Leyes de los gases
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Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.
Ley de CharlesEditar
Artículo principal: Ley de Charles
La ley de Charles, o ley de los volumenes, fue descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin).
Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo).
V = k_2T \,
Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3·K−1) es la constante producida.
Ley de Gay-LussacEditar
Artículo principal: Ley de Gay-Lussac
Postula que las presiones ejercidas por un gas sobre las paredes del recipiente que lo contienen son proporcionales a sus temperaturas absolutas cuando el volumen es constante.
P = k_3T \qquad
Combinación y leyes de los gases idealesEditar
Artículo principal: Ley general de los gases
Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante:
PV = k_1 \qquad (1)
Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta:
V = k_2T \qquad (2)
Ley de Gay-Lussac dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta:
P = k_3T \qquad (3)
Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.
Mediante la combinación de (2) o (3) podemos obtener una nueva ecuación con P, V y T.
PV=k_{ 2 }{ k }_{ 3 }{ T }^{ 2 }
Definiendo el producto de K2 por K3 como K4 :
PV=k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Multiplicando esta ecuación por (1):
{ (PV) }^{ 2 }={ k }_{ 1 }k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Definiendo k5 como el producto de k1 por k4 reordenando la ecuación:
*Ley de difusión de Graham:
La difusión es el proceso por el cual una substancia se distribuye uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se encuentra. Por ejemplo: si se conectan dos tanques conteniendo el mismo gas a diferentes presiones, en corto tiempo la presión es igual en ambos tanques. También si se introduce una pequeña cantidad de gas A en un extremo de un tanque cerrado que contiene otro gas B, rápidamente el gas A se distribuirá uniformemente por todo el tanque. La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elástico de las moléculas gaseosas. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusión. Para obtener información cuantitativa sobre las velocidades de difusión se han hecho muchas determinaciones. En una técnica el gas se deja pasar por orificios pequeños a un espacio totalmente vacío; la distribución en estas condiciones se llama efusión y la velocidad de las moléculas es igual que en la difusión. Los resultados son expresados por la ley de Graham. «La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad.»
Ley de Boyle:
Esta nos dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión: Cuando vas a destapar un frasco nuevo de salsa, ¿cómo sabes que nunca fue abierto antes? pues simple, la tapa está invertida porque la presión de aire dentro del frasco es menor y se presuriza al abrirlo, por lo que se produce un chasquido cuando se revierte la lámina de la tapa.
Todos los motores de combustión (nafta, diesel) están basados en la ley de Boyle, es la presión generada por los gases de combustión dentro de los cilindros lo que provoca el movimiento. En las fiestas infantiles cuando los niños aplastan globos aplicándoles presión, su volumen disminuye causando un cambio en la figura del globo, por el contrario cuando el niño deja de pisarlo la presión disminuye y el globo recupera su forma normal expandiéndose lo que nos indica que su volumen aumento.
Ley de Charles:
El volumen de una cantidad fija de gas mantenida a una presión constante es directamente proporcional a su temperatura absoluta. A mayor temperatura será mayor el volumen, es decir que cuando calienta el gas, se dilata, de aqui dos ejemplos cotidianos, el primero referente a la hora de cargar gasolina en el auto, sabemos que en la madrugada o temprano en la mañana es la mejor hora pues entre más frío está el combustible (que es un gas licuado) menor es el volumen, por ende mayor es la masa, quiere decir que será mayor cantidad de moléculas de combustible en el mismo litro que la cantidad de moléculas cuando se dilata al aumentar la temperatura en un día soleado (un mejor negocio para tu bolsillo) y el segundo ejemplo es también viajando en el auto, es con relación al agua del radiador, no puede ser muy poca pues el carro se recalentaría, ya que necesita un volumen suficiente para absorber el calor que genera el motor.
Ley de Gay-Lussac:
La presión de un gas que se mantiene a volumen constante,es directamente proporcional a la temperatura: Es por esto que para poder envasar gas, como gas licuado, primero se ha de enfriar el volumen de gas deseado, hasta una temperatura característica de cada gas, a fin de poder someterlo a la presión requerida para licuarlo sin que sesobrecaliente, y, eventualmente, explote.
Boyle-Mariotte: A temperatura constante, el volumen de una masa dada de un gas ideal es inversamente proporcional a la presión a que se encuentra sometido; en consecuencia, el producto de la presión por su volumen es constante.
P1V1 = P2V2
Ejemplo: se lo puede observar en un globo que se infla, a mayor presión ejercida, el volumen del globo aumenta.
Gay-Lussac: A volumen constante, la presión de una masa dada de un gas ideal aumenta 1/273 con respecto a su presión a 0°C por cada °C que aumente o disminuya su temperatura, siempre que su volumen permanezca constante.
P1 / T1 = P2 / T2
Ejemplo: La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante). Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión.
Charles: A presión constante, el volumen de una masa dada de un gas ideal aumenta en 1/273 respecto a su volumen a 0°C por cada °C que eleve su temperatura. Análogamente, se contrae en 1/273 respecto a su volumen a 0°C por cada grado °C que descienda su temperatura, siempre que la presión permanezca constante, o sea que:
Vtotal=V0(1+1/273T)=V0/273(273+T)=k1T
p=constante
k1=constante
De esto se deriva que: k1=k2
V1/k1T1=V2/k2T2 por tanto V1/T1=V2/T2
Ejemplo: La puedes observar en un globo aerostático. Calientas el gas y este tiende a expandirse más (es decir, el volumen aumenta) logrando elevar el globo a mayor altura.
La aplicación de la ley de Boyle en los motores ya sea gasolina, gas o diesel se presenta en la combustión interna, ya que en el primer tiempo ingresa aire al cilindro con un volumen y presión (1), en el segundo tiempo se disminuye el volumen al aumentar la presión de este, de aquí en adelante interviene un cambio de temperatura que genera una explosión y expulsa los gases con un volumen y presión (2).
Una de las formas practicas de la ley de Boyle en los automoviles es el sistema airbag o también llamado ACRS (Air Cushion Restraint System) el cual funciona descargado una cantidad de aire o gas desde una cámara hacia la bolsa exterior donde podemos ver que la presión disminuye y el volumen aumenta con una temperatura constante.
Lagregando a mi primera intervención existen varias leyes concernientes a los gases y a su utilidad en la vida cotidiana leyes tales como : a ley de Graham establece que la velocidad de difusión de las moléculas de gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad. En combinación con la ley de Avogadro (es decir, ya que los volúmenes iguales tienen el mismo número de moléculas), es lo mismo que ser inversamente proporcional a la raíz del peso molecular.
La ley de Dalton de las presiones parciales establece que la presión de una mezcla de gases es simplemente la suma de las presiones parciales de los componentes individuales. Ley de Dalton es el siguiente:
P_{total} = P_1 + P_2 + P_3 + … + P_n \,,
O
P_{{{Total}}} = P_{{{Gas}}} + P_{{{H}_2{0}}} \,,
Donde PTotal es la presión total de la atmósfera, PGas es la presión de la mezcla de gases en la atmósfera, y PH20 es la presión del agua a esa temperatura.
La ley de Henry declara que:
volumen de un gas: Son las dimensiones del espacio que ocupa un gas. En un sistema cerrado, el gas ocupa todo el volumen del sistema. Así por ejemplo, cuando un gas es metido a un recipiente, se expande uniformemente para ocupar todo el recipiente. Cuando un gas es sacado del recipiente al ambiente tenderá a expandirse por la atmósfera.
p = k_{\rm H}\, c
La ley de Graham establece que la velocidad de difusión de las moléculas de gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad. En combinación con la ley de Avogadro (es decir, ya que los volúmenes iguales tienen el mismo número de moléculas), es lo mismo que ser inversamente proporcional a la raíz del peso molecular.
La ley de Dalton de las presiones parciales establece que la presión de una mezcla de gases es simplemente la suma de las presiones parciales de los componentes individuales. Ley de Dalton es el siguiente:
P_{total} = P_1 + P_2 + P_3 + … + P_n \,,
O
P_{{{Total}}} = P_{{{Gas}}} + P_{{{H}_2{0}}} \,,
Donde PTotal es la presión total de la atmósfera, PGas es la presión de la mezcla de gases en la atmósfera, y PH20 es la presión del agua a esa temperatura.
La ley de Henry declara que:
volumen de un gas: Son las dimensiones del espacio que ocupa un gas. En un sistema cerrado, el gas ocupa todo el volumen del sistema. Así por ejemplo, cuando un gas es metido a un recipiente, se expande uniformemente para ocupar todo el recipiente. Cuando un gas es sacado del recipiente al ambiente tenderá a expandirse por la atmósfera.
p = k_{\rm H}\, c
Aplicaciones de las leyes de los gases
La ley de los gases combinados se pueden utilizar para explicar la mecánica que se ven afectados de presión, temperatura y volumen. Por ejemplo: los acondicionadores de aire, refrigeradores y la formación de nubes.
Otros ejemplos de la aplicación de las leyes de los gases
¿Cómo funciona un globo aerostático?
El funcionamiento de un globo aerostático se basa en la Ley de Charles, según la cual, el volumen de un gas aumenta con la temperatura. Primero se llena el globo con aire con unos aspiradores y posteriormente se calienta el aire que hay en el interior del globo. Al calentar el aire, éste aumenta su volumen, y por tanto disminuye su densidad. Al tener ahora el aire caliente menor densidad que el aire frío se eleva, como se eleva el aceite sobre el agua, por diferencia de densidades.
¿Cómo se origina una explosión?
Muchas de las explosiones se producen al mezclar una serie reactivos químicos que forman como producto de la reacción una enorme cantidad de gas. El aumento de la presión del gas hace saltar lo que encuentra alrededor con una explosión. También algunos cohetes funcionan de la misma manera. Su combustible produce grandes presiones de gas. Esta presión sale por el extremo inferior del cohete y le empuja con mucha fuerza hacia arriba hasta que alcanzan el espacio.
Las bombonas de butano
Según la Ley de Boyle, al aumentar la presión de un gas, disminuye su volumen. Por tanto, si aumentamos la presión de hasta aproximadamente 180 atmósferas, el volumen de gas será de unos 25 litros, que es el volumen que suele haber en las bombonas. Por eso, el butano de las bombonas se encuentran a muy alta presión. A esta presión, el gas está licuado, es decir, en estado líquido. Cuando sale de la bombona pasa a estado gasesoso, ya que la presión fuera es mucho de menor, 1 atmósfera.
Las leyes de los gases de Avogadro, Charles, Boyle y Gay-Lussac suelen combinarse en una ecuación llamada la ley del gas ideal, aunque existen varias otras. Las leyes de los gases explican los efectos de la presión, el volumen y la temperatura absoluta en un gas teóricamente perfecto sin ninguna fuerza de atracción entre sus moléculas.
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real usan estimaciones de estas ecuaciones para predecir cómo se comportan los gases bajo condiciones reales a temperatura y presión normales, informa el Departamento de Química de Purdue. Aunque no existe el gas ideal, las leyes para éste predicen el comportamiento de un gas real en un 5%. A temperaturas y presión extremos, la ley del gas ideal requiere la adición de una constante de van der Waals que justifica la atracción entre moléculas de un gas.
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada. Otros tipos de usos pueden incluir dispositivos de seguridad e incluso el transporte.
Ejemplo
La lata promedio de cola hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución. Para la cola, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de «reventón». En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Efectos
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura – para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.
Los gases reaccionan de forma mucho más dramática a los cambios en el entorno que los sólidos y los líquidos. Las leyes de los gases que predicen estos cambios suelen enseñarse como parte del curriculum central de una educación secundaria de química. La mayoría de estas leyes fueron descubiertas hace cientos de años. La información de estas ecuaciones se usa en muchos productos domésticos comunes en casi cada sector.
