Quimica

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CONSIDERACIONES TEÓRICAS

Leyes de los gases
A diferencia de los sólidos y los líquidos, gases diferentes tienen un comportamiento físico muy similar, sin que importe su constitución química. Por ejemplo, el helio y el flúor, aunque con propiedades químicas muy distintas, son casi idénticos en cuanto a su comportamiento físico. Numerosas observaciones realizadas hacia finales del siglo XVIImostraron que las propiedades físicas de cualquier gas quedaban definidas por cuatro variables: presión (P), temperatura (T), volumen (V) y moles (n). Las relaciones específicas entre estas cuatro variables se denominan leyes de los gases, mientras que un gas cuyo comportamiento las siga con exactitud recibe el nombre de gas ideal.

Relación presión-volumen: ley de Boyle
En el siglo XVII, RobertBoyle estudió en forma sistemática y cuantitativa el comportamiento de los gases. En una serie de experimentos, Boyle analizó la relación que existe entre la presión y el volumen de una muestra de un gas. Los datos típicos que Boyle recabó se muestran en la siguiente tabla:
Tabla
P(mmHg) 724 869 951 998 1230 1893 2250
V(unidades
Arbitrarias) 1.50 1.33 1.22 1.18 0.94 .61 .58
PV1.09x103 1.16x103 1.16x103 1.18x103 1.2x103 1.2x103 1.3x103

Observe que a medida que la presión (P) aumenta a temperatura constante el volumen (V) de una cantidad determinada de gas disminuye. Compare el primer punto de datos con una presión de 724 mmHg y un volumen de 1.50 (en unidades arbitrarias) con el último punto de datos con una presión de 2250 mmHg y un volumen de 0.58. Es evidente que existeuna relación hacia la izquierda entre presión y volumen de un gas a temperatura constante. A medida que la presión aumenta, el volumen ocupado por el gas disminuye. Por lo contrario, si la presión aplicada disminuye, el volumen ocupado por el gas aumenta. Esta relación se conoce como la ley de Boyle, según el cual la presión de una cantidad fija de un gas a temperatura constante es inversamenteproporcional al volumen del gas.
Podemos escribir una expresión matemática que muestre la relación hacia la izquierda entre la presión y el volumen:
P∝1/V
Donde el símbolo α significa proporcional a. Se puede cambiar α por el signo de igualdad y escribir:
P=K_1 x 1/V
Donde k1 es una constante llamada “constante de proporcionalidad”. La ecuación es una expresión matematica de la ley de Boyle.Podemos reorganizar la ecuación para obtener:
PV=K_1
Esta forma de la ley de Boyle establece que el producto de la presión y el volumen de un gas a temperatura y cantidad del gas constantes es una constante.
El concepto de una cantidad proporcional a la otra y el uso de una constante de proporcionalidad se explican con la siguiente analogía. El ingreso diario de un cine depende tanto delprecio de los boletos (en dólares por boleto) como del número de boletos vendidos. Si suponemos que el cine cobra por todos los boletos el mismo precio, escribimos:
Ingreso= (dólar/boleto) x número de boletos vendidos
Como el número de boletos vendidos varía diariamente se dice que el ingreso en un día determinado es proporcional al número de boletos vendidos:
Ingreso α número de boletos vendidos=C x número de boletos vendidos
Donde C, la constante de proporcionalidad, es el precio por boleto.
Relación de temperatura-volumen: ley de Charles y de Gay-Lussac
La ley de Boyle depende de que la temperatura del sistema permanezca constante. Pero suponga que cambia la temperatura. ¿Cómo afectará el cambio de la temperatura al volumen y la presión de un gas? Veamos por principio de cuentas elefecto de la temperatura sobre el volumen de un gas. Los primeros investigadores que estudiaron esta relación fueron los científicos franceses Jacques Charles y Joseph Gay-Lussac. Sus estudios demostraron que, a una presión constante, el volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta y se contrae el enfriarse. Las relaciones cuantitativas implicadas en estos cambios de temperatura...
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