Ley Combinada De Los Gases

INTRODUCCIÓN

Un gas (o cuerpo gaseoso), es un estado homogéneo de agregación de la materia en que ésta tiene la forma y el volumen del recipiente que la contiene. Todos los gases, idealmente, se comportan en forma similar ante los cambios de presión y temperatura, pudiéndose expansionar y comprimir entre límites muy amplios, cosa imposible en líquidos y sólidos. Los gases, aunque lentamente, tienden a interpenetrarse entre sí (difusión), lo que los hace miscibles en todas proporciones; por esto las mezclas gaseosas son totalmente homogéneas. Para describir y caracterizar un gas es indispensable especificar la temperatura y presión a que se mide su volumen.

Muchas sustancias familiares existen a temperatura y presión normal en forma gaseosa, éstas incluyen muchos elementos (H2, N2, O2, F2, Cl2 y gases nobles) y una gran variedad de compuestos. En condiciones apropiadas las sustancias que ordinariamente son líquidos o sólidos también pueden existir estado gaseoso y se conocen como vapores. Por ejemplo, la sustancia H2O es común encontrarla como agua líquida, hielo o vapor de agua. Con frecuencia, una sustancia existe en las tres fases o estados de agregación de la materia al mismo tiempo. Un envase térmico puede contener una mezcla de hielo y agua a 0 C y tener una cierta presión de vapor de agua en la fase gaseosa sobre el líquido y la fase sólida. En condiciones normales, los tres estados de la materia difieren entre sí. Los gases se diferencian en forma marcada de los sólidos y los líquidos en varios aspectos. Un gas se expande hasta llenar el recipiente en el cual está contenido. En consecuencia, el volumen de un gas es dado al especificar el volumen del recipiente que lo contiene. El volumen de los sólidos y los líquidos no está determinado por el recipiente. La conclusión. Acerca de esto es que los gases son altamente compresibles. Cuando se aplica una presión a un gas su volumen se contrae con facilidad. Los líquidos y los sólidos, no son muy compresibles.

LEY COMBINADA DE LOS GASES

La ley combinada de los gases o ley general de los gases; es una ley de los gases que combina la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac. Estas leyes matemáticamente se refieren a cada una de las variables termodinámicas con relación a otra mientras todo lo demás se mantiene constante. La ley de Charles establece que el volumen y la temperatura son directamente proporcionales entre sí, siempre y cuando la presión se mantenga constante. La ley de Boyle afirma que la presión y el volumen son inversamente proporcionales entre sí a temperatura constante. Finalmente, la ley de Gay-Lussac introduce una proporcionalidad directa entre la temperatura y la presión, siempre y cuando se encuentre a un volumen constante. La interdependencia de estas variables se muestra en la ley de los gases combinados, que establece claramente que:

La relación entre el producto presión-volumen y la temperatura de un sistema permanece constante.

Esto matemáticamente puede formularse como:

donde:

p; es la presión

V; es el volumen

T; es la temperatura absoluta (en kelvins)

K; es una constante (con unidades de energía dividido por la temperatura) que dependerá de la cantidad de gas considerado.

Otra forma de expresarlo es la siguiente:

donde presión, volumen y temperatura se han medido en dos instantes distintos 1 y 2 para un mismo sistema.

En adición de la ley de Avogadro al rendimiento de la ley de gases combinados se obtiene la ley de los gases ideales.

POSTULADOS

Los experimentos hechos con varios gases demuestran que las cuatro variables: temperatura (T), presión (P), volumen (V) y cantidad de gas en moles (n) son suficientes para definir el estado o condición de muchas sustancias gaseosas.

- La primera relación entre estas variables fue descubierta en 1662 por Robert Boyle (1627-1691). El cual establece que el volumen de una cantidad fija de gas mantenida a una temperatura constante es inversamente proporcional a la presión del gas. Esto significa que a medida que la presión aumenta el volumen disminuye-

- Esta relación puede expresarse como V 1/P (en donde  se lee "proporcional a"), o bien V =c/P (en donde c es una constante de proporcionalidad, que depende de la temperatura y de la cantidad de gas). Boyle expresa el hecho importante de que un gas es compresible.

- La relación entre el volumen de un gas y la temperatura fue descubierta en el año de 1787 por Jacques Charles (1746-1823), un científico francés. Charles encontró que el volumen de una cantidad fija de un gas a una presión constante aumenta en una proporción lineal con la temperatura.

- En 1848 William Thomson (1824-1907), un físico británico cuyo título era Lord Kelvin, propuso la idea de una escala de temperatura absoluta, conocida actualmente como escala Kelvin, con -273 C = 0 K. En términos de esta escala, la ley de Charles puede expresarse de la siguiente manera: el volumen de una cantidad fija de gas mantenido a una presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Esta relación puede expresarse como V  T o como V = cT, en donde c es la constante de proporcionalidad que depende de la presión y de la cantidad del gas. De esta manera al duplicar la temperatura absoluta, es decir de 200 K a 400 K, el gas también aumenta su volumen al doble.

- La relación entre la presión de una cierta cantidad de gas y la temperatura absoluta fue encontrada por el científico francés Joseph Gay-Lussac(1778-1850). Puede expresarse como P  T ó P = cT, donde c es una constante de proporcionalidad.

- La relación entre el volumen del gas y la cantidad del gas se debió a los trabajos de Gay-Lussac y al científico italiano Amadeo Avogadro (1776-1856). Gay-Lussac es una de las figuras extraordinarias en la historia de la ciencia moderna que puede denominarse realmente un aventurero. Él se interesó en globos más ligeros que el aire, para poder controlarlos Gay-Lussac debió conocer más acerca de las propiedades de los gases. Con este propósito realizó muchos experimentos. El más importante fue el descubrimiento que hizo en 1808 de la ley de combinación de volúmenes. Esta ley establece que los volúmenes de los gases que reaccionan entre sí a la misma presión y temperatura mantienen una relación numérica expresada en números enteros pequeños.

- El trabajo de Gay-Lussac condujo a Avogadro en 1811 a proponer su conocida hipótesis de Avogadro: igual volumen de gases diferentes a la misma temperatura y presión contienen igual número de moléculas. La importancia de los trabajos de Gay-Lussac y Avogadro

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