Aplicaciones
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada, Otros tipos de usos pueden incluir dispositivos de seguridad e incluso el transporte.
1.La lata promedio de soda hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución.
2.Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de “reventón”.
3.En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir , que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles ( n).
Las propiedades de la materia en estado gaseoso son:
Recipentes de gas.
1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.
2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.
3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.
4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.
Ley de Charles:
Duplicar la temperatura de un gas dobla su volumen, siempre y cuando la presión del gas y la cantidad de gas no se cambie.
Un balon fútbol que se infla dentro de una casa y luego sale al aire libre en un día de invierno se reduce ligeramente.
Una balsa salvavidas de goma ligeramente desinflada en la luz del sol brillante hincha nuevamente.
Ley de Boyle:
La duplicación de la presión en un gas reduce a la mitad de su volumen, siempre y cuando la temperatura del gas y la cantidad del gas no se cambien .
Las burbujas exhaladas por un buzo crecen al aproximarse a la superficie del océano. (La presión ejercida por el peso del agua disminuye con la profundidad, por lo que el volumen de las burbujas aumenta a medida que suben.)
Los peces que viven en las profundidades mueren cuando se los lleva a la superficie. (La presión disminuye a medida que los peces son llevados a la superficie, por lo que el volumen de los gases en su cuerpo aumenta y aparece vejigas, células y membranas).
Empujar el émbolo de una jeringa disminuye el volumen de aire atrapado bajo el émbolo.
Ley Amontons ‘:
La duplicación de la temperatura de un gas duplica su presión, si no se cambian el volumen y la cantidad de gas ..
La presión manométrica en un neumático de automóvil con cinturón de acero será mayor cuando el coche está viajando sobre el asfalto caliente de lo que era cuando el coche estaba en el garaje.
Lanzar un bote de aerosol al fuego, puede ocasionar que explote.
Ley de Avogadro:
Duplicando el número de moles de gas duplica su volumen, si no se cambian la temperatura y la presión.
Una neumatico pinchado ocupa menos espacio que un neumático inflado.
Los pulmones se expanden a medida que se llenan de aire. Exhalación disminuye el volumen de los pulmones.
Un globo lleno de helio pesa mucho menos que un globo lleno de aire idéntica. (Ley de Avogadro implica que volúmenes iguales contienen el mismo número de moléculas, cuando la presión y la temperatura se mantienen constantes. Dado que ambos globos contienen el mismo número de moléculas, y puesto que los átomos de helio tienen una masa menor que cualquiera de las moléculas de oxígeno o moléculas de nitrógeno en el aire, el helio globo es más ligero.)
OTRAS APLICACIONES
Para la preparacion y llenado de los tanques de oxigeno, nitrogeno, hidrogeno, helio, argon, acetileno, neon, freon, metano, etano, propano, butano, etc. que se usan en la industria en general, y algunos en medicina.
En el cracking del petroleo, en los hornos de secado de diferente clase, en las camaras frigorificas y cuartos frios. En la criogenizacion. En la destilacion de aceites esenciales para perfumeria.
En la preparacion de fideos y pastas en general. En la fase de esterilizacion de alimentos enlatados.
En la liofilizacion de medicamentos, tales como hormonas, vacunas, antibioticos, vitaminas.
En los reactores de sintesis organica. En el diseño y fabricacion de plantas quimicas para manufactura de sintesis organica. En maquinaria que trabaja con gases comprimidos.
APLICACIONES DE LOS GASES EN EL USO DIARIO
• Gases medicinales
Son aquellos gases que por sus características específicas son utilizadas para el consumo humano y aplicaciones medicinales en instituciones de salud y en forma particular como lo son:
Oxigeno
Óxido nitroso
Aire medicinal
Otros gases: Helio, dióxido de carbono, nitrógeno
• Campos de aplicación más usuales
Terapia Respiratoria
Reanimación
Unidad de cuidados intensivos
Anestesia
Creación de atmosferas artificiales
Tratamiento de quemadura
GAS
El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir , que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles ( n).
Las propiedades de la materia en estado gaseoso son:
1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.
2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.
3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.
4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.
Variables que afectan el comportamiento de los gases
1. PRESIÓN
Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.
La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor.
2. TEMPERATURA
Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.
La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa.
La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin.
3. CANTIDAD
La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el número de moles de sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso molecular.
4. VOLUMEN
Es el espacio ocupado por un cuerpo.
5. DENSIDAD
Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros.
LEYES DE LOS GASES
LEY DE BOYLE
Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante
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.
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.
LEY DE CHARLES
Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante
Tiene 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.
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).
Si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.
LEY DE GAY-LUSSAC
Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante-
Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.
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.
LEY DE LOS GASES IDEALES
Se define como gas ideal, aquel donde todas las colisiones entre átomos o moléculas son perfectamente elásticas, y en el que no hay fuerzas atractivas intermoleculares. Se puede visualizar como una colección de esferas perfectamente rígidas que chocan unas con otras pero sin interacción entre ellas. En tales gases toda la energía interna está en forma de energía cinética y cualquier cambio en la energía interna va acompañada de un cambio en la temperatura. Un gas ideal se caracteriza por tres variables de estado: la presión absoluta (P), el volumen (V), y la temperatura absoluta (T).
Ley de Boyle
Esta ley nos permite relacionar la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante.
La ley de Boyle (conocida también como de Boyle y Mariotte) establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.
Lo cual significa que:
El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que se le aplica:
En otras palabras:
Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
Esto nos conduce a que, si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.
Ley de Charles
Mediante esta ley relacionamos la temperatura y el volumen de un gas cuando mantenemos la presión constante.
Textualmente, la ley afirma que:
El volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura del gas.
En otras palabras:
Si aumenta la temperatura aplicada al gas, el volumen del gas aumenta.
Si disminuye la temperatura aplicada al gas, el volumen del gas disminuye.
Ley de Gay-Lussac
Esta ley establece la relación entre la presión (P) y la temperatura (T) de un gas cuando el volumen (V) se mantiene constante, y dice textualmente:
La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura.
Esto significa que:
Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.
Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.
Los gases reales no se expanden infinitamente, sino que llegaría un momento en el que no ocuparían más volumen. Esto se debe a que entre sus átomos/moléculas se establecen unas fuerzas bastante pequeñas, debido a los cambios aleatorios de sus cargas electrostáticas.
Son aplicables en la industria como la fabricación de acero y en la industria de los fertilizantes.
Un gas ideal es un conjunto de átomos o moléculas que se mueven libremente sin interacciones. La presión ejercida por el gas se debe a los choques de las moléculas con las paredes del recipiente. El comportamiento de gas ideal se tiene a bajas presiones es decir en el límite de densidad cero. A presiones elevadas las moléculas interaccionan y las fuerzas intermoleculares hacen que el gas se desvíe de la idealidad.
Aplicación por ejemplo el helio se usa para las luces de los autos, el neón como las luces para los circos o las de disco, q son fluorescentes.
La cantidad de gas está relacionada con el número total de moléculas que se encuentran en un recipiente. La unidad que utilizamos para medir la cantidad de gas es el mol. Un mol es un número de moléculas igual al llamado número de Avogadro:
Ley de Gay-Lusack y Charles
Esta es una de las leyes de los gases el cual posee 2 casos y en la primera tenemos la relación entre el volumen y la temperatura y en este caso la presión permanece constante, esta fue dada por Gay-Lusack y un ejemplo de esta aplicación puede ser cuando se calienta un liquido en un vaso y e aquí que varia tanto la temperatura como el volumen del gas y como se esta realizando el procedimiento a la presión normal permanece constante.
El segundo caso es la relación entre la presión y la temperatura cuando el volumen permanece constante y esta fue dada por Charles y el ejemplo de esta aplicación es cuando calentamos una olla presión con un liquido dentro, cuando empieza a variar la temperatura, como la olla esta herméticamente sellada la presión va a aumentar pero el volumen del gas permanecerá constante y así son procedimientos prácticos para demostrar esta ley que es la de Gay-Lusack y Charles.
Aplicaciones de las leyes de los gases
-Boyle-Mariotte: A temperatura constante, el volumen de una masa dada de un gas ideal es inversamente proporcional a la presión a que se encuentra sometido; en consecuencia, el producto de la presión por su volumen es constante.
P1V1 = P2V2
EJEMPLO DE APLICACIÓN:
En un experimento un gas ideal con 25 m3 de volumen y presión de 1.5 atm, fue sometido a una presión de 4 atm, manteniéndose a una temperatura constante. ¿Qué volumen ocupará?
Como la temperatura se mantiene constante y conocemos la P1, P2 y V1, tenemos que:
V2=P1V1/P2
V2=(1.5 atm)(25 m3)/4 atm=9.37 m3
-Charles: A presión constante, el volumen de una masa dada de un gas ideal aumenta en 1/273 respecto a su volumen a 0°C por cada °C que eleve su temperatura. Análogamente, se contrae en 1/273 respecto a su volumen a 0°C por cada grado °C que descienda su temperatura, siempre que la presión permanezca constante, o sea que:
Vtotal=V0(1+1/273T)=V0/273(273+T)=k1T
p=constante
k1=constante
De esto se deriva que: k1=k2
V1/k1T1=V2/k2T2 por tanto V1/T1=V2/T2
-Gay-Lussac: A volumen constante, la presión de una masa dada de un gas ideal aumenta 1/273 con respecto a su presión a 0°C por cada °C que aumente o disminuya su temperatura, siempre que su volumen permanezca constante.
Leyes de los gases
Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.
Ley de Charles
La ley de Charles, o ley de los volumenes, fue descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin).
Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo).
V = k_2T \,
Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3·K−1) es la constante producida.
Ley de Gay-Lussac
Postula que las presiones ejercidas por un gas sobre las paredes del recipiente que lo contienen son proporcionales a sus temperaturas absolutas cuando el volumen es constante.
P = k_3T \qquad
Combinación y leyes de los gases ideales[editar]
Artículo principal: Ley general de los gases
Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante:
PV = k_1 \qquad (1)
Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta:
V = k_2T \qquad (2)
Ley de Gay-Lussac dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta:
P = k_3T \qquad (3)
Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.
Mediante la combinación de (2) o (3) podemos obtener una nueva ecuación con P, V y T.
PV=k_{ 2 }{ k }_{ 3 }{ T }^{ 2 }
Definiendo el producto de K2 por K3 como K4 :
PV=k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Multiplicando esta ecuación por (1):
{ (PV) }^{ 2 }={ k }_{ 1 }k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Definiendo k5 como el producto de k1 por k4 reordenando la ecuación:
La determinación de una ecuación de estado de los gases implica inevitablemente la medición de la presión, o fuerza por unidad de área, que un gas ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene. La presión de los gases comúnmente se expresa en atmósferas o milímetros de mercurio.
El estudio sistemático del comportamiento de los gases le interesó a los científicos durantes siglos. Destacan los nombres de varios investigadores que establecieron las propiedades de los gases.
Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.
La cantidad de gas está relacionada con el número total de moléculas que se encuentran en un recipiente. La unidad que utilizamos para medir la cantidad de gas es el mol.
Un mol es una cantidad igual al llamado número de Avogadro:
1 mol de moléculas= 6,022·1023 moléculas
1 mol de átomos= 6,022·1023 átomos
¡¡¡ 602.200.000.000.000.000.000.000 !!!
La masa molar de una sustancia pura es la masa que corresponde a 1 mol de dicha sustancia
Teoría Cinético-Molecular de los Gases
En 1738 Daniel Bernouilli dedujo la Ley de Boyle aplicando a las moléculas las leyes del movimiento de Newton, pero su trabajo fue ignorado durante más de un siglo.
