Gases ideales

GASES IDEALES
Las leyes de los gases
Experimentos realizados con un gran número de gases revelan que se necesitan cuatro variables para definir la condición física, o estado, de un gas: temperatura, T, presión, P, volumen, V y la cantidad del gas, que suele expresarse como el número de moles, n. Las ecuaciones que expresan las relaciones entre T, P, V y n se conocen como leyes de los gases.
Larelación presión-volumen: Ley de Boyle
En el siglo XVII Robert Boyle estudió sistemática y cuantitativamente el comportamiento de los gases. En una serie de experimentos, Boyle analizó la relación que hay entre la presión y el volumen de una muestra de gas, por medio de un aparato con forma de J:
(a) El volumen del gas atrapado en el tubo en J es de 60 ml. Cuando la presión del gas es de760 torr. Cuando se agrega mercurio adicional, como en (b), el gas atrapado se comprime. El volumen es de 30 ml cuando su presión total es de 1520 torr, lo que corresponde a la presión atmosférica más la presión ejercida por la columna de mercurio.
Boyle notó que cuando la temperatura se mantiene constante, el volumen (V) de una cantidad dada de un gas se reduce cuando la presión total que seaplica (P) – la presión atmosférica más la presión debida al mercurio añadido- aumenta. Por el contrario, si la presión que se aplica decrece, el volumen del gas aumenta.
La ley de Boyle dice: el volumen de una cantidad fija de gas mantenida a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión. También se puede expresar en términos matemáticos:
P∝ 1V
Para cambiar el signo ∝ por el deigualdad
P=k1 x1V
Donde k1 es una constante llamada constante de proporcionalidad.
Reordenando la ecuación anterior se obtiene:
PV= k1
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.
La relación temperatura-volumen: Ley de Charles y Gay-Lussac
La ley de Boyle depende de que latemperatura de un sistema permanezca constante. Pero suponga que cambia la temperatura. La relación entre el volumen de un gas y su temperatura fue descubierta en 1787 por el científico francés Jacques Charles. Sus estudios demostraron que, a una presión constante, el volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta y se contrae al enfriarse.
Se observa un fenómeno interesante cuando seestudia la relación entre temperatura y volumen a varias presiones. A cualquier presión dada, el gráfico de volumen contra temperatura es una línea recta. Extrapolando la recta al volumen cero, se encuentra la intersección en el eje de la temperatura tiene un valor de -273.15 °C. A cualquier otra presión se obtiene una recta diferente para el gráfico de volumen y temperatura, pero se alcanza lamisma intersección de -273.15 ° C para la temperatura correspondiente al volumen 0.
En términos de la escala Kelvin, la ley de Charles se puede expresar como sigue: el volumen de una cantidad fija de gas mantenida a presión constante es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
La dependencia del volumen de un gas con la temperatura, se da por:
V ∝T
V= k2 T
VT= k2
La relaciónentre volumen y cantidad: Ley de Avogadro
El trabajo de Avogadro complementó los estudios de Boyle, Charles y Gay-Lussac. En 1811 publicó una hipótesis en donde estableció que a la misma temperatura y presión, volúmenes iguales de diferentes gases contienen el mismo número de moléculas. De ahí que el volumen de cualquier gas debe ser proporcional al número de moles de moléculas presentes, esdecir:
V ∝n
V= k4n
Esta es la expresión matemática de la ley de Avogadro, la cual establece que a presión y temperatura constantes, el volumen de un gas es directamente proporcional al número de moles del gas presente.
De acuerdo con la ley de Avogadro cuando dos gases reaccionan entre sí, los volúmenes que reaccionan de cada uno de los gases tienen una relación sencilla entre sí.
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