Ley de los Gases

 

En un gas las moléculas individuales se encuentran alejadas de tal modo que las fuerzas de cohesión entre ellas son generalmente muy pequeñas. Aunque la estructura molecular de diferentes gases puede variar considerablemente, su comportamiento se ve poco afectado por el tamaño de las moléculas, entonces cuando una gran cantidad de gas se confina en un volumen reducido, el volumen que las moléculas ocupan es solo una fracción pequeña del volumen total.

 

Existe una generalización respecto a los gases que es el concepto de gas ideal, cuyo comportamiento no se altera por las fuerzas de cohesión o volúmenes moleculares (ningún gas real es ideal) pero condiciones ordinarias de temperatura y presión el comportamiento de cualquier gas es aproximadamente el de un gas ideal. Por lo tanto de las observaciones experimentales de muchos gases puede obtenerse una deducción de las leyes físicas que gobiernan su comportamiento térmico. Para el estudio de este comportamiento existen parámetros que son importantes como: presión, volumen, temperatura y la masa.

 

Uno de estos parámetros es la presión que afecta el comportamiento de los gases, ya que la presión que ejerce un gas depende del número de moléculas presentes, la temperatura y el volumen en que este confinado el gas. Cuando se eleva la temperatura, también aumenta la energía cinética de las moléculas y la frecuencia de las colisiones de las moléculas se vuelven más frecuentes y enérgicas contra las paredes del recipiente y es este aumento de frecuencia de las colisiones y energía lo que ocasiona un incremento en la presión dentro del recipiente.

 

Una de la primeras mediciones experimentales del comportamiento térmico de los gases fueron hechas por Robert Boyle quien realizo un estudio exhaustivo de los cambios en el volumen de gases como resultado de cambios en la presión, para lo que las variables restantes masa, temperatura se mantuvieron constantes lo que llevo a Boyle en el año de 1660 a establecer la ley que dice:
 

• Siempre que la masa y la temperatura de una muestra de gas se mantengan constantes, el volumen del gas será inversamente proporcional a su presión absoluta.

 

En 1787 el físico francés Jacques Charles propuso por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una masa de gas a volumen constante. Lo que se conoce como ley de charles y dice:
 

• Mientras la masa y la presión de un gas se mantengan constantes, el volumen del gas es directamente proporcional a su temperatura.

 

 

Gay Lussac describió que una muestra de gas a 0°C reduce su volumen en 1/273 por cada grado Celsius, si esta contracción fuera constante con el enfriamiento, el volumen gaseoso se anularía al reducir la temperatura hasta -273 °C, con lo cual cesaría el movimiento molecular y se tendría la temperatura de 0K o cero absoluto.

En 1802 Gay lussac estableció la variación en la presión como una función de la temperatura algo que se describe en su ley que dice:
 

• Si el volumen de una muestra de gas permanece constante, la presión absoluta del gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

Ley General de los Gases

 

Hasta ahora se han estudiado tres leyes que pueden emplearse para describir el comportamiento térmico de os gases. La ley de Boyle, se aplica para una muestra de gas cuya temperatura permanece inalterable. La ley de Charles se aplica para una muestra de gas a presión constante. La ley de Gay-Lussac es para una muestra de gas a volumen constante. Por desgracia, ninguna de esas condiciones se satisfacen casi nunca.

En general, como resultado de un proceso térmico, un sistema sufre cambios en volumen, temperatura y presión. Una relación más general combina las tres leyes como sigue:

                                                          

                                                    P  ₁ V ₁           P₂V ₂            c on m constante
                                                                                    --------------   =  ---------------
                                                                                           T₁                     T2
 

Donde (P1 V1 T1) pueden considerarse como las coordenada del estado inicial y (P2 V2 T2) la coordenadas del estado final. En otras palabras, para una masa dada la razón (PV/ T) es constante para cualquier gas ideal.