Los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron renacer las ideas sostenidas por Bernouilli y en el período entre 1848 y 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinético-molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que se basa en la idea de que todos los gases se comportan de la misma manera en lo referente al movimiento molecular .
En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al movimiento browniano de una partícula pequeña inmersa en un fluido y sus ecuaciones fueron confirmadas por los experimentos de Perrín en 1908, convenciendo de esta forma a los energéticos de la realidad de los átomos.
Ley de difusión de Graham
La difusión es el proceso por el cual una substancia se distribuye uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se encuentra. Por ejemplo: si se conectan dos tanques conteniendo el mismo gas a diferentes presiones, en corto tiempo la presión es igual en ambos tanques. También si se introduce una pequeña cantidad de gas A en un extremo de un tanque cerrado que contiene otro gas B, rápidamente el gas A se distribuirá uniformemente por todo el tanque. La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elástico de las moléculas gaseosas. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusión. Para obtener información cuantitativa sobre las velocidades de difusión se han hecho muchas determinaciones. En una técnica el gas se deja pasar por orificios pequeños a un espacio totalmente vacío; la distribución en estas condiciones se llama efusión y la velocidad de las moléculas es igual que en la difusión. Los resultados son expresados por la ley de Graham. «La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad.»
MAS APLICACIONES DE GASES
• En la industria
Los gases nobles se utilizan de forma generalizada para la iluminación. El criptón o el xenón limitan la degradación progresiva del filamento de la bombilla incandescente, aumentando de esta forma el tiempo de vida de la bombilla y garantizando una mejor eficacia luminosa. El neón y el xenón también se utilizan para la iluminación publicitaria en forma de tubos o bombillas luminiscentes denominados «tubos de neón».
En la industria automovilística, el xenón se utiliza para los faros. Estos focos producen una iluminación muy intensa con una luz blanca, similar a la luz diurna, que acentúa los contrastes y la visión de los colores, contribuyendo así a la seguridad vial.
En el ámbito espacial, el xenón permite propulsar los satélites y ajustar de forma muy precisa su trayectoria. Este gas se utiliza por su masa, puesto que permite garantizar el impulso suficiente para poner el satélite en movimiento en el espacio.
El criptón y el xenón se utilizan igualmente en determinados tipos de láseres y para la fabricación de pantallas planas.
• Análisis de la Compresión de un Gas
Imaginemos que en el cilindro de la figura anexa tenemos un volumen V de un gas ideal y está «tapado» por un pistón que es capaz de deslizar verticalmente infracción. En un principio este sistema se encuentra en equilibrio con el exterior, es decir, la presión que ejerce el gas sobre las paredes del cilindro y sobre el pistón (que es la misma en todas las direcciones)pint es igual a la presión que ejerce el peso del pistón sobre el gas p ext, y más ninguna otra fuerza obra sobre nuestro sistema. Ahora imaginemos que repentinamente aumentamos la presión externa a p’ext y como la presión que ejerce el gas sobre el pistón es pint < pext el equilibrio se romperá y el cilindro deslizará hacia abajo ejerciendo un trabajo W =fuerza*desplazamiento= p'ext ΔV. Esta energía, por la primera ley de la termodinámica, se convertirá instantáneamente en un incremento de energía interna del gas en el recipiente, y es así como el gas absorberá el trabajo del desplazamiento pistón.
• Compresión Isotérmica Reversible para gases ideales
Esta forma de compresión es una secuencia de infinitas etapas, o estados, de equilibrio que se conoce como movimiento cuasi estático, en los que siempre se cumple que la presión que ejerce el gas sobre las paredes del recipiente es igual a la presión que ejerce el pistón sobre el gas pext = pint =nRT /V
• En medio ambiente
Con el fin de limitar las pérdidas energéticas y garantizar un aislamiento óptimo de los edificios, los vidrios aislantes se pueden rellenar de criptón. Este gas inerte y pesado es un buen aislante, ya que sus moléculas se desplazan a menor velocidad que las del aire. El criptón garantiza una eficacia de aislamiento seis veces superior a la de un acristalamiento clásico.
• En sanidad
De forma natural, el xenón posee propiedades analgésicas. Utilizado durante la anestesia, presenta la ventaja de no ser metabolizado por el organismo, ya que se elimina de forma inalterada a través de la espiración. El xenón actúa rápidamente y garantiza la estabilidad de la tensión arterial y de la frecuencia cardíaca durante la intervención. Asimismo, permite que el paciente se despierte y se recupere más rápidamente, ya que el organismo puede eliminarlo fácilmente. Esto aumenta la comodidad del paciente y le permite limitar el tiempo de hospitalización.
• Industria química
La industria química se ocupa de la extracción y procesamiento de las materias primas, tanto naturales como sintéticas, y de su transformación en otras sustancias con características diferentes de las que tenían originalmente, para satisfacer las necesidades de las personas mejorando su calidad de vida. Su objetivo principal es elaborar un producto de buena calidad con el costo más bajo posible, y tratando de ocasionar el menor daño posible al medio ambiente. Las materias primas corresponden a diversos materiales extraídos de la naturaleza con el fin de fabricar bienes del consumo. Se la puede clasificar según su origen: animal, vegetal y mineral.
• Metalurgia
La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales a partir de minerales metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos. La metalúrgica es la rama que aprovecha la ciencia, la tecnología y el arte de obtener metales y minerales industriales, partiendo de sus menas, de una manera eficiente, económica y con resguardo del ambiente, a fin de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la humanidad.
Aplicaciones de las leyes de los gases:
La ley de los gases combinados se pueden utilizar para explicar la mecánica que se ven afectados de presión, temperatura y volumen. Por ejemplo: los acondicionadores de aire, refrigeradores y la formación de nubes.
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura – para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten, informa ScienceClarified. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.
En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Un globo aerostatico necesita estar caliente para elevarse porque a mas temperatura mas presion esa es la ley de GAY LUSSAC
La olla de presion de tu casa, necesita estar tapada para que se eleve la temperatura y el voolumen de tu comida aumente y haya mas presion esa s la ley de LOS GASES COMBINADA
Otros científicos como Charles y Gay Lussac probaron otras variaciones. Charles, mantuvo la presión constante. De esta manera variaban T (temperatura) y V (volumen). Estas magnitudes eran directamente proporcionales al contrario que en el experimento de Boyle. A medida que aumentaba T también lo hacía V. En este caso matemáticamente la constante estaba dada por los cocientes entre V y T.
V1/T1 = V2/T2 = V3/T3 = Vn/Tn
Ejemplo volumen y Temperatura son directamente proporcionales (a presión constante)
Los gases industriales son un grupo de gases manufacturados que se comercializan con usos en diversas aplicaciones. Principalmente son empleados en procesos industriales, tales como la fabricación de acero, aplicaciones medicas, fertilizantes, semiconductores, etc. Los gases industriales de más amplio uso y producción son el Oxígeno, Nitrógeno, Hidrógeno y los gases inertes tales como el Argón. Estos gases desempeñan roles tales como reactivos para procesos, forman parte de ambientes que favorecen reacciones químicas y sirven como materia prima prima para obtener otros productos.
Los gases reaccionan de forma mucho más dramática a los cambios en el entorno que los sólidos y los líquidos. La mayoría de estas leyes fueron descubiertas hace cientos de años. La información de estas ecuaciones se usa en muchos productos domésticos comunes en casi cada sector.
Las leyes de los gases de Avogadro, Charles, Boyle y Gay-Lussac suelen combinarse en una ecuación llamada la ley del gas ideal, aunque existen varias otras, de acuerdo con Wolfram Research. Las leyes de los gases explican los efectos de la presión, el volumen y la temperatura absoluta en un gas teóricamente perfecto sin ninguna fuerza de atracción entre sus moléculas
Usos comunes
La lata promedio de soda hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución, de acuerdo con ScienceClarified. Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de «reventón». En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Efectos
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura – para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten, informa ScienceClarified. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.
Ley de Boyle (P1V1 = P2V2). Lo puedes observar en un globo que inflas, a mayor presión ejercida, el volumen del globo aumenta.
Ley de Charles (V1/ T1 = V2 / T2).- La puedes observar en un globo aerostático. Calientas el gas y este tiende a expandirse más (es decir, el volumen aumenta) logrando elevar el globo a mayor altura.
Ley de Gay Lussac (P1 / T1 = P2 / T2). La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión.
el gas de tu casa, tiene que tener buena presion pero no mucha perque si no las particulas se mueven mas rapido y ocasiona explosion esa el la LEY DE BOYLE
(P1V1 = P2V2)
Un globo aerostatico necesita estar caliente para elevarse porque a mas temperatura mas presion esa es la ley de GAY LUSSAC
(P1 / T1 = P2 / T2)
La olla de presion de tu casa, necesita estar tapada paraque se eleve la temperatura y el voolumen de tu comida aumente y hayya mas presion esa el s ley de LOS GASES COMBINADA
La de Charles no se explicarla pero es a MAYOR TEMPERATURA MAYPOR PRESION
(V1/ T1 = V2 / T2).
Ley de Boyle (P1V1 = P2V2). Lo puedes observar en un globo que inflas, a mayor presión ejercida, el volumen del globo aumenta.
Ley de Charles (V1/ T1 = V2 / T2).- La puedes observar en un globo aerostático. Calientas el gas y este tiende a expandirse más (es decir, el volumen aumenta) logrando elevar el globo a mayor altura.
Ley de Gay Lussac (P1 / T1 = P2 / T2). La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión.
Ley de Boyle: Cuando viajas con una botella de agua entre zonas con diferentes presiones atmosféricas (que va de muy de la mano en relación a la altura sobre el nivel del mar). La botella cerrada en un lugar algunos kilómetros sobre el nivel del mar tendrá «encerrada» una presión que dependerá principalmente de la altura del lugar, si llevas esta misma botella a un lugar más bajo (por ejemplo a la altura del nivel del mar), verás que el volumen del gas encerrado en la botella se a reducido y por lo tanto la botella se ha apachurrado.
Ley de Charles: Se me ocurre (y no sé para que quieres exactamente estos ejemplos, por lo que no se si te será de utilidad) que puede servir el ejemplo de la convección ya que el volumen del aire al calentarse por la vela será mayor disminuyendo su densidad y por lo tanto empieza a moverse verticalmente hacia arriba.
LEY DE AVOGADRO
Relación entre la cantidad de gas y su volumen
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.
¿Por qué ocurre esto?
Vamos a suponer 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 (por un instante) 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.
Según hemos visto en la animación anterior, también podemos expresar la ley de Avogadro así:
(el cociente entre el volumen y la cantidad de gas es constante)
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:
que es otra manera de expresar la ley de Avogadro.
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:
(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:que es otra manera de expresar la ley de Boyle.
Ejemplo:
4.0 L de un gas están a 600.0 mmHg de presión. ¿Cuál será su nuevo volumen si aumentamos la presión hasta 800.0 mmHg?
Solución: Sustituimos los valores en la ecuación P1V1 = P2V2.
(600.0 mmHg) (4.0 L) =(800.0 mmHg) (V2)
Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 3L.
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:
(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:
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.
Ejemplo:
Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 °C?
Recuerda que en estos ejercicios siempre hay que usar la escala Kelvin.
Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:
T1 = (25 + 273) K= 298 K
T2 = (10 + 273 ) K= 283 K
Ahora sustituimos los datos en la ecuación:
2.5L
V2
—–
=
—–
298 K
283 K
Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L.
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:
(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:
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.
Ejemplo:
Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mmHg?
Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:
T1 = (25 + 273) K= 298 K
Ahora sustituimos los datos en la ecuación:
970 mmHg
760 mmHg
————
=
————
298 K
T2
Si despejas T2 obtendrás que la nueva temperatura deberá ser 233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 °C.
