LEYES DE LOS GASES I
La descripción del comportamiento de los gases se define en función de su presión, de su volumen y de su temperatura. Esto obedece a las llamadas leyes de los gases; en ellas, podemos observar que dichas variables se relacionan entre sí y que se ajustan a los postulados de la teoría cinética de los gases.
Ley de Boyle y Mariotte: "El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión, cuando la temperatura es constante". Expresado en forma matemática se tiene:
Donde V1 y P1 corresponden al estado inicial del sistema y V2 y P2, al estado final, después de una variación de presión o de volumen a temperatura constante.
Ejemplo: se infla un globo con 1,5 litros de helio a 560 mm Hg. Si el globo se eleva hasta alcanzar una altura donde la presión es de 320 mm Hg, ¿cuál será el nuevo volumen del globo?
Solución: establecemos el estado inicial y el estado final:
Estado inicial Estado final
V1 = 1,5 L V2 = ?
P1 = 560 mmHg P2 = 320 mmHg
Despejamos la variable que no conocemos:
Reemplazamos los valores:
Ley de Charles:
Cuando inflamos globos al aire libre en un día caluroso, no nos sorprenderá que, pasado un corto tiempo, estos comiencen a estallarse. Una propiedad muy importante de los gases consiste en que, al aumentar su temperatura, su volumen también aumenta si se mantiene la presión constante. El aire con el cual se inflaron los globos se calienta; la energía cinética aumenta y, por consiguiente, se incrementa su volumen, sobrepasando la capacidad máxima del globo.
El científico francés Jacques Charles (1787) investigó los efectos que producía el cambio de temperatura sobre el volumen de un gas al mantener la presión y el número de moles (n) constantes, y encontró que la realción entre el volumen y la temperatura de un sistema es directamente proporcional. Desde el punto de vista de la teoría cinética de los gases, cuando se aumenta la temperatura se aumenta la energía cinética de los átomos o moléculas; por lo tanto, existirá un mayor y más fuerte número de choques entre las partículas y las paredes del recipiente que lo contienen, aumentando de esta manera su volumen, ya que la presión se mantiene constante. Esta ley se anuncia así: "el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (expresada en grados kelvin), cuando la presión permanece constante".
Matemáticamente se expresa así:
Donde V1 y T1 corresponden al estado inicial del sistema y V2 y T2, al estado final, después de una variación de volumen o temperatura a presión y número de moles constantes.
Ejemplo: un globo se infla con 1,5 litros de aire a una temperatura de 290°K; si el globo se introduce en un refrigerador, a una temperatura de 270°K, ¿cuál será el volumen del globo al sacarlo del refrigerador, si la presión permanece constante?
T1 =290°K T2 =270°K
Reemplazando, tenemos:
Ley de Gay- Lussac: el francés Joseph Gay-Lussac relacionó la presión y la temperatura de un gas, manteniendo constante el volumen.
Como vimos anteriormente, cuando se le aumenta la temperatura a un gas, su volumen aumenta, pero si la idea es mantenerlo constante, será necesario aumentar la presión; de esta manera, se concluye que: "la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura si el volumen permanece constante".
Donde P1 y T1 corresponden al estado inicial del sistema y P2 y T2, al estado final, depués de una variación de presión o temperatura a volumen constante.
PREGUNTA: La temperatura de 2.7 L de SO2 es de 28°C. Si se disminuye la temperatura del gas a 6°C, ¿Cuál sería el volumen del SO2?