Los Gases

Leyes de los gases.

¿Te has cuestionado sobre la importancia que tienen los gases en tu vida cotidiana?, ¿por qué el refresco forma burbujas al destaparlo?, ¿con qué se inflan los globos en las fiestas de los niños?, ¿cuáles son las causas de que un tanque de gas doméstico explote?

El gas, a diferencia del líquido y el sólido, es formado por infinidad de moléculas en constante movimiento; su comportamiento depende esencialmente de cuatro propiedades: presión, temperatura, volumen y masa. Por ejemplo, cuando un globo inflado con aire es introducido en agua caliente aumenta su volumen y lo disminuye al sumergirlo en agua fría. Este es un ejemplo de cómo la variación de la temperatura afecta a la presión y al volumen de un gas. Las relaciones entre estas variables las estudian las leyes de Boyle-Mariotte, Charles y Gay-Lussac.

Ley de Boyle-Mariotte.

Rober Boyle [(1627-1691), químico y físico inglés conocido por sus experimentos notables acerca de las propiedades de los gases, partidario de la teoría corpuscular de la materia] y Edme Mariotte [(1620-1684), físico francés que señaló la posibilidad de pronosticar el tiempo con base en variaciones barométricas] en 1662 establecieron su ley, la cual dice que cuando la temperatura se mantiene constante para una misma masa gaseosa, el volumen ocupado por ésta es inversamente proporcional a la presión absoluta que se ejerce sobre ella.

Si un gas presenta condiciones iniciales de volumen y presión (V1, P1), al incrementar la presión al doble (P2=2P1) el volumen disminuye a la mitad:

V2=V1/2

Y la densidad del gas se duplica si se triplica la presión (P3=3P1), el volumen disminuye tres veces y la densidad del gas se triplica.

Ley de Charles.

Jackes Alexandre Cesar Charles (1746-1823), físico francés inventor de aparatos científicos y primera persona en utilizar hidrógeno para inflar globos en 1787, propone su ley aplicable al gas ideal la cual establece que cuando la presión se mantiene constante para una misma masa gaseosa, el volumen de ésta es directamente proporcional a la temperatura absoluta que presenta.

Graficando datos de volumen-temperatura para un gas ideal que se obtiene una recta, la cual al extrapolarla llega al volumen teórico de cero al que le corresponde una temperatura de -273°C; a este valor se le conoce como cero absoluto.

La ecuación que representa la ley de Chales es:

Ecuación de la ley de Charles

V1/T1=V2/T2 Unidad

T1 Temperatura inicial K

T2 Temperatura final K

V1 Volumen inicial M3

V2 Volumen final M3

K: kelvin M: metro

Ley Gay-Lussac.

Joseph Louis Gay Lussac (1778-1850), químico y físico francés, desarrolló técnicas de análisis químicos, estudió las altas capas de la atmósfera y el magnetismo terrestre y en 1802 propuso su ley, la cual establece que cuando el volumen permanece constante para una misma masa gaseosa, la presión absoluta que ésta ejerce es directamente proporcional a la temperatura absoluta que presenta. Por lo tanto se cumple que a mayor temperatura mayor presión y viceversa. Graficando valores de presión y temperatura de un gas ideal se obtiene una línea recta.

La ecuación que representa a la ley de Gay-Lussac se muestra a continuación.

Ecuación de la ley Gay-Lussac

P1abs/T1=P2abs/T2 Unidad

P1abs Presión absoluta inicial. N/m2

P2abs Presión absoluta final. N/m2

T1 Temperatura inicial. K

T2 Temperatura final. K

N: newton. m: metro.

kPa: kilopascal. Patm: presión atmosférica.

Pman: Presión manométrica. K: kelvin.

N/m2= pascal= Pa. Pabs=Patm+Pman

1kPa= 1000 Pa. Patm=1.013x105Pa=101.3 kPa

Cosas que permiten explicar las distintas leyes.

La ley Boyle-Mariotte permite explicar situaciones como:

-El aumento de presión del pistón de un motor de combustión interna disminuye drásticamente el volumen de gasolina en estado gaseoso, hasta que explota por el chispazo de la bujía.

-La variación del volumen que experimenta una burbuja de aire durante su ascenso a la superficie de un líquido, en el que a medida que asciende la presión disminuye y su volumen aumenta.

-El proceso de respiración, en el cual al momento de inhalar el diafragma se desplaza hacia abajo lo que hace que el volumen torácico aumente, la presión disminuya y el aire pueda introducirse en ellos. Sin embargo, durante la exhalación sube, la presión torácica aumenta y el aire es expulsado.

La ley de Charles permite explicar situaciones como:

-El vuelo de un globo aerostático es función del calentamiento del gas que hace que se expanda y aumente su volumen haciéndolo más ligero, y permitiendo alcanzar

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