Se usan gases para darle burbujas a la soda.
En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
La ley de Boyle nos dice que una masa de un gas a temperatura constante, el volumen es inversamente proporcional a su presion: como ejemplo el airbag este dispositivo esta formado por una bolsa la cual se infla rapidamente debido a un golpe. Los vehiculos disponen de unos dispositivos que al detectar un golpe provocan una reaccion quimica entre dos componentes lo cual provoca la formacion de N2 (gas) responsable de inflar el globo, el truco consiste en la diferencia de presion, en el interior la presion es mucho mas elevada que al salir el gas, de esta manera al salir disparado el gas, la presion disminuye drasticamente, aumentando muy rapidamente el volumen, lo cual provoca que se infle la bolsa en tan poco tiempo.
Otras aplicaciones que podemos emplear de las leyes de los gases
Ley Boyle
utilizada en el buceo, debido que el buzo debe expulsar el aire de sus pulmones al ascender porque este se expande al disminuir la presión y le causaría daño al tejido, con la aplicación de la ley en el buceo se puede determinar la duración de una botella de aire comprimido y su rendimiento a determinada profundidad, de igual manera se puede observar en todos los aparatos que se apoyen en la energía neumática tales como los brazos robóticos ya que algunos de estos ocupan pistones neumáticos, actuadores, reguladores de presión y válvulas liberadoras de presión.
Ley de Gay Lussac
La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión. El aire se elimina automáticamente y el vapor se retiene dentro de la olla, lo que crea una presión dentro. Bajo presión, las temperaturas internas de la olla se elevan por encima del punto de ebullición normal del agua y así lo alimentos se cocinan rápido
Ley Charles
El mismo principio es el de los aerosoles, y el por qué está prohibido tirarlos al fuego, dado que estos explotarían, al calentarse, por el gas residual que les queda en los mismos.
Se aplica también en un balón fútbol que se infla dentro de una casa y luego sale al aire libre en un día de invierno se reduce ligeramente.
Una balsa salvavidas de goma ligeramente desinflada en la luz del sol brillante hincha nuevamente.
Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio.
Son moléculas no unidas y expandidas y con poca fuerza de atracción.
Entonces podemos decir que el gas es una sustancia cuyas moléculas están en contante movimiento las cuales ejercen presión y generan calor o temperatura.
Leyes de los gases:
Como por ejemplo estos
Ley de Boyle (P1V1 = P2V2). Lo puedes observar en un globo que inflas, a mayor presión ejercida, el volumen del globo aumenta.
Ley de Charles (V1/ T1 = V2 / T2).- La puedes observar en un globo aerostático. Calientas el gas y este tiende a expandirse más (es decir, el volumen aumenta) logrando elevar el globo a mayor altura.
Ley de Gay Lussac (P1 / T1 = P2 / T2). La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión.
Las leyes de los gases de Avogadro, Charles, Boyle y Gay-Lussac suelen combinarse en una ecuación llamada la ley del gas ideal, aunque existen varias otras, de acuerdo con Wolfram Research. Las leyes de los gases explican los efectos de la presión, el volumen y la temperatura absoluta en un gas teóricamente perfecto sin ninguna fuerza de atracción entre sus moléculas,
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real usan estimaciones de estas ecuaciones para predecir cómo se comportan los gases bajo condiciones reales a temperatura y presión normales.
Aunque no existe el gas ideal, las leyes para éste predicen el comportamiento de un gas real en un 5%. A temperaturas y presión extremos, la ley del gas ideal requiere la adición de una constante de van der Waals que justifica la atracción entre moléculas de un gas.
Son varios los campos en los que se usan la ley de los gases de la misma manera, productos y sus aplicaciones tienen una relacion directa con cada una de la ley de los gases.
campos industriales, en la medicina, industrias químicas, procesos de sanidad, ambiente etc
En 1738 Daniel Bernouilli dedujo la Ley de Boyle aplicando a las moléculas las leyes del movimiento de Newton, pero su trabajo fue ignorado durante más de un siglo.
Los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron renacer las ideas sostenidas por Bernouilli y en el período entre 1848 y 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinético-molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que se basa en la idea de que todos los gases se comportan de la misma manera en lo referente al movimiento molecular .
En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al movimiento browniano de una partícula pequeña inmersa en un fluido y sus ecuaciones fueron confirmadas por los experimentos de Perrín en 1908, convenciendo de esta forma a los energéticos de la realidad de los átomos. La teoría cinética de los gases utiliza una descripción molecular para explicar el comportamiento macroscópico de la materia y se basa en los siguientes postulados:
+Los gases están constituidos por partículas que se mueven en línea recta y al azar
+Este movimiento se modifica si las partículas chocan entre sí o con las paredes del recipiente
+El volumen de las partículas se considera despreciable comparado con el volumen del gas
+Entre las partículas no existen fuerzas atractivas ni repulsivas
+La Ec media de las partículas es proporcional a la temperatura absoluta del gas
Ley de Charles
La ley de Charles, o ley de los volumenes, fue descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin).
Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo).
V = k_2T \,
Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3·K−1) es la constante producida.
Ley de Gay-Lussac
Artículo principal: Ley de Gay-Lussac
Postula que las presiones ejercidas por un gas sobre las paredes del recipiente que lo contienen son proporcionales a sus temperaturas absolutas cuando el volumen es constante.
P = k_3T \qquad
Combinación y leyes de los gases ideales[editar]
Artículo principal: Ley general de los gases
Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante:
PV = k_1 \qquad (1)
Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta:
V = k_2T \qquad (2)
Ley de Gay-Lussac dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta:
P = k_3T \qquad (3)
Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.
Mediante la combinación de (2) o (3) podemos obtener una nueva ecuación con P, V y T.
PV=k_{ 2 }{ k }_{ 3 }{ T }^{ 2 }
Definiendo el producto de K2 por K3 como K4 :
PV=k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Multiplicando esta ecuación por (1):
{ (PV) }^{ 2 }={ k }_{ 1 }k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Definiendo k5 como el producto de k1 por k4 reordenando la ecuación:
El que los gases son compresibles es un hecho familiar. Cuando se aumenta la presión sobre
una cantidad determinada de un gas, como sucede en una bomba neumática, el volumen del gas
disminuye: cuanto mayor es la presión menor se hace el volumen.
En 1.660, el químico inglés
Robert Boyle estudió los efectos de la presión sobre el volumen de aire y observó que cuando
duplicaba la presión el volumen de aire se reducía a la mitad; si la presión se multiplica por cuatro el volumen se reduce a la cuarta parte de su valor original.
Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:
☼Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven sus moléculas.
☼Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene.
☼Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene.
☼Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.
COMPORTAMIENTO DE LOS GASES
Para el comportamiento térmico de partículas de la materia existen cuatro cantidades medibles que son de gran interés: presión, volumen, temperatura y masa de la muestra del material (o mejor aún cantidad de sustancia, medida en moles).
►Cualquier gas se considera como un fluido, porque tiene las propiedades que le permiten comportarse como tal.
►Sus moléculas, en continuo movimiento, colisionan elásticamente entre sí y contra las paredes del recipiente que contiene al gas, contra las que ejercen una presión permanente. Si el gas se calienta, esta energía calorífica se invierte en energía cinética de las moléculas, es decir, las moléculas se mueven con mayor velocidad, por lo que el número de choques contra las paredes del recipiente aumenta en número y energía.
Como consecuencia la presión del gas aumenta, y si las paredes del recipiente no son rígidas, el volumen del gas aumenta.
►Un gas tiende a ser activo químicamente debido a que su superficie molecular es también grande, es decir, al estar sus partículas en continuo movimiento chocando unas con otras, esto hace más fácil el contacto entre una sustancia y otra, aumentando la velocidad de reacción en comparación con los líquidos o los sólidos.
La ecuación de estado de un gas ideal está basada en la hipótesis de que las interacciones entre las moléculas de un gas a densidad muy baja son despreciables. Además, en estas condiciones, las moléculas que constituyen el gas se consideran partículas puntuales. En el modelo de gas ideal, las sustancias siempre se encuentran en estado gaseoso.
Sin embargo, el comportamiento de una sustancia real es mucho más complejo. Ésta puede experimentar lo que se denomina un cambio de fase o cambio de estado.
Cuando a una sustancia se le suministra o extrae una cierta cantidad de calor, a nivel microscópico las interacciones entre sus moléculas cambian y, dependiendo de su estado termodinámico, puede encontrarse en estado sólido, líquido o vapor, o en una combinación de estos estados.
Las isotermas de un gas real tienen una forma más compleja que las isotermas de un gas ideal (hipérbolas), ya que deben dar cuenta de los cambios de fase que puede experimentar.
LEY COMBINADA DE LOS GASES Ó ECUACIÓN DE ESTADO DEL GAS IDEAL
El enunciado de esta Ley es el siguiente: «El volumen ocupado por una masa gaseosa, es inversamente proporcional a las presiones y directamente proporcional a las temperaturas absolutas que soportan».
El ejemplo más sencillo es el de los neumáticos. Antes de comenzar a moverse un vehículo la temperatura de los mismos suele ser de 20ºC, su presión de 1,8atm y el volumen equivale a 50L,una vez comenzado el movimiento su temperatura aumenta a 50ºC y su volumen a 50,5L.Aplicando la ley combinada de los gases se puede determinar la nueva presión de los mismos:1,965atm.Este resultado se obtiene despejando de la fórmula la incógnita correspondiente; o sea P2.
P1xV1/T1=P2.V2/T2
P2=P1.V1.T2/T1.V2
APLICACIÓN DE LA LEY DE LOS GASES IDEALES
La importancia de la ley de los gases ideales, es que de ella se pueden derivar características de cada uno de los gases, como son la densidad y la masa molar. Para aplicar esta ley debemos analizar lo siguiente:
El número de moles es igual a los gramos (gr) sobre la masa molar (M): n = gr/M
Si se sustituye el valor de n en la ecuación quedaría: P V = gr/M (R T).
De esta fórmula se pueden derivar dos aplicaciones importantes, la densidad y la masa molar del gas.
La densidad de un gas está dada por la relación de su masa (gr) sobre su volumen (V): d=gr/V Utilizando la ecuación anterior y despejando masa sobre volumen queda la fórmula para calcular la densidad: d= PM/ RT
En la medicina
Hay gases medicinales, los cuales por sus características específicas son utilizados para el consumo humano y aplicaciones medicinales en instituciones de salud y en forma particular, como lo son: oxigeno, oxido nitroso y aire medicinal.
En la vida cotidiana
Claramente podemos visualizar al momento en que inflamos una llanta x se la infla con aire. Ahí podemos comprobar que en cuanto se va introduciendo aire va aumentando en el volumen de la llanta y por ende va a aumentar la presión.
En la casa
El más común en las casas, al momento de analizar las ollas a presión el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión. También están los gases de uso domestico
La ley de Charles, o ley de los volumenes, fue descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin).
Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo).
V = k_2T \,
Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3·K−1) es la constante producida.
Ley de Gay-Lussac
Artículo principal: Ley de Gay-Lussac
Postula que las presiones ejercidas por un gas sobre las paredes del recipiente que lo contienen son proporcionales a sus temperaturas absolutas cuando el volumen es constante.
P = k_3T \qquad
Combinación y leyes de los gases ideales
Artículo principal: Ley general de los gases
Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante:
PV = k_1 \qquad (1)
Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta:
V = k_2T \qquad (2)
Ley de Gay-Lussac dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta:
P = k_3T \qquad (3)
Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.
Mediante la combinación de (2) o (3) podemos obtener una nueva ecuación con P, V y T.
