LOS GASES

se denomina gas al estado de agregación de la materia compuesto principalmente por moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, lo que hace que los gases no tengan volumen definido ni forma definida, y se expandan libremente hasta llenar el recipiente que los contiene

LAS LEYES DE LOS GASES

• Ley de Avogadro: Esta ley, descubierta por Avogadro a principios del siglo XIX, establece la relación entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presión. Recuerda que la cantidad de gas la medimos en moles. 
  
  
  
  
  
  El volumen es directamente proporcional a la cantidad de gas:

  •Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el volumen.
  •Si disminuimos la cantidad de gas, el volumen disminuye.

A continuación supondremos que aumentamos la cantidad de gas. Esto quiere decir que al haber mayor número de moléculas aumentará la frecuencia de los choques con las paredes del recipiente lo que implica que la presión dentro del recipiente es mayor que la exterior y esto provoca que el émbolo se desplace hacia arriba inmediatamente. Al haber ahora mayor distancia entre las paredes (es decir, mayor volumen del recipiente) el número de choques de las moléculas contra las paredes disminuye y la presión vuelve a su valor original.

la ley de Avogadro también se puede expresar así:

Supongamos que tenemos una cierta cantidad de gas n₁ que ocupa un volumen V₁ al comienzo del experimento. Si variamos la cantidad de gas hasta un nuevo valor n₂, entonces el volumen cambiará a V₂, y se cumplirá:

EJEMPLO:

puede aplicarse por ejemplo a cuando llenamos un globo y lo dejamos escapar, por lo que el comportamiento del gas dentro del globo seguirá un comportamiento que describe la ley de Avogadro.

• Ley de Boyle: 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.

El volumen es inversamente proporcional a la presión:

• Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
• Si la presión disminuye, el volumen aumenta.

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. 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.

la expresión matemática de esta ley es:

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:

EJEMPLO:

El airbag, cuando se le aumenta el volumen se aumenta la presión. Pistones de motor en el automóvil, existe un cambio de volumen en el pistón que genera cambios de presiones, los cuales mueven al mismo. Los tanques de buceo, al recibir más presión por el agua hace que el volumen de oxígeno disminuya.

• Ley de Charles: 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.

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:

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:

EJEMPLO:

Si se tapa una botella que contiene un poco de agua, con ayuda de un globo adherido a su boquilla, y se somete a calentamiento (mayor temperatura), los vapores generados por el agua inflarán el globo (mayor volumen). Si posteriormente la botella se coloca dentro de un envase con hielo (menor temperatura), se observa como el globo se comprime (disminuye su tamaño).

• Ley de Gay-Lussac: 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.

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:

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:

EJEMPLO:

la verificación de la presión de las llantas de un coche; en bajas temperaturas, ésta disminuye; por ello, es necesario llenar las llantas de aire para incrementar la presión, para que se pueda usar el coche de manera segura.

• Ley combinada de los gases:

Esta ley se relaciona con el volumen, temperatura y presión. Al relacionarlos, dan origen a una constante: la masa del gas no varía. Esta se llama así porque combina las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac en una única ecuación. Esta ley establece la relación entre temperatura, presión y volumen de un gas.

• Ley gases ideales: 

Los gases son complicados. Están llenos de miles de millones moléculas energéticas de gas que pueden colisionar y posiblemente interactuar entre ellas. Dado que es difícil describir de forma exacta un gas real, la gente creó el concepto de gas ideal como una aproximación que nos ayuda a modelar y predecir el comportamiento de los gases reales.