A modo de recordatorio. ¿Cuáles son los estados de la
materia?: sólido, líquido y gaseoso, que dependen de la presión y de la
temperatura a la que se encuentran sometidos.
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En el estado sólido la fuerza de cohesión de las moléculas
hace que estas estén muy próximas unas de otros con escaso margen de movimiento
entre ellas.
En el estado líquido esta fuerza de cohesión molecular es
menor lo cual permite mayor libertad de movimiento entre ellas.
En el estado gaseoso la fuerza de cohesión de las moléculas
es muy pequeña, prácticamente nula, lo
cual permite que estas se muevan libremente y en todas direcciones.
Antes de entrar de lleno en el estudio de las leyes que
explican el comportamiento de los gases, veamos cómo influyen en este los
eventos físicos que los alteran y que son: temperatura, presión y volumen,
además de la cantidad de que se trate.
Temperatura
La temperatura (T) ejerce gran influencia sobre el estado de
las moléculas de un gas aumentando o disminuyendo la velocidad de las mismas.
Para trabajar con nuestras fórmulas siempre expresaremos la temperatura en
grados Kelvin. Cuando la escala usada esté en grados Celsius, debemos hacer la
conversión, sabiendo que 0º C equivale a + 273,15 º Kelvin.
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1 atm es igual a 760 mmHg de presión.
Presión
En Física, presión (P) se define como la relación que existe
entre una fuerza (F) y la superficie (S) sobre la que se aplica, y se calcula
con la fórmula
Lo cual significa que la Presión (P) es igual a la Fuerza
(F) aplicada dividido por la superficie (S) sobre la cual se aplica.
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En nuestras fórmulas usaremos como unidad de presión la
atmósfera (atm) y el milímetro de mercurio (mmHg), sabiendo que una atmósfera
equivale a 760 mmHg.
Volumen
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Recordemos que volumen es todo el espacio ocupado por algún
tipo de materia. En el caso de los gases, estos ocupan todo el volumen
disponible del recipiente que los contiene.
Hay muchas unidades para medir el volumen, pero en nuestras
fórmulas usaremos el litro (L) y el milílitro (ml). Recordemos que un litro
equivale a mil milílitros:
1 L = 1.000 mL
También sabemos que 1 L equivale a 1 decímetro cúbico (1
dm3) o a mil centímetros cúbicos (1.000 cm3) , lo cual hace equivalentes
(iguales) 1 mL con 1 cm3:
1 L = 1 dm3 = 1.000 cm3 = 1.000 mL
1 cm3 = 1 mL
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Presión
Ley de Boyle
Esta ley establece que a
temperatura constante el volumen de una masa fija de un determinado gas es
inversamente proporcional a la presion es decir si se duplica la presión el
volumen se reducira a la mitad. Esta ley nos dice también en resumidas palabras
quea temperatura constante el volumen de una masa fija es inversamente
proporcional.
Si despejas T2 obtendrás que la nueva temperatura deberá ser
233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 °C.
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| Obtenida de: https://upload.com Fórmula: P1V1=P2V2
P= Presión
V= Volumen
LEY DE CHARLES
A presión constante, el volumen que ocupa una muestra de gas es
directamente proporcional a las temperaturas absolutas que soportan.
Formula:
V1/T1 = V2/T2
V1= Volumen. V2
= volumen
T= Temperatura. T1
= temperatura
Primer paso: Identificar los datos que se dan en el enunciado.
Segundo
paso: Conocer cuál es la incógnita o interrogante
Tercer paso: Despejar V2 de la expresión: V1/T1 = V2/T2, quedando
así: V2= V1.T2 /T2
Cuarto paso: Transformar °C a
K, de la siguiente manera: °C+273
Finalmente: se
sustituyen los valores y se realiza el calculo matemático.
Ley de Gay-Lussac
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:
Es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.
Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en
función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las
temperaturas han de expresarse en Kelvin.
Ejemplo:
Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970
mmHg cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar para
que su presión sea 760 mmHg?
Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:
T1 = (25 + 273) K= 298 K
Ahora sustituimos los datos en la ecuación:
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Si despejas T2 obtendrás que la nueva temperatura deberá ser 233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 °C.
Ley combinada de los gases
Se define como gas ideal, aquel
donde todas las colisiones entre átomos o moléculas son perfectamente elásticas,
y en el que no hay fuerzas atractivas intermoleculares. Se puede visualizar
como una colección de esferas perfectamente rígidas que chocan unas con otras
pero sin interacción entre ellas.
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| Obtenida de:https://upload.wikimedia.org |
En tales gases toda la energía interna está
en forma de energía cinética y cualquier cambio en la energía interna va
acompañada de un cambio en la temperatura.
Un gas ideal se caracteriza por
tres variables de estado: la presión absoluta (P), el volumen (V), y la
temperatura absoluta (T).
Fórmula:
(P1) (V1)/TI= (P2) (V2)/T2
La ley general de los gases o ley
combinada dice que una masa de un gas ocupa un volumen que está determinado por
la presión y la temperatura de dicho gas. Estudia el comportamiento de una
determinada masa de gas si ninguna de esas magnitudes permanece constante.’
La ecuación de los gases ideales
Fue Gay - Lussac quien unifico
las tres leyes: la ley de Boye Mariotte y las dos leyes de Gay Lussac,
enunciando la ecuación general de los gases. Nos da la relación entre la
presión volumen y temperatura de una determinada masa de gas.
Esta ecuación general de los
gases ideales globaliza las tres leyes estudiadas en una sola ecuación, que nos
indica que:
donde R
Utilizando R la ecuación de estado
de los gases para 1 mol de sustancia quedará:
Ley de Dalton de las presiones parciales
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Cuando se colocan en un
recipiente varios gases que no reaccionan entre sí, las partículas de cada gas
chocan contra las paredes del recipiente, independientemente de la presencia de
los otros gases.
Esta ley dice: “la presión total
de una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de los
gases que la componen”
La mayoría de los gases son
insolubles al agua, por lo que en el laboratorio se obtienen fácilmente con el
método de desplazamiento del agua. Por tanto para calcular la presión del gas
seco, es necesario conocer la presión del vapor de agua a esa temperatura.
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