PV=k_{ 2 }{ k }_{ 3 }{ T }^{ 2 }
Definiendo el producto de K2 por K3 como K4 :
PV=k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Multiplicando esta ecuación por (1):
{ (PV) }^{ 2 }={ k }_{ 1 }k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Definiendo k5 como el producto de k1 por k4 reordenando la ecuación:
\frac { { (PV) }^{ 2 } }{ { T }^{ 2 } } ={ k }_{ 5 }
Sacando raíz cuadrada:
\frac { PV }{ T } ={ \sqrt { { k }_{ 5 } } }
Renombrando la raíz cuadrada de k5 como K nos queda la ecuación general de los gases:
La teoría cinética-molecular trata de explicar el comportamiento y propiedades de los gases. Con extensiones apropiadas es aplicable a los estados líquido y sólido.
Sus principales postulados son:
1. Toda la materia está formada por partículas discretas, muy pequeñas, llamadas moléculas (para los compuestos) o átomos (para elementos metálicos o gases nobles). En los gases las moléculas están relativamente alejadas entre sí.
2. Las moléculas de todas las substancias gaseosas están continuamente moviéndose a altas velocidades y en línea recta. Las moléculas diferentes tienen diferentes velocidades, pero el promedio de la energía cinética de todas las moléculas, en conjunto, es directamente proporcional a la temperatura absoluta. A la misma temperatura absoluta, la energía cinética media de las moléculas es igual en todos los gases. Los choques entre moléculas son completamente elásticos, es decir, cuando chocan entre sí o contra las paredes del recipiente, rebotan sin pérdida de energía. Esta afirmación es indispensable para explicar por qué la presión de un gas no cambia con el tiempo.(Al final de este capítulo se deduce la fórmula matemática).
Los postulados anteriores permiten explicar por qué:
a) Los gases ejercen tina presión. La presión se debe a los choques de las moléculas contra la pared del recipiente. Cada molécula choca y rebota sin pérdida de energía. Aunque la fuerza ejercida por una molécula es pequeña, el número de colisiones en una determinada área por segundo es muy grande. Como las moléculas están moviéndose rápidamente y en todas direcciones, ejercen la misma presión en todas partes del recipiente.
b) Los gases son muy compresibles. Las moléculas de un gas están relativamente muy separadas y hay entre ellas un gran vacío. El rápido movimiento de las moléculas crea la impresión de que ocupan todo el espacio que las encierra, aunque en cualquier instante la mayor parte del espacio está vacío. La compresión junta a las moléculas, disminuyendo el espacio que las separa. Por el contrario, la disminución de la presión ejercida sobre un gas permite que las moléculas se alejen y ocupen más espacio o volumen.
c) Los gases se difunden muy fácilmente. La difusión de los gases en un recipiente vacío o entre las moléculas de otro gas, se debe al rápido movimiento de las moléculas y a su capacidad de ocupar los espacios que hay entre ellas.
d) La presión ejercida por un gas aumenta con la temperatura, si el volumen permanece constante. Al elevar la temperatura, se aumenta la energía cinética de las moléculas debido al incremento en su velocidad. Estas moléculas que se mueven a mayor velocidad chocan con más energía y celeridad por segundo contra las paredes del recipiente y así ejercen una presión mayor.
e) Los gases se expanden al calentarlos si la presión permanece constantes. Como se indicó en (d) una elevación de temperatura aumentará la velocidad de las moléculas. Si el volumen permanece constante, la presión deberá aumentar debido a la mayor energía de las moléculas que chocan contra las paredes del recipiente. Pero como la presión se mantiene constante, es necesario dejar que el gas se expansione y así disminuye el número de colisiones contra la pared sin variar la presión.
Interesante aplicación de las leyes de los gases
El buceo es un deporte excitante, y gracias a las leyes de los gases también es una actividad segura para personas entrenadas. Dos aplicaciones de las leyes de los gases a este popular pasatiempo son el desarrollo de normas para regresar a la superficie después de una inmersión y la determinación de la mezcla adecuada de gases para prevenir un accidente fatal durante una inmersión. Una inmersión común puede ser de 40 o 65 ft de profundidad, aunque también son comunes las inmersiones a 90 ft. El agua de mar tiene una densidad ligeramente mayor que el agua dulce (1,03 g/mL a 1,00 mg/mL), por lo que presión ejercida por una columna de agua de 33 ft de agua de mar equivale a 1 atm de presión. Ésta aumenta con la profundidad; por lo que a 66 ft la presión será de 2 atm de presión.
¿Qué pasaría si un buzo ascendiera rápidamente a la superficie desde una profundidad de 20 ft sin respirar? La disminución total de la presión en la profundidad a causa de este cambio sería de 0,6 atm (20 ft/33 ft * 1 atm). Cuando el buzo llegara a la superficie, el volumen de aire atrapado en los pulmones aumentaría por un factor de (1 + 0,6) amt/ 1 amt, o 1,6 veces. Esta expansión de aire repentina puede romper fatalmente las membranas de los pulmones o puede ocasionar una embolia pulmonar, dejando inconsciente al buzo antes de llegar a la superficie. Para evitar estas complicaciones, los buzos saben que deben ascender lentamente, haciendo pausas en ciertos puntos a fin de dar a su cuerpo el tiempo para adaptarse a la disminución de la presión.
El segundo ejemplo es una aplicación directa de la Ley de Dalton. El oxígeno gaseoso es esencial para vivir, sin embargo un exceso puede ser sumamente tóxico. Nuestros cuerpos funcionan mejor cuando el oxígeno gaseoso tiene una presión parcial de 0,20 atm (que se traduce en una composición del aire de 20% de oxígenos gaseoso y 80% de nitrógeno). Cuando un buzo se sumerge, la presión del aire dentro de sus pulmones debe ser igual a la del agua, para evitar el colapso de los mismos. Una válvula especial ajusta automáticamente la presión del aire almacenado en el tanque, con lo que se asegura que en todo momento la presión del aire es igual a la del agua.
La mezcla gaseosa de los tanques es oxígeno y helio. El helio es un gas inerte y menos soluble en la sangre que el nitrógeno, que a elevadas presiones es sumamente soluble y ocasiona intoxicación alcohólica que hace a los buzos hacer cosas extrañas, como bailar en el fondo del mar.
Las leyes de los gases de Avogadro, Charles, Boyle y Gay-Lussac suelen combinarse en una ecuación llamada la ley del gas ideal, aunque existen varias otras, de acuerdo con Wolfram Research. Las leyes de los gases explican los efectos de la presión, el volumen y la temperatura absoluta en un gas teóricamente perfecto sin ninguna fuerza de atracción entre sus moléculas, Consideraciones
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real usan estimaciones de estas ecuaciones para predecir cómo se comportan los gases bajo condiciones reales a temperatura y presión normales, informa el Departamento de Química de Purdue. Aunque no existe el gas ideal, las leyes para éste predicen el comportamiento de un gas real en un 5%. A temperaturas y presión extremos, la ley del gas ideal requiere la adición de una constante de van der Waals que justifica la atracción entre moléculas de un gas.
Tipos
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada,otros tipos de usos pueden incluir dispositivos de seguridad e incluso el transporte.
Usos comunes
La lata promedio de soda hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución. Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de «reventón». En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Efectos
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura – para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.
Ley de Boyle (P1V1 = P2V2). Lo puedes observar en un globo que inflas, a mayor presión ejercida, el volumen del globo aumenta.
Ley de Charles (V1/ T1 = V2 / T2).- La puedes observar en un globo aerostático. Calientas el gas y este tiende a expandirse más (es decir, el volumen aumenta) logrando elevar el globo a mayor altura.
Ley de Gay Lussac (P1 / T1 = P2 / T2). La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión.
Tipos
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada, reporta ScienceClarified. Otros tipos de usos pueden incluir dispositivos de seguridad e incluso el transporte.
Usos comunes
La lata promedio de soda hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución, de acuerdo con ScienceClarified. Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de «reventón». En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Efectos
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura – para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten, informa ScienceClarified. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.
Las leyes de los gases de Avogadro, Charles, Boyle y Gay-Lussac suelen combinarse en una ecuación llamada la ley del gas ideal, aunque existen varias otras, de acuerdo con Wolfram Research. Las leyes de los gases explican los efectos de la presión, el volumen y la temperatura absoluta en un gas teóricamente perfecto sin ninguna fuerza de atracción entre sus moléculas.
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real usan estimaciones de estas ecuaciones para predecir cómo se comportan los gases bajo condiciones reales a temperatura y presión normales, las leyes para éste predicen el comportamiento de un gas real en un 5%. A temperaturas y presión extremos, la ley del gas ideal requiere la adición de una constante de van der Waals que justifica la atracción entre moléculas de un gas.
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada. Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de «reventón». En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
La determinación de una ecuación de estado de los gases implica inevitablemente la medición de la presión, o fuerza por unidad de área, que un gas ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene. La presión de los gases comúnmente se expresa en atmósferas o milímetros de mercurio.
El estudio sistemático del comportamiento de los gases le interesó a los científicos durantes siglos. Destacan los nombres de varios investigadores que establecieron las propiedades de los gases.
Ley De Boyle
La relación matemática que existe entre la presión y el volumen de un cantidad dad de un gas a una cierta temperatura fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Boyle encerró una cantidad de aire en el extremo cerrado de un tubo en forma de U, utilizando mercurio como fluido de retención. Boyle descubrió que el producto de la presión por volumen de una cantidad fija de gas era un valor aproximadamente constante. Notó que si la presión de aire se duplica su volumen era la mitad del volumen anterior y si la presión se triplicaba el volumen bajaba a una tercera mitad del inicial. También observo que al calentar un gas aumentaba su volumen si la presión se mantenía constante, a este proceso se le llama proceso isoborico.
La ley de Boyle se puede expresar como:
donde Kn,t es una constante cuyo valor depende de la temperatura y de la cantidad de gas.
Hoy, después de numerosas confirmaciones del trabajo de Boyle y experimentos adicionales, la relación entre el volumen y la presión de un gas se conoce como Ley de Boyle. Si aumenta la presión de un gas. El volumen disminuye proporcionalmente; por lo tanto, si la presión disminuye, el volumen aumenta. Si dos cantidades sob inversamente proporcionales, cuando una aumenta la otra disminuye.
Ejemplo: piense en un globo inflado, cuando oprimimos el globo (aumenta la presión) el volumen disminuye; al soltarlo (disminuye la presión) el volumen aumenta.
Un método que se utiliza extensamente para demostrar la relación entre dos cantidades es la construcción de gráficas, en las que se aprecia fácilmente como varían 2 cantidades entre sí.
Ley de Boyle:
“El volumen de un gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión”
Ley De Charles:
En 1787, Jacques Charles investigó la relación existente entre el volumen y la temperatura de una gas a presión constante. Usó un aparato similar al que se ve en la figura:
Al conservar la presión constante, el volumen aumenta y cuando la temperatura disminuye, el volumen también disminuye. Luego, había una proporcionalidad lineal directa entre el volumen y la temperatura, la cual se conoce como Ley de Charles.
Ejemplo: un globo lleno aumenta su volumen cuando se le caliente y lo disminuye cuando se le enfría.
Ley de Charles:
“El volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura kelvin”.
Ley de las Presiones Parciales de Dalton:
Cuando Dalton formuló por primera vez su teoría atómica poco había elaborado la teoría acerca de la vaporización del agua y el comportamiento de mezclas gaseosas. A partir de sus mediciones dedujo que dos gases es una mezcla actuaban de manera mutuamente independiente.
