen permanecen constantes, cuando la presión del gas cambia, lo hace directamente proporcional al número de moléculas de gas presente.
  3. Si el número de moléculas de gas y la temperatura permanecen constantes, la presión es inversamente proporcional al volumen.
  4. Si los cambios de temperatura y el número de moléculas de gas se mantienen constantes, entonces o bien la presión o bien el volumen (o ambos), cambiarán en proporción directa con la temperatura.

Otras leyes de los gases

  • La ley de Graham establece que la velocidad de difusión de las moléculas de gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad. En combinación con la ley de Avogadro (es decir, ya que los volúmenes iguales tienen el mismo número de moléculas), es lo mismo que ser inversamente proporcional a la raíz del peso molecular.
  • La ley de Dalton de las presiones parciales establece que la presión de una mezcla de gases es simplemente la suma de las presiones parciales de los componentes individuales. Ley de Dalton es el siguiente:
P_{total} = P_1 + P_2 + P_3 + ... + P_n \,,

O

P_{{{Total}}} = P_{{{Gas}}} + P_{{{H}_2{0}}} \,,

Donde PTotal es la presión total de la atmósfera, PGas es la presión de la mezcla de gases en la atmósfera, y PH20 es la presión del agua a esa temperatura.

A una temperatura constante, la cantidad de un gas disuelto en un determinado tipo y volumen de líquido es directamente proporcional a la presión parcial de ese gas en equilibrio con el líquido.
p = k_{\rm H}\, c

Véase también

Referencias

  • Castka, José F.; Metcalfe, H. Clark, Davis, Raymond E.; Williams, John E. (2002). La química moderna. Holt, Rinehart y Winston. ISBN 0-03-056537-5.
  • Guch, Ian (2003). La Guía de la Química del completo idiota. Alpha, Penguin Group Inc.. ISBN 1-59257-101-8.
  • Zumdahl, Steven S (1998). Principios de Química. Houghton Millfin empresa. ISBN 0-395-83995-5.

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