LEYES DE LOS GASES.

LEYES DE LOS GASES

El volumen de un gas depende mucho de la presión, y también de la temperatura. Por lo tanto, es necesario determinar una relación entre el volumen, la presión la temperatura y la masa del gas. A esa relación se le llama ecuación de estado. La palabra estado en este caso se refiere a la condición física de un sistema.

Si cambia el estado de un sistema, siempre se espera que la presión y temperatura hayan alcanzado los mismos valores en todo el sistema. Así sólo examinaremos estados de equilibrio de un sistema, cuando las variables que lo describen (temperatura y presión) sean iguales en todo el sistema y no cambien a través del tiempo

Para una cantidad determinada de gas, se encuentra que, con muy buena aproximación, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que se le aplica cuando se mantiene constante la temperatura. Esto es:

V    [T constante]          →   Ley de Boyle[pic 1]

Por ejemplo, si la presión de un gas se duplica, el volumen se reduce a la mitad de su valor original. Esta relación se conoce como Ley de Boyle, en honor de Robert Boyle, quien la enunció primero con base en sus propios experimentos. La ley de Boyle también se puede escribir de la siguiente forma:

PV=constante    [T constante]       →  Ley de Boyle

Esto es a temperatura constante, si se permite la variación de la presión o el volumen del gas, la otra variable también cambia de modo que el producto PV permanece constante.

También la temperatura afecta el volumen de un gas, pero no se encontró relación entre V y T, sino hasta más de un siglo después de los trabajos de Boyle.

[pic 2]Fig. 13-8

El francés Jacques Charles encontró que cuando la presión no es demasiado alta, y se mantiene constante el volumen de un gas aumenta con la temperatura.

Cero absoluto

Tal vez podría decirse que -273°C es la mínima temperatura posible, y hay muchos experimentos que indican que así es. A esta temperatura se le llama cero absoluto de temperatura. Según mediciones, esta aproximadamente a -237.15°

Escala Kelvin

El cero absoluto es la base de la escala llamada absoluta, o escala kelvin. En esta escala la temperatura se da en grados Kelvin (K) sin el símbolo de grados (°).

Los intervalos son iguales que los de la escala Celsius, pero el cero de esta escala, 0 K, se define como el cero absoluto mismo. Así el punto de congelación del agua, 0° C es 273.15 K, y el punto de ebullición es 373.15 K

Cualquier temperatura de la escala Celsius se puede convertir en kelvins si se suma 273.15:

T(K) = T(°C) + 273.15

Ley de Charles

“El volumen de determinada cantidad de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta, cuando la presión se mantiene constante” esto es lo que se conoce como ley de Charles y se pude formular:

V ∝ T (P constante)

Ley de Gay-Lussac

Llamada así en honor de Joseph Gay-Lussac  establece que “a volumen constante, la presión se mantiene directamente proporcional a su temperatura absoluta:

P ∝ T (V constante)

Un ejemplo familiar es el de un bote de aerosol cerrado que, si se arroja al fuego, explota debido al aumento de la presión del gas dentro de él.

Las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lusaac, en realidad no son leyes en el sentido actual de la palabra (de validez precisa, profunda y de límites amplios). Sólo son aproximaciones para los gases reales, siempre y cuando la presión y la densidad del gas no sean demasiado altas, y el gas no este demasiado cercano a su condensación. Sin embargo, el término “ley” que se aplica  a esas relaciones se ha hecho tradición y aun se apegan a ese uso.

La ley del gas ideal

Las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lusaac se obtuvieron mediante una técnica muy útil en la investigación, que consiste en mantener constantes una o más variables para ver con claridad los efectos de cambiar el valor de otra variable.

Estas leyes se pueden combinar en una relación única, más general, entre presión, volumen y temperatura de una cantidad fija de gas:

PV ∝ T.

Esta ecuación indica cómo varia cualquiera de las cantidades P, V o T, cuando las otras dos cambian. Se reduce a las leyes de Boyle, Charles o de Gay-Lussac cuando se mantienen constantes la temperatura, presión o volumen respectivamente.

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