Por ejemplo si se colocan tres gases en un recipiente de determinado volumen, V, se puede considerar que cada uno de los gases ocupa todo el volumen. Es decir, si el gas está cerrado, las moléculas del gas debido a su rápido movimiento azar y ase tamaño tan pequeño, ocuparán todo el recipiente. Luego, cada uno de los tres gases que forman todo el recipiente. Luego, cada uno de los tres gases forman la mezcla tendrá el volumen V. Ahora, si temperatura del recipiente tuviera un valor constante, T, cada uno de los gases tendría esta temperatura.
Si estudiamos cada uno de estos gases en forma separada, la contribución a la presión de cada componente está directamente relacionada con el número de moles del componente y con la razón a la que las partículas chocan con las paredes del recipiente. Dado que cada componente tiene el mismo volumen y temperatura, las diferencias entre las presiones que ejercen se deberá a los distintos números de moles.
La presión que ejerce un componente determinado de la mezcla de gases si éste ocupara por sí solo el recipiente, se llama presión parcial del componente. Las presiones parciales se calculan aplicando la ley de los gases ideales a cada componente. Así la presión parcial, Pc, para una componente consistente en nc moles está dada por la expresión:
Leyes de los Gases
Se puede calcular la presión parcial de cada componente, si se conoce el número de moles de cada uno en la mezcla encerrada en un volumen determinado, a una temperatura dada. Debido a que las partículas de cada gas componente se conducen en forma independiente, la presión total que ejerza la mezcla será un resultado de todas las partículas.
Establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales.
Pt = pa + pb + pc + …
Está relación se conoce como Ley de las Presiones Parciales de Dalton e indica que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los componentes de la mezcla.
La ley de Dalton es muy útil cuando deseamos determinar la relación que existe entre las presiones parciales y la presión total de una mezcla de gases.
Ley de Gay-Lussac
Cuando se investiga experimentalmente como depende entre sí el volumen y la temperatura de un gas a una presión fija, se encuentra que el volumen aumenta linealmente al aumentar la temperatura. Esta relación se conoce como Ley de Charles y Gay-Lussac, y se puede expresar algebraicamente por:
V = V0(1 + «t)
Donde V0 es el volumen que a la temperatura de 0 ºC, » es una constante que tiene aproximadamente el valor 1/273 para todos los gases y t es la temperatura en la escala Celsius.
intensivofqii 
Leyes de los gases
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Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.
Ley de CharlesEditar
Artículo principal: Ley de Charles
La ley de Charles, o ley de los volumenes, fue descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin).
Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo).
V = k_2T \,
Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3·K−1) es la constante producida.
Ley de Gay-LussacEditar
Artículo principal: Ley de Gay-Lussac
Postula que las presiones ejercidas por un gas sobre las paredes del recipiente que lo contienen son proporcionales a sus temperaturas absolutas cuando el volumen es constante.
P = k_3T \qquad
Combinación y leyes de los gases idealesEditar
Artículo principal: Ley general de los gases
Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante:
PV = k_1 \qquad (1)
Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta:
V = k_2T \qquad (2)
Ley de Gay-Lussac dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta:
P = k_3T \qquad (3)
Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.
Mediante la combinación de (2) o (3) podemos obtener una nueva ecuación con P, V y T.
PV=k_{ 2 }{ k }_{ 3 }{ T }^{ 2 }
Definiendo el producto de K2 por K3 como K4 :
PV=k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Multiplicando esta ecuación por (1):
{ (PV) }^{ 2 }={ k }_{ 1 }k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Definiendo k5 como el producto de k1 por k4 reordenando la ecuación:
\frac { { (PV) }^{ 2 } }{ { T }^{ 2 } } ={ k }_{ 5 }
Sacando raíz cuadrada:
\frac { PV }{ T } ={ \sqrt { { k }_{ 5 } } }
Renombrando la raíz cuadrada de k5 como K nos queda la ecuación general de los gases:
\frac { PV }{ T } = K
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*Ley de difusión de Graham:
La difusión es el proceso por el cual una substancia se distribuye uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se encuentra. Por ejemplo: si se conectan dos tanques conteniendo el mismo gas a diferentes presiones, en corto tiempo la presión es igual en ambos tanques. También si se introduce una pequeña cantidad de gas A en un extremo de un tanque cerrado que contiene otro gas B, rápidamente el gas A se distribuirá uniformemente por todo el tanque. La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elástico de las moléculas gaseosas. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusión. Para obtener información cuantitativa sobre las velocidades de difusión se han hecho muchas determinaciones. En una técnica el gas se deja pasar por orificios pequeños a un espacio totalmente vacío; la distribución en estas condiciones se llama efusión y la velocidad de las moléculas es igual que en la difusión. Los resultados son expresados por la ley de Graham. «La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad.»
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APLICACIONES DE LAS LEYES DE LOS GASES
Ley de Boyle:
Esta nos dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión: Cuando vas a destapar un frasco nuevo de salsa, ¿cómo sabes que nunca fue abierto antes? pues simple, la tapa está invertida porque la presión de aire dentro del frasco es menor y se presuriza al abrirlo, por lo que se produce un chasquido cuando se revierte la lámina de la tapa.
Todos los motores de combustión (nafta, diesel) están basados en la ley de Boyle, es la presión generada por los gases de combustión dentro de los cilindros lo que provoca el movimiento. En las fiestas infantiles cuando los niños aplastan globos aplicándoles presión, su volumen disminuye causando un cambio en la figura del globo, por el contrario cuando el niño deja de pisarlo la presión disminuye y el globo recupera su forma normal expandiéndose lo que nos indica que su volumen aumento.
Ley de Charles:
El volumen de una cantidad fija de gas mantenida a una presión constante es directamente proporcional a su temperatura absoluta. A mayor temperatura será mayor el volumen, es decir que cuando calienta el gas, se dilata, de aqui dos ejemplos cotidianos, el primero referente a la hora de cargar gasolina en el auto, sabemos que en la madrugada o temprano en la mañana es la mejor hora pues entre más frío está el combustible (que es un gas licuado) menor es el volumen, por ende mayor es la masa, quiere decir que será mayor cantidad de moléculas de combustible en el mismo litro que la cantidad de moléculas cuando se dilata al aumentar la temperatura en un día soleado (un mejor negocio para tu bolsillo) y el segundo ejemplo es también viajando en el auto, es con relación al agua del radiador, no puede ser muy poca pues el carro se recalentaría, ya que necesita un volumen suficiente para absorber el calor que genera el motor.
Ley de Gay-Lussac:
La presión de un gas que se mantiene a volumen constante,es directamente proporcional a la temperatura: Es por esto que para poder envasar gas, como gas licuado, primero se ha de enfriar el volumen de gas deseado, hasta una temperatura característica de cada gas, a fin de poder someterlo a la presión requerida para licuarlo sin que sesobrecaliente, y, eventualmente, explote.
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Leyes de los Gases
Boyle-Mariotte: A temperatura constante, el volumen de una masa dada de un gas ideal es inversamente proporcional a la presión a que se encuentra sometido; en consecuencia, el producto de la presión por su volumen es constante.
P1V1 = P2V2
Ejemplo: se lo puede observar en un globo que se infla, a mayor presión ejercida, el volumen del globo aumenta.
Gay-Lussac: A volumen constante, la presión de una masa dada de un gas ideal aumenta 1/273 con respecto a su presión a 0°C por cada °C que aumente o disminuya su temperatura, siempre que su volumen permanezca constante.
P1 / T1 = P2 / T2
Ejemplo: La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante). Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión.
Charles: A presión constante, el volumen de una masa dada de un gas ideal aumenta en 1/273 respecto a su volumen a 0°C por cada °C que eleve su temperatura. Análogamente, se contrae en 1/273 respecto a su volumen a 0°C por cada grado °C que descienda su temperatura, siempre que la presión permanezca constante, o sea que:
Vtotal=V0(1+1/273T)=V0/273(273+T)=k1T
p=constante
k1=constante
De esto se deriva que: k1=k2
V1/k1T1=V2/k2T2 por tanto V1/T1=V2/T2
Ejemplo: La puedes observar en un globo aerostático. Calientas el gas y este tiende a expandirse más (es decir, el volumen aumenta) logrando elevar el globo a mayor altura.
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La aplicación de la ley de Boyle en los motores ya sea gasolina, gas o diesel se presenta en la combustión interna, ya que en el primer tiempo ingresa aire al cilindro con un volumen y presión (1), en el segundo tiempo se disminuye el volumen al aumentar la presión de este, de aquí en adelante interviene un cambio de temperatura que genera una explosión y expulsa los gases con un volumen y presión (2).
Una de las formas practicas de la ley de Boyle en los automoviles es el sistema airbag o también llamado ACRS (Air Cushion Restraint System) el cual funciona descargado una cantidad de aire o gas desde una cámara hacia la bolsa exterior donde podemos ver que la presión disminuye y el volumen aumenta con una temperatura constante.
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Lagregando a mi primera intervención existen varias leyes concernientes a los gases y a su utilidad en la vida cotidiana leyes tales como : a ley de Graham establece que la velocidad de difusión de las moléculas de gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad. En combinación con la ley de Avogadro (es decir, ya que los volúmenes iguales tienen el mismo número de moléculas), es lo mismo que ser inversamente proporcional a la raíz del peso molecular.
La ley de Dalton de las presiones parciales establece que la presión de una mezcla de gases es simplemente la suma de las presiones parciales de los componentes individuales. Ley de Dalton es el siguiente:
P_{total} = P_1 + P_2 + P_3 + … + P_n \,,
O
P_{{{Total}}} = P_{{{Gas}}} + P_{{{H}_2{0}}} \,,
Donde PTotal es la presión total de la atmósfera, PGas es la presión de la mezcla de gases en la atmósfera, y PH20 es la presión del agua a esa temperatura.
La ley de Henry declara que:
volumen de un gas: Son las dimensiones del espacio que ocupa un gas. En un sistema cerrado, el gas ocupa todo el volumen del sistema. Así por ejemplo, cuando un gas es metido a un recipiente, se expande uniformemente para ocupar todo el recipiente. Cuando un gas es sacado del recipiente al ambiente tenderá a expandirse por la atmósfera.
p = k_{\rm H}\, c
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agregando a mi primera intervención existen varias leyes concernientes a los gases y a su utilidad en la vida cotidiana leyes tales como:
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La ley de Graham establece que la velocidad de difusión de las moléculas de gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad. En combinación con la ley de Avogadro (es decir, ya que los volúmenes iguales tienen el mismo número de moléculas), es lo mismo que ser inversamente proporcional a la raíz del peso molecular.
La ley de Dalton de las presiones parciales establece que la presión de una mezcla de gases es simplemente la suma de las presiones parciales de los componentes individuales. Ley de Dalton es el siguiente:
P_{total} = P_1 + P_2 + P_3 + … + P_n \,,
O
P_{{{Total}}} = P_{{{Gas}}} + P_{{{H}_2{0}}} \,,
Donde PTotal es la presión total de la atmósfera, PGas es la presión de la mezcla de gases en la atmósfera, y PH20 es la presión del agua a esa temperatura.
La ley de Henry declara que:
volumen de un gas: Son las dimensiones del espacio que ocupa un gas. En un sistema cerrado, el gas ocupa todo el volumen del sistema. Así por ejemplo, cuando un gas es metido a un recipiente, se expande uniformemente para ocupar todo el recipiente. Cuando un gas es sacado del recipiente al ambiente tenderá a expandirse por la atmósfera.
p = k_{\rm H}\, c
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Aplicaciones de las leyes de los gases
La ley de los gases combinados se pueden utilizar para explicar la mecánica que se ven afectados de presión, temperatura y volumen. Por ejemplo: los acondicionadores de aire, refrigeradores y la formación de nubes.
