Quimica Ley de Boyle

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Ley de Boyle
Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante
Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.
La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.
 
El volumen es inversamente proporcional a la presión:
· Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
· Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.
Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.
Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.
Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:
P⋅V=kP⋅V=k
(El producto de la presión por el volumen es constante)
Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presión P1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:
P1⋅V1=P2⋅V2P1⋅V1=P2⋅V2
Que es otra manera de expresar la ley de Boyle.
Ley de Charles
Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante
En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.
 
El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:
· Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.
· Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.
¿Por qué ocurre esto?
Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).
Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.
Matemáticamente podemos expresarlo así:
VT=kVT=k
(El cociente entre el volumen y la temperatura es constante)
Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la temperatura cambiará a T2, y se cumplirá:
V1T1=V2T2V1T1=V2T2
Que es otra manera de expresar la ley de Charles.
Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de temperatura.
Ley de Gay-Lussac
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=P2T2P1T1=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.
Ecuación general del estado gaseoso
La ecuación general del estado gaseoso es una combinación de las ecuaciones antes mencionadas, donde nuevamente las variables a encontrar son la presión, temperatura o volumen del gas, cuando se tiene un cambio entre dos variables.
La expresión matemática, o fórmula de la ecuación general del estado gaseoso, es la siguiente:
Dónde:
 = Presión Inicial
 = Volumen Inicial
 = Temperatura Inicial
 = Presión Final
 = Volumen Final
 = Temperatura Final
¡Recordar!, las temperaturas se manejan en escalas absolutas, es decir en °K
LEY DE DALTON, PRESIONES PARCIALES
DEFINICIÓN
Cuando se colocan en un recipiente varios gases que no reaccionan entre sí, las partículas de cada gas chocan contra las paredes del recipiente, independientemente de la presencia de los otros gases.
Esta ley dice: “la presión total de una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de los gases que la componen”
La mayoría de los gases son insolubles al agua, por lo que en el laboratorio se obtienen fácilmente con el método de desplazamiento del agua. Por tanto para calcular la presión del gas seco, es necesario conocer la presión del vapor de agua a esa temperatura.
La presión que ejerce un gas es proporcional al número de moléculas presentes en el gas, e independientemente de su naturaleza. En una mezcla gaseosa cada uno de los gases obedece la ecuación del gas ideal, por lo tanto:
Si todos los gases se encuentran en las mismas condiciones de volumen y temperatura, tenemos:
Propiedades Físicas De Los Gases
En estado gaseoso las moléculas se mueven en el vacío a gran velocidad, casi no son atraídas unas por otras, se encuentran entre sí muy separadas existiendo gran espacio vacío entre ellas, por ello se explican sus propiedades físicas:
Al moverse prácticamente libres son capaces de distribuirse en todo el espacio del recipiente que las contiene.
Debido al enorme espacio que hay entre unas y otras se comprimen fácilmente, es decir pueden pasar de ocupar cierto volumen a uno menor tamaño.
Las leyes que rigen a los gases en un modelo ideal relacionan la temperatura, el volumen y la presión.
Evaporación – Ebullición.
La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso un estado líquido hacia un estado gaseoso. A diferencia de la ebullición, la evaporación se produce a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada aquélla. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Las moléculas de un líquido se mueven con diferentes velocidades. En un instante dado, algunas de las moléculas que están en la superficie del líquido poseen suficiente energía para vencer las fuerzas de atracción de sus vecinas y escapar a la fase gaseosa. A cualquier temperatura dada, tiene lugar un movimiento continuo de moléculas de la fase líquida a la fase gaseosa. Sin embargo, al aumentar el número de moléculas en la fase gaseosa, aumenta la probabilidad de que una molécula de la fase gaseosa choque con la superficie del líquido y vuelva a ser capturada por éste. En algún momento, la frecuencia con que las moléculas regresanal líquido es igual a la frecuencia con que escapan. El número de moléculas de la fase gaseosa llega entonces a un valor estable, y la presión de vapor se hace constante.
Un líquido y su vapor están en equilibrio cuando la evaporación y la condensación ocurren con la misma rapidez. Después de un tiempo corto, la presión del vapor alcanzará un valor constante, que denominamos presión de vapor de la sustancia. La presión de vapor de un líquido es la presión ejercida por su vapor cuando los estados líquido y de vapor están en equilibrio dinámico.
Cuando la vaporización tiene lugar en toda la masa de líquido, formándose burbujas de vapor en su interior, se denomina ebullición. Un líquido hierve cuando su presión de vapor es igual a la presión externa que actúa sobre la superficie del líquido.
Punto de ebullición.
La temperatura de ebullición es característica de cada sustancia y se denomina punto de ebullición. El punto de ebullición del agua es 100 °C a la presión atmosférica normal. En el punto de ebullición la presión de vapor es igual a la presión atmosférica. El punto de ebullición de un líquido a una presión de 1 atm es su punto normal de ebullición.
Leyes de los gases ideales
En primer lugar empezamos diciendo que un gas ideal será aquel en el que las moléculas que lo forman tienen volumen cero y los choques entre ellas son perfectamente elásticos.
Los gases ideales no existen aunque podemos considerar que los gases de masa molecular no muy alta a presiones no muy bajas y a temperaturas no excesivamente bajas se comportan como gases ideales.
Ley de Boyle - Mariotte (gases ideales)
Relaciona el volumen y la presión de una cantidad de gas a temperatura constante. "El producto de ambas variables es constante para una cantidad de gas a temperatura constante". La presión y el volumen son inversamente proporcionales. Es decir si la presión aumenta el volumen disminuye y si la presión disminuye el volumen aumenta.
P1·V1 = P2·V2
(Para T constante)
Leyes de Charles - Gay Lussac (gases ideales)
Es una de las leyes de los gases ideales. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa.
La primera ley dice que a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye.
V1 / T1 = V2 / T2
(Para P constante)
La segunda ley establece que a volumen es constante, el cociente entre la presión y la temperatura es constante:
P1 / T1 = P2 / T2
(Para V constante)
Combinando estas leyes podemos llegar a otras dos ecuaciones como se ve en la animación siguiente:
Ecuación de estado de los gases ideales.
Combinando todas las leyes anteriores se llega a la expresión:
P1 V1 / T1 = P2V2 / T2
Que es la ecuación general de los gases ideales.
Si la cantidad de materia que tenemos es 1 mol en condiciones normales (1atm y 0K) ocupará un volumen de 22,4 L. Esto significa que el producto:
P0 V0 / T0 = 1atm·22,4L / 273 Kmol = 0,082 atm L K-1mol-1 = R
Por esta razón y para n moles siendo las condiciones de presión y temperatura cualesquiera podemos poner que:
PV = n·R·T