Leyes de los gases
El comportamiento de
los gases frente a variaciones de presión y temperatura fue objeto de estudio
de diversos científicos desde el siglo XVII. Así surgieron las leyes de los
gases.
La justificación de estas leyes mediante el
modelo cinético-molecular contribuyó al conocimiento de la estructura
corpuscular de la materia.
Ley de
Boyle-Mariotte:
En el siglo XVII,
Robert Boyle (1627-1691) en Inglaterra, y Edme Mariotte (1620-1684) en Francia,
estudiaron las variaciones que experimentaba la presión de un gas, manteniendo
la temperatura constante y modificando el volumen del recipiente que lo
contenía.
La teoría cinética justifica la ley de
Boyle-Mariotte:
• Al mantenerse
constante la temperatura, la velocidad media de las partículas del gas se
mantiene constante y los choques tienen la misma energía.
• Como las partículas
se mueven a la misma velocidad y tienen la misma energía, al reducir el volumen
aumenta la presión. Es decir, hay mayor número de choques, ya que las
partículas deben recorrer una menor distancia para colisionar con las paredes
del recipiente.
En cambio, al aumentar
el volumen, tardarán más en chocar con las paredes del recipiente y, por tanto,
se producirán menos colisiones. Ello hará que la presión disminuya.
Ejemplo:
Un recipiente contiene
0,6 m3 de un gas a 5 atm. Calculemos el volumen que ocupará el gas si se
aumenta la presión a 6 atm, sin variar la temperatura.
Datos: V1
= 0,6 m3 P1 = 5 atm P2 = 6 atm T = constante
Aplicamos la ley de
Boyle-Mariotte:
P1 × V1
= P2 × V2 = constante
V= P1 X V1 =
5 atm x 0,6 m3 = 0,5 m3
P2 6 atm
El volumen que ocupará
será de 0,5 m3
Ley de Charles y de
Gay-Lussac
El químico francés
Joseph-Louis Gay-Lussac es conocido principalmente por los estudios que llevó a
cabo a comienzos del siglo XIX sobre el comportamiento de los gases.
Aproximadamente en la
misma época, el científico, también francés, Jacques Alexandre Charles, analizó
las variaciones que experimentaba el volumen de una determinada masa de gas al
mantener constante la presión y variar la temperatura.
Los resultados
obtenidos por Charles fueron confirmados posteriormente por Gay-Lussac.
De este modo, los
estudios experimentales de dichos científicos concluyeron en la formulación de
la ley de Charles y Gay-Lussac:
A presión constante, el
volumen que ocupa una cantidad de gas es directamente proporcional a su
temperatura absoluta.
V1
= V2 =….constante
T1 T2
La teoría cinética
explica la ley de Charles y Gay-Lussac:
• Si aumenta la velocidad a la que se mueven
las partículas de un gas, también aumenta la temperatura.
• Al aumentar la
temperatura aumenta el número de choques de las partículas del gas y, al
aumentar el volumen, se producen menos choques por unidad de tiempo. Si ambos
efectos se compensan, la presión se mantendrá constante.
Ley
general de los gases
Unificamos la ley de
Boyle-Mariotte con la ley de Charles Gay-Lussac y obtenemos una ley completa de
los gases.
Ley
de Boyle-Mariotte
A temperatura
constante, el producto de la presión que se ejerce sobre una cantidad de gas
por el volumen que ocupa este es también una constante.
P1 V1 = P2 V2 = … =
constante
Ley
de Charles-Gay-Lussac
A presión constante, el
volumen que ocupa una cantidad de gas es directamente proporcional a su
temperatura absoluta.
V1/T1=/V2/T2 = ... = constante
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