Otros ejemplos de la aplicación de las leyes de los gases
¿Cómo funciona un globo aerostático?
El funcionamiento de un globo aerostático se basa en la Ley de Charles, según la cual, el volumen de un gas aumenta con la temperatura. Primero se llena el globo con aire con unos aspiradores y posteriormente se calienta el aire que hay en el interior del globo. Al calentar el aire, éste aumenta su volumen, y por tanto disminuye su densidad. Al tener ahora el aire caliente menor densidad que el aire frío se eleva, como se eleva el aceite sobre el agua, por diferencia de densidades.
¿Cómo se origina una explosión?
Muchas de las explosiones se producen al mezclar una serie reactivos químicos que forman como producto de la reacción una enorme cantidad de gas. El aumento de la presión del gas hace saltar lo que encuentra alrededor con una explosión. También algunos cohetes funcionan de la misma manera. Su combustible produce grandes presiones de gas. Esta presión sale por el extremo inferior del cohete y le empuja con mucha fuerza hacia arriba hasta que alcanzan el espacio.
Las bombonas de butano
Según la Ley de Boyle, al aumentar la presión de un gas, disminuye su volumen. Por tanto, si aumentamos la presión de hasta aproximadamente 180 atmósferas, el volumen de gas será de unos 25 litros, que es el volumen que suele haber en las bombonas. Por eso, el butano de las bombonas se encuentran a muy alta presión. A esta presión, el gas está licuado, es decir, en estado líquido. Cuando sale de la bombona pasa a estado gasesoso, ya que la presión fuera es mucho de menor, 1 atmósfera.
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LEYES DE LOS GASES; APLICACIONES
Las leyes de los gases de Avogadro, Charles, Boyle y Gay-Lussac suelen combinarse en una ecuación llamada la ley del gas ideal, aunque existen varias otras. Las leyes de los gases explican los efectos de la presión, el volumen y la temperatura absoluta en un gas teóricamente perfecto sin ninguna fuerza de atracción entre sus moléculas.
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real usan estimaciones de estas ecuaciones para predecir cómo se comportan los gases bajo condiciones reales a temperatura y presión normales, informa el Departamento de Química de Purdue. Aunque no existe el gas ideal, las leyes para éste predicen el comportamiento de un gas real en un 5%. A temperaturas y presión extremos, la ley del gas ideal requiere la adición de una constante de van der Waals que justifica la atracción entre moléculas de un gas.
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada. Otros tipos de usos pueden incluir dispositivos de seguridad e incluso el transporte.
Ejemplo
La lata promedio de cola hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución. Para la cola, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de «reventón». En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Efectos
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura – para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.
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Los gases reaccionan de forma mucho más dramática a los cambios en el entorno que los sólidos y los líquidos. Las leyes de los gases que predicen estos cambios suelen enseñarse como parte del curriculum central de una educación secundaria de química. La mayoría de estas leyes fueron descubiertas hace cientos de años. La información de estas ecuaciones se usa en muchos productos domésticos comunes en casi cada sector.
Aplicaciones
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada, Otros tipos de usos pueden incluir dispositivos de seguridad e incluso el transporte.
1.La lata promedio de soda hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución.
2.Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de “reventón”.
3.En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir , que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles ( n).
Las propiedades de la materia en estado gaseoso son:
Recipentes de gas.
1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.
2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.
3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.
4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.
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APLICACIONES DE LOS GASES
Ley de Charles:
Duplicar la temperatura de un gas dobla su volumen, siempre y cuando la presión del gas y la cantidad de gas no se cambie.
Un balon fútbol que se infla dentro de una casa y luego sale al aire libre en un día de invierno se reduce ligeramente.
Una balsa salvavidas de goma ligeramente desinflada en la luz del sol brillante hincha nuevamente.
Ley de Boyle:
La duplicación de la presión en un gas reduce a la mitad de su volumen, siempre y cuando la temperatura del gas y la cantidad del gas no se cambien .
Las burbujas exhaladas por un buzo crecen al aproximarse a la superficie del océano. (La presión ejercida por el peso del agua disminuye con la profundidad, por lo que el volumen de las burbujas aumenta a medida que suben.)
Los peces que viven en las profundidades mueren cuando se los lleva a la superficie. (La presión disminuye a medida que los peces son llevados a la superficie, por lo que el volumen de los gases en su cuerpo aumenta y aparece vejigas, células y membranas).
Empujar el émbolo de una jeringa disminuye el volumen de aire atrapado bajo el émbolo.
Ley Amontons ‘:
La duplicación de la temperatura de un gas duplica su presión, si no se cambian el volumen y la cantidad de gas ..
La presión manométrica en un neumático de automóvil con cinturón de acero será mayor cuando el coche está viajando sobre el asfalto caliente de lo que era cuando el coche estaba en el garaje.
Lanzar un bote de aerosol al fuego, puede ocasionar que explote.
Ley de Avogadro:
Duplicando el número de moles de gas duplica su volumen, si no se cambian la temperatura y la presión.
Una neumatico pinchado ocupa menos espacio que un neumático inflado.
Los pulmones se expanden a medida que se llenan de aire. Exhalación disminuye el volumen de los pulmones.
Un globo lleno de helio pesa mucho menos que un globo lleno de aire idéntica. (Ley de Avogadro implica que volúmenes iguales contienen el mismo número de moléculas, cuando la presión y la temperatura se mantienen constantes. Dado que ambos globos contienen el mismo número de moléculas, y puesto que los átomos de helio tienen una masa menor que cualquiera de las moléculas de oxígeno o moléculas de nitrógeno en el aire, el helio globo es más ligero.)
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OTRAS APLICACIONES
Para la preparacion y llenado de los tanques de oxigeno, nitrogeno, hidrogeno, helio, argon, acetileno, neon, freon, metano, etano, propano, butano, etc. que se usan en la industria en general, y algunos en medicina.
En el cracking del petroleo, en los hornos de secado de diferente clase, en las camaras frigorificas y cuartos frios. En la criogenizacion. En la destilacion de aceites esenciales para perfumeria.
En la preparacion de fideos y pastas en general. En la fase de esterilizacion de alimentos enlatados.
En la liofilizacion de medicamentos, tales como hormonas, vacunas, antibioticos, vitaminas.
En los reactores de sintesis organica. En el diseño y fabricacion de plantas quimicas para manufactura de sintesis organica. En maquinaria que trabaja con gases comprimidos.
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APLICACIONES DE LOS GASES EN EL USO DIARIO
• Gases medicinales
Son aquellos gases que por sus características específicas son utilizadas para el consumo humano y aplicaciones medicinales en instituciones de salud y en forma particular como lo son:
Oxigeno
Óxido nitroso
Aire medicinal
Otros gases: Helio, dióxido de carbono, nitrógeno
• Campos de aplicación más usuales
Terapia Respiratoria
Reanimación
Unidad de cuidados intensivos
Anestesia
Creación de atmosferas artificiales
Tratamiento de quemadura
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GAS
El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir , que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles ( n).
Las propiedades de la materia en estado gaseoso son:
1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.
2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.
3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.
4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.
Variables que afectan el comportamiento de los gases
1. PRESIÓN
Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.
La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor.
2. TEMPERATURA
Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.
La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa.
La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin.
3. CANTIDAD
La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el número de moles de sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso molecular.
4. VOLUMEN
Es el espacio ocupado por un cuerpo.
5. DENSIDAD
Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros.
LEYES DE LOS GASES
LEY DE BOYLE
Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante
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.
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.
LEY DE CHARLES
Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante
Tiene 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.
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).
Si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.
LEY DE GAY-LUSSAC
Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante-
Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.
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.
LEY DE LOS GASES IDEALES
Se define como gas ideal, aquel donde todas las colisiones entre átomos o moléculas son perfectamente elásticas, y en el que no hay fuerzas atractivas intermoleculares. Se puede visualizar como una colección de esferas perfectamente rígidas que chocan unas con otras pero sin interacción entre ellas. En tales gases toda la energía interna está en forma de energía cinética y cualquier cambio en la energía interna va acompañada de un cambio en la temperatura. Un gas ideal se caracteriza por tres variables de estado: la presión absoluta (P), el volumen (V), y la temperatura absoluta (T).
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Ley de Boyle
Esta ley nos permite relacionar la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante.
La ley de Boyle (conocida también como de Boyle y Mariotte) establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.
Lo cual significa que:
El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que se le aplica:
En otras palabras:
Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
Esto nos conduce a que, si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.
Ley de Charles
Mediante esta ley relacionamos la temperatura y el volumen de un gas cuando mantenemos la presión constante.
Textualmente, la ley afirma que:
El volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura del gas.
En otras palabras:
Si aumenta la temperatura aplicada al gas, el volumen del gas aumenta.
Si disminuye la temperatura aplicada al gas, el volumen del gas disminuye.
Ley de Gay-Lussac
Esta ley establece la relación entre la presión (P) y la temperatura (T) de un gas cuando el volumen (V) se mantiene constante, y dice textualmente:
La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura.
Esto significa que:
Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.
Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.
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Los gases reales no se expanden infinitamente, sino que llegaría un momento en el que no ocuparían más volumen. Esto se debe a que entre sus átomos/moléculas se establecen unas fuerzas bastante pequeñas, debido a los cambios aleatorios de sus cargas electrostáticas.
Son aplicables en la industria como la fabricación de acero y en la industria de los fertilizantes.
Un gas ideal es un conjunto de átomos o moléculas que se mueven libremente sin interacciones. La presión ejercida por el gas se debe a los choques de las moléculas con las paredes del recipiente. El comportamiento de gas ideal se tiene a bajas presiones es decir en el límite de densidad cero. A presiones elevadas las moléculas interaccionan y las fuerzas intermoleculares hacen que el gas se desvíe de la idealidad.
Aplicación por ejemplo el helio se usa para las luces de los autos, el neón como las luces para los circos o las de disco, q son fluorescentes.
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CANTIDAD DE GAS
La cantidad de gas está relacionada con el número total de moléculas que se encuentran en un recipiente. La unidad que utilizamos para medir la cantidad de gas es el mol. Un mol es un número de moléculas igual al llamado número de Avogadro:
1 mol = 6,022·1023 moléculas
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Ley de Gay-Lusack y Charles
Esta es una de las leyes de los gases el cual posee 2 casos y en la primera tenemos la relación entre el volumen y la temperatura y en este caso la presión permanece constante, esta fue dada por Gay-Lusack y un ejemplo de esta aplicación puede ser cuando se calienta un liquido en un vaso y e aquí que varia tanto la temperatura como el volumen del gas y como se esta realizando el procedimiento a la presión normal permanece constante.
El segundo caso es la relación entre la presión y la temperatura cuando el volumen permanece constante y esta fue dada por Charles y el ejemplo de esta aplicación es cuando calentamos una olla presión con un liquido dentro, cuando empieza a variar la temperatura, como la olla esta herméticamente sellada la presión va a aumentar pero el volumen del gas permanecerá constante y así son procedimientos prácticos para demostrar esta ley que es la de Gay-Lusack y Charles.
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Aplicaciones de las leyes de los gases
-Boyle-Mariotte: A temperatura constante, el volumen de una masa dada de un gas ideal es inversamente proporcional a la presión a que se encuentra sometido; en consecuencia, el producto de la presión por su volumen es constante.
P1V1 = P2V2
EJEMPLO DE APLICACIÓN:
En un experimento un gas ideal con 25 m3 de volumen y presión de 1.5 atm, fue sometido a una presión de 4 atm, manteniéndose a una temperatura constante. ¿Qué volumen ocupará?
