DISOLUCIONES

INTRODUCCIÓN

Los gases encerrados en un recipiente que se pueda estirar libremente aumentan de volumen al calentarse. Ya sabemos que los sólidos y los líquidos se dilatan con la temperatura pero los gases lo hacen en mucha mayor proporción.

Todos los gases se dilatan de la misma forma y además en mucha mayor proporción que los sólidos o líquidos.

Los experimentos de dilatación están ligados a la fabricación de los globos aerostáticos en Francia en el siglo XIX.

El científico francés Gay-Lussac compagino sus estudios en el laboratorio con arriesgadas ascensiones en globo. Llegó a 7000 m de altura y en estos viajes estudiaba la composición del aire a diferentes alturas, la variación de la presión, y sus propias leyes sobre la dilatación y presión de los gases.

OBJETIVOS

Comprobar la propiedad de dilatación de los gases y la ley de Boyle- Mariotte

MARCO TEÓRICO

DILATACION DE LOS GASES

Los cuerpos aumentan de volumen cuando se les eleva la temperatura; es decir, se dilatan. Esto sucede con todos los cuerpos, ya sean sólidos, líquidos o gaseosos.

Dilatación en gases

Para el caso de un gas, corresponde algunas consideraciones:

El coeficiente βv = 1/Vo.(ΔV/ΔT)P = 1/To = 1/ 273,16 K, si to = 0ºC, ⇒ To = 273,16 K, esto físicamente significa que a 0ºC el volumen de un gas aumenta 0,3661 % por cada grado de temperatura a presión constante.

Se consideran tres casos especiales de dilatación en los gases, según permanezcan constantes la presión, el volumen o la temperatura. Se llama cero absoluto, la temperatura ideal de un gas en que no ejerce ninguna presión; se calcula en -273º C. Las temperaturas contadas a partir del cero absoluto son las temperaturas absolutas. La ecuación general de los gases perfectos nos sirve para relacionar en una sola fórmula la temperatura, presión y volumen que actúan sobre un gas, cuando las tres varían.

Casos de dilatación en los gases

Los gases son mucho más dilatables que sólidos y líquidos. Si un gas aumenta de temperatura el movimiento de sus moléculas aumenta, pero si además está contenido en un recipiente; aumenta el choque continuado de esas moléculas con las paredes del recipiente provocando un aumento de presión. Por tanto hay que tener en cuenta: temperatura, volumen y presión. Se pueden considerar tres casos

Dilatación a Presión constante: la presión permanece constante y el aumento de temperatura produce un aumento de volumen. Es como una dilatación cúbica puesto que aumenta el volumen. Tendrá su coeficiente de dilatación de un gas a presión constante y será el aumento que experimenta la unidad de volumen, cuando la temperatura aumenta un grado centígrado: Por tanto para hallar el volumen de un gas a t grados basta con multiplicar el volumen que tiene a 0 grados por el binomio de dilatación.

Dilatación a Volumen Constante: El volumen permanece constante y aumenta la presión. Será coeficiente de dilatación de un gas a volumen constante, el aumento de presión que experimenta la unidad de volumen al aumentar su temperatura en un grado centígrado. Y su fórmula será:

Varían la presión y el volumen: aquí se aplica la ley de Boyle-Mariotte que dice que si la temperatura de un gas permanece constante, el volumen que ocupa está en razón inversa de la presión que sobre él actúa. Ver gases perfectos.

Temperatura Absoluta

Sabiendo que si aumenta la temperatura de un gas aumenta la presión y que si la temperatura disminuye la presión también lo hace. Si consideramos que la temperatura de un gas siguiese descendiendo hasta un punto en el cual el gas ya no tienen ninguna presión, este sería el cero absoluto, y se calcula que corresponde a -273º C.

Si contamos las temperaturas a partir del cero absoluto, se tienen las temperaturas absolutas sumando a la temperatura t del cuerpo, 273 º C. Esta es la llamada escala Kelvin. Si un cuerpo está a -10ºC estará a 263º Kelvin y si un cuerpo está a 20º C en grados Kelvin lo estar a 293º.

Para estudiar la dilatación de un gas podemos encerrarlo en un pistón de manera que al calentarlo se pueda expansionar libremente. Mediremos la temperatura con un termómetro y el volumen en el mismo pistón:

Hemos calentado un gas en un pistón y hemos ido apuntando la temperatura y el volumen que alcanza:

Temperatura ºC -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Volumen L 100 104 108 111 115 119 123 127 130 134 138 142

Vamos a representar estos valores en unos ejes. La temperatura en el eje horizontal (abscisas) y el volumen en el eje vertical (ordenadas).

LEY DE BOYLE - MARIOTTE

La Ley de Boyle-Mariotte, o Ley de Boyle, formulada independientemente por el físico y químico irlandés Robert Boyle (1662) y el físico y botánico francés Edme Mariotte (1676), es una de las leyes de los gases que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que:

La presión ejercida por una fuerza física es inversamente proporcional al volumen de una masa gaseosa, siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.

O en términos más sencillos:

A temperatura constante, el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a la presión que este ejerce.

Matemáticamente se puede expresar así:

Donde es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

Cuando aumenta la presión, el volumen baja, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. No es necesario conocer el

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