PIA Quimica

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:

(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:

que es otra manera de expresar la ley de Boyle.

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Ejemplo:

4.0 L de un gas están a 600.0 mmHg de presión. ¿Cuál será su nuevo volumen si aumentamos la presión hasta 800.0 mmHg?

Pasos para resolver cualquier problema de gases

Solución:

Primero: Hacer una lista de los datos que te dan en el problema correctamente identificados

V1 = 4 L

P1 = 600 mmHg

V2 = ¿

P2 = 800 mmHg

Segundo: Escribe la fórmula P1V1 = P2V2

Tercero: Despeja la variable a calcular V2 = P1V1/P2

Cuarto: Sustituimos los valores en la ecuación V2 = P1V1/P2.

V2 = (600.0 mmHg) (4.0 L)/ (800.0 mmHg)

Quinto: Realizar los cálculos y obtendrás un valor para el nuevo volumen de 3L.

Problemas

11. Una muestra de gas hidrógeno (H2) tiene un volumen de 3.5 L y una presión de 1.9 atm. ¿Cuál es la nueva presión si el volumen disminuye a 1.8 L a temperatura constante?

12. Una muestra de gas helio tiene un volumen de 1320 mL a 948 torr. Si el volumen se expande a 2850 mL a temperatura constante, ¿cuál es la nueva presión en Torr?

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.

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:

(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:

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.

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Ejemplo:

Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 °C?

Recuerda que en estos ejercicios siempre hay que usar la escala Kelvin.

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T1 = (25 + 273) K= 298 K

T2 = (10 + 273 ) K= 283 K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación:

2.5L V2

----- = -----

298 K 283 K

Si despejas V2

V2 = (2.5L)(283K)/298K)

obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L.

Ejercicios

17. Una muestra de gas neón tiene un volumen de 15.8 L y una temperatura de 10°C. encuentra el nuevo volumen del gas después de que la temperatura aumenta a 92°C a presión constante.

18. Un montañista inhala 1380 mL de aire a una temperatura de -28°C. ¿Qué volumen ocupará el aire en los pulmones si la temperatura corporal del montañista es de 37°C?

19. Un globo contiene 3500 mL de gas helio a 87°C. ¿Cuál es el nuevo volumen del gas cuando la temperatura cambia a las temperaturas de los incisos de abajo, si n y P no cambian?

a) 390K b) 290 ºC

20. Indica si el volumen final del gas en cada uno de los siguientes casos es el mismo, mayor o menor que el volumen inicial:

a) un volumen de 4500 mL de aire en un día frío de invierno a -4°C se respira en los pulmones, donde la temperatura corporal es de 37°C

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.

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:

(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:

que es otra manera de expresar la

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