Boletín de química 1

LEYES DE LOS GASES


Las leyes de los gases que estudiarán en este capítulo se pueden considerar como un útil resumen de los resultados de los incontables experimentos de las propiedades físicas de los gases llevados a cabo durante varios siglos. Las leyes de los gases son generalizaciones importantes que se refieren al comportamiento macroscópico de las sustancias gaseosas. Han jugado unpapel muy importante en el desarrollo de muchas ideas de la Química.

I. Ley de Boyle: relación presión – volumen
En el siglo XVII Robert Boyle estudió cuantitativa y sistemáticamente el comportamiento de los gases. Boyle investigó la relación presión – volumen de una muestra gaseosa usando un aparato como el que se muestra en la siguiente figura. En la figura a) la presión ejercida sobre el gases igual a la presión atmosférica. En la figura b) hay un incremento en la presión debido a la adición de mercurio y resulta un desnivel en las dos columnas; en consecuencia, el volumen del gas disminuye. Boyle notó que cuando la temperatura se mantiene constante, el volumen (V) de una cantidad fija de gas disminuye cuando la presión total aplicada (P) - la presión atmosférica más la presióndebida a la adición de mercurio – aumenta.




































La ecuación siguiente es una expresión de la Ley de Boyle que establece que el volumen de una cantidad fija de un gas mantenido a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión del gas:


[pic]


Ejemplo:
Un globo inflado tiene un volumen de 0,55 L anivel del mar (1 atm) y se deja elevar a la altura de 6,5 Km, donde la presión es de unos 0,40 atm. Considerando que la temperatura es constante, ¿cuál es el volumen final del globo?


Resolución.-
Se observa en el ejemplo que no hay salida del gas por lo que se considera el número de moles constante. La temperatura también es constante (dato del ejercicio).


Se usa la ecuación:[pic]


Donde:
Condiciones Iniciales Condiciones Finales
P1 = 1,0 atm P2 = 0,40 atm
V1 = 0,55 L V2 = ?
Por lo tanto:
[pic]=[pic]
V2 = 1,4 L

II. Ley de Gay Lussac: relación presión – temperatura
Ya hemos visto que sucede con un gas si la temperatura permanece constante. Analicemos ahora que sucederá para una cantidad fija de un gas sila temperatura varía. Los estudios de Gay Lussac demostraron que si se calienta un gas en un recipiente cuyo volumen permanece constante sus moléculas se mueven a mayor velocidad por lo que se producen mayor cantidad de choques o colisiones entre ellas y contra las paredes del recipiente, aumentando la presión ejercida por el gas.


[pic]




La ecuación siguiente es una expresiónde la Ley de Gay Lussac que establece que la presión de una cantidad fija de un gas mantenido a volumen constante es directamente proporcional a la temperatura del gas:


[pic]
Ejemplo:
Un bulbo de acero contiene Xenón (Xe) gaseoso a 2,64 atm y 25ºC. Calcule la presión del gas cuando la temperatura se eleva 436ºC. Suponga que el volumen del bulbo permanece constante.Resolución.-
El volumen y la cantidad de gas no cambian, así V1 = V2 y n1 = n2. Se usa la ecuación:
[pic]
Donde:
Condiciones Iniciales Condiciones Finales
P1 = 2,64 atm P2 = ?
T1 = (25+273) K = 298 K T2 = (436+273) K = 709 K


La presión final está dada por:
[pic]
P2 = 6,28 atm

III. Ley de Charles: relación volumen – temperaturaLos estudios de Charles junto a Gay Lussac mostraron que, a presión constante, el volumen de una muestra de un gas se expande cuando se calienta y se contrae cuando se enfría.
































La ecuación siguiente es una expresión de la Ley de Charles que establece que el volumen de una cantidad fija de un gas mantenido a presión constante es...