DEDUCCION DE LAS LEYES DE LOS GASES APARTIR DE LA TEOERIA.

Ley de Boyle: Relación Volumen- Presión

Robert Boyle realizo un experimento, una muestra de gas atrapada en un tubo en U que contenía mercurio y que se deja hasta que la temperatura sea contante, se registran el volumen y la diferencia de alturas de las dos columnas de mercurio; esta diferencia de alturas más la presión de la atmosfera representan la presión del gas. Entre más mercurio más presión aumentando la altura de la columna y menos volumen del gas. 

Robert Boyle.

Experimento de Boyle que demuestra la relación de la presión y el volumen a una temperatura dada.

Demostró entonces que: A una temperatura, el producto de la presión y el volumen de una masa de gas es constante.

PV=K (T, n constantes)

Ley de Boyle: El valor de K depende de la cantidad (moles n) de gas y de la temperatura. Cuando el volumen se traza en función.

Cuando se traza una gráfica del volumen de un gas en función de la presión a temperatura constante la curva que se genera es una media hipérbola.

A temperatura constante el volumen V, que ocupa una masa definida de gas es inversamente proporcional a la presión aplicada

A temperatura y presión normales, casi todos los gases siguen la ley de Boyle. A esto se le llama comportamiento ideal

Considérese una masa fija de gas a temperatura constante pero en dos condiciones diferentes de presión y volumen.

1ra condicion: P1V1= k (T, n constantes)

2da condicion: P2V2= k (T, n constantes)

Puesto que los miembros de la derecha de estas dos ecuaciones son iguales los miembros del lado izquierdo deben ser iguales

P1V1= P2V2 (Para una cantidad de gas a temperatura constante)

Esta forma de la ley de Boyle es útil en cálculos que comprenden cambios de presión y
volumen.

Ley de Charles: Relación Volumen-Temperatura, Escala de Temperatura Absoluta

En sus estudios de presión-volumen en gases, Robert Boyle advirtió que el calentamiento de una muestra de gas causaba un cambio de volumen. En 1880 dos científicos franceses Jacques Charles y Joseph Gay-Lussac pioneros en globos aerostáticos en ese tiempo, comenzaron a estudiar a expansión de los gases con el incremento de temperatura. Con sus estudios demostraron que la rapidez de expansión de un gas, con el aumento de su temperatura, era constante y que era igual para todos los gases que estudiaron, ya que la presión era constante. Los científicos utilizaron este comportamiento de los gases como fundamento de una nueva escala e temperatura, la de la temperatura absoluta.

Jacques Charles

Lord Kelvin, físico ingles, advirtió que la extrapolación de las líneas temperatura-volumen a volumen cero (línea punteada) se intersectaba en un punto común a -273.15 °C sobre el eje de la temperatura. Kelvin le dio el nombre de cero absoluto a esta. Los grados son de misma magnitud en todas las escalas, de modo que 0 °C se convierten en 273.15 grados sobre el cero absoluto. En reconociemto se le dio el nombre a la escala de temperatura Kelvin. La relación entre la temperatura Celsius y Kelvin es:

K= °C + 273.15

Si se convierten temperaturas (°C) en temperaturas absolutas (°K), la relación volumen-temperatura se vuelve obvia, a esta relacion se le da el nombre de Ley de Charles.

Podemos expresar la Ley de Charles se puede expresar de la siguiente manera

V= kT             ( P, n constantes)

Reordenando la expresión se obtiene V/T= k un enunciado conciso de la Ley de Charles que a medida que aumenta la temperatura, el volumen aumenta en forma proporcional

V/T1  = V/T2

Que resulta ser la forma más útil de la Ley de Charles. Esta relación solo es válida cuando la temperatura, T, se expresa en términos de la escala absoluta (de ordinario la Kelvin)

Ley de Gay-Lussac de Volúmenes que se combinan y Ley de Avogadro

Joseph Gay- Lussac, químico francés, estudio los volúmenes de los gases que reaccionan y se forman en las reacciones químicas. En 1808 publico sus resultados: para reacciones que se llevan a cabo a temperatura y presión constantes, los volúmenes de los gases implicados son reacciones de números enteros pequeños.

Ley de Gay-Lussac de los volúmenes que se combinan:

A temperatura y presión constante, los volúmenes de los gases que intervienen en reacciones químicas forman relaciones iguales a números enteros pequeños.

Para explicar por qué sucede lo anterior, Amedeo Avogadro, físico italiano, sugirió en 1811 que volúmenes iguales de todos los gases a la misma temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas.

En otras palabras, 100 moléculas de cualquier gas tienen el mismo volumen. Las densidades de los líquidos y los sólidos son del orden de gramos por centímetro cubico, mientras que las de los gases son del orden de 0.001 gramo por centímetro cubico. Si imaginamos que los gases son en su mayor parte espacio vacío, donde las moléculas solo ocupan una pequeña parte del volumen total del gas, esto explicara las bajas densidades de los gases, porque volúmenes iguales de todos los gases a la misma temperatura y presión contienen la misma cantidad de moléculas

.

Un gas formado por moléculas pequeñas que se mueven con rapidez en un volumen grande, se llama teoría cinético-molecular.

Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante

Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800. Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.

La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:

• ·         Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.
• ·         Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.

Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

PT=kPT=k

                       (El cociente entre la presión y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P₁ y a una temperatura T₁ al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T₂, entonces la presión cambiará a P₂, y se cumplirá:

P1T1=P2T2

Que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.

Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.