Como la temperatura se mantiene constante y conocemos la P1, P2 y V1, tenemos que:
V2=P1V1/P2
V2=(1.5 atm)(25 m3)/4 atm=9.37 m3
-Charles: A presión constante, el volumen de una masa dada de un gas ideal aumenta en 1/273 respecto a su volumen a 0°C por cada °C que eleve su temperatura. Análogamente, se contrae en 1/273 respecto a su volumen a 0°C por cada grado °C que descienda su temperatura, siempre que la presión permanezca constante, o sea que:
Vtotal=V0(1+1/273T)=V0/273(273+T)=k1T
p=constante
k1=constante
De esto se deriva que: k1=k2
V1/k1T1=V2/k2T2 por tanto V1/T1=V2/T2
-Gay-Lussac: A volumen constante, la presión de una masa dada de un gas ideal aumenta 1/273 con respecto a su presión a 0°C por cada °C que aumente o disminuya su temperatura, siempre que su volumen permanezca constante.
Ptotal=P0(1+1/273T)=P0/273(273+T)=P0/273(273+T)k1T
V=constante
De esto se deriva que:k1=k2
P1/K1T1=P2/K2T2 por lo tanto P1/T1=P2/T2
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Leyes de los gases
Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.
Ley de Charles
La ley de Charles, o ley de los volumenes, fue descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin).
Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo).
V = k_2T \,
Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3·K−1) es la constante producida.
Ley de Gay-Lussac
Postula que las presiones ejercidas por un gas sobre las paredes del recipiente que lo contienen son proporcionales a sus temperaturas absolutas cuando el volumen es constante.
P = k_3T \qquad
Combinación y leyes de los gases ideales[editar]
Artículo principal: Ley general de los gases
Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante:
PV = k_1 \qquad (1)
Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta:
V = k_2T \qquad (2)
Ley de Gay-Lussac dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta:
P = k_3T \qquad (3)
Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.
Mediante la combinación de (2) o (3) podemos obtener una nueva ecuación con P, V y T.
PV=k_{ 2 }{ k }_{ 3 }{ T }^{ 2 }
Definiendo el producto de K2 por K3 como K4 :
PV=k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Multiplicando esta ecuación por (1):
{ (PV) }^{ 2 }={ k }_{ 1 }k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Definiendo k5 como el producto de k1 por k4 reordenando la ecuación:
\frac { { (PV) }^{ 2 } }{ { T }^{ 2 } } ={ k }_{ 5 }
Sacando raíz cuadrada:
\frac { PV }{ T } ={ \sqrt { { k }_{ 5 } } }
Renombrando la raíz cuadrada de k5 como K nos queda la ecuación general de los gases:
\frac { PV }{ T } = K
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La determinación de una ecuación de estado de los gases implica inevitablemente la medición de la presión, o fuerza por unidad de área, que un gas ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene. La presión de los gases comúnmente se expresa en atmósferas o milímetros de mercurio.
El estudio sistemático del comportamiento de los gases le interesó a los científicos durantes siglos. Destacan los nombres de varios investigadores que establecieron las propiedades de los gases.
Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.
La cantidad de gas está relacionada con el número total de moléculas que se encuentran en un recipiente. La unidad que utilizamos para medir la cantidad de gas es el mol.
Un mol es una cantidad igual al llamado número de Avogadro:
1 mol de moléculas= 6,022·1023 moléculas
1 mol de átomos= 6,022·1023 átomos
¡¡¡ 602.200.000.000.000.000.000.000 !!!
La masa molar de una sustancia pura es la masa que corresponde a 1 mol de dicha sustancia
Teoría Cinético-Molecular de los Gases
En 1738 Daniel Bernouilli dedujo la Ley de Boyle aplicando a las moléculas las leyes del movimiento de Newton, pero su trabajo fue ignorado durante más de un siglo.
Los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron renacer las ideas sostenidas por Bernouilli y en el período entre 1848 y 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinético-molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que se basa en la idea de que todos los gases se comportan de la misma manera en lo referente al movimiento molecular .
En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al movimiento browniano de una partícula pequeña inmersa en un fluido y sus ecuaciones fueron confirmadas por los experimentos de Perrín en 1908, convenciendo de esta forma a los energéticos de la realidad de los átomos.
Ley de difusión de Graham
La difusión es el proceso por el cual una substancia se distribuye uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se encuentra. Por ejemplo: si se conectan dos tanques conteniendo el mismo gas a diferentes presiones, en corto tiempo la presión es igual en ambos tanques. También si se introduce una pequeña cantidad de gas A en un extremo de un tanque cerrado que contiene otro gas B, rápidamente el gas A se distribuirá uniformemente por todo el tanque. La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elástico de las moléculas gaseosas. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusión. Para obtener información cuantitativa sobre las velocidades de difusión se han hecho muchas determinaciones. En una técnica el gas se deja pasar por orificios pequeños a un espacio totalmente vacío; la distribución en estas condiciones se llama efusión y la velocidad de las moléculas es igual que en la difusión. Los resultados son expresados por la ley de Graham. «La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad.»
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MAS APLICACIONES DE GASES
• En la industria
Los gases nobles se utilizan de forma generalizada para la iluminación. El criptón o el xenón limitan la degradación progresiva del filamento de la bombilla incandescente, aumentando de esta forma el tiempo de vida de la bombilla y garantizando una mejor eficacia luminosa. El neón y el xenón también se utilizan para la iluminación publicitaria en forma de tubos o bombillas luminiscentes denominados «tubos de neón».
En la industria automovilística, el xenón se utiliza para los faros. Estos focos producen una iluminación muy intensa con una luz blanca, similar a la luz diurna, que acentúa los contrastes y la visión de los colores, contribuyendo así a la seguridad vial.
En el ámbito espacial, el xenón permite propulsar los satélites y ajustar de forma muy precisa su trayectoria. Este gas se utiliza por su masa, puesto que permite garantizar el impulso suficiente para poner el satélite en movimiento en el espacio.
El criptón y el xenón se utilizan igualmente en determinados tipos de láseres y para la fabricación de pantallas planas.
• Análisis de la Compresión de un Gas
Imaginemos que en el cilindro de la figura anexa tenemos un volumen V de un gas ideal y está «tapado» por un pistón que es capaz de deslizar verticalmente infracción. En un principio este sistema se encuentra en equilibrio con el exterior, es decir, la presión que ejerce el gas sobre las paredes del cilindro y sobre el pistón (que es la misma en todas las direcciones)pint es igual a la presión que ejerce el peso del pistón sobre el gas p ext, y más ninguna otra fuerza obra sobre nuestro sistema. Ahora imaginemos que repentinamente aumentamos la presión externa a p’ext y como la presión que ejerce el gas sobre el pistón es pint < pext el equilibrio se romperá y el cilindro deslizará hacia abajo ejerciendo un trabajo W =fuerza*desplazamiento= p'ext ΔV. Esta energía, por la primera ley de la termodinámica, se convertirá instantáneamente en un incremento de energía interna del gas en el recipiente, y es así como el gas absorberá el trabajo del desplazamiento pistón.
• Compresión Isotérmica Reversible para gases ideales
Esta forma de compresión es una secuencia de infinitas etapas, o estados, de equilibrio que se conoce como movimiento cuasi estático, en los que siempre se cumple que la presión que ejerce el gas sobre las paredes del recipiente es igual a la presión que ejerce el pistón sobre el gas pext = pint =nRT /V
• En medio ambiente
Con el fin de limitar las pérdidas energéticas y garantizar un aislamiento óptimo de los edificios, los vidrios aislantes se pueden rellenar de criptón. Este gas inerte y pesado es un buen aislante, ya que sus moléculas se desplazan a menor velocidad que las del aire. El criptón garantiza una eficacia de aislamiento seis veces superior a la de un acristalamiento clásico.
• En sanidad
De forma natural, el xenón posee propiedades analgésicas. Utilizado durante la anestesia, presenta la ventaja de no ser metabolizado por el organismo, ya que se elimina de forma inalterada a través de la espiración. El xenón actúa rápidamente y garantiza la estabilidad de la tensión arterial y de la frecuencia cardíaca durante la intervención. Asimismo, permite que el paciente se despierte y se recupere más rápidamente, ya que el organismo puede eliminarlo fácilmente. Esto aumenta la comodidad del paciente y le permite limitar el tiempo de hospitalización.
• Industria química
La industria química se ocupa de la extracción y procesamiento de las materias primas, tanto naturales como sintéticas, y de su transformación en otras sustancias con características diferentes de las que tenían originalmente, para satisfacer las necesidades de las personas mejorando su calidad de vida. Su objetivo principal es elaborar un producto de buena calidad con el costo más bajo posible, y tratando de ocasionar el menor daño posible al medio ambiente. Las materias primas corresponden a diversos materiales extraídos de la naturaleza con el fin de fabricar bienes del consumo. Se la puede clasificar según su origen: animal, vegetal y mineral.
• Metalurgia
La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales a partir de minerales metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos. La metalúrgica es la rama que aprovecha la ciencia, la tecnología y el arte de obtener metales y minerales industriales, partiendo de sus menas, de una manera eficiente, económica y con resguardo del ambiente, a fin de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la humanidad.
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Aplicaciones de las leyes de los gases:
La ley de los gases combinados se pueden utilizar para explicar la mecánica que se ven afectados de presión, temperatura y volumen. Por ejemplo: los acondicionadores de aire, refrigeradores y la formación de nubes.
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura – para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten, informa ScienceClarified. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.
En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Un globo aerostatico necesita estar caliente para elevarse porque a mas temperatura mas presion esa es la ley de GAY LUSSAC
La olla de presion de tu casa, necesita estar tapada para que se eleve la temperatura y el voolumen de tu comida aumente y haya mas presion esa s la ley de LOS GASES COMBINADA
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Otros científicos como Charles y Gay Lussac probaron otras variaciones. Charles, mantuvo la presión constante. De esta manera variaban T (temperatura) y V (volumen). Estas magnitudes eran directamente proporcionales al contrario que en el experimento de Boyle. A medida que aumentaba T también lo hacía V. En este caso matemáticamente la constante estaba dada por los cocientes entre V y T.
V1/T1 = V2/T2 = V3/T3 = Vn/Tn
Ejemplo volumen y Temperatura son directamente proporcionales (a presión constante)
Los gases industriales son un grupo de gases manufacturados que se comercializan con usos en diversas aplicaciones. Principalmente son empleados en procesos industriales, tales como la fabricación de acero, aplicaciones medicas, fertilizantes, semiconductores, etc. Los gases industriales de más amplio uso y producción son el Oxígeno, Nitrógeno, Hidrógeno y los gases inertes tales como el Argón. Estos gases desempeñan roles tales como reactivos para procesos, forman parte de ambientes que favorecen reacciones químicas y sirven como materia prima prima para obtener otros productos.
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Los gases reaccionan de forma mucho más dramática a los cambios en el entorno que los sólidos y los líquidos. La mayoría de estas leyes fueron descubiertas hace cientos de años. La información de estas ecuaciones se usa en muchos productos domésticos comunes en casi cada sector.
Las leyes de los gases de Avogadro, Charles, Boyle y Gay-Lussac suelen combinarse en una ecuación llamada la ley del gas ideal, aunque existen varias otras, de acuerdo con Wolfram Research. Las leyes de los gases explican los efectos de la presión, el volumen y la temperatura absoluta en un gas teóricamente perfecto sin ninguna fuerza de atracción entre sus moléculas
Usos comunes
La lata promedio de soda hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución, de acuerdo con ScienceClarified. Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de «reventón». En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Efectos
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura – para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten, informa ScienceClarified. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.
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APLICACIONES
Ley de Boyle (P1V1 = P2V2). Lo puedes observar en un globo que inflas, a mayor presión ejercida, el volumen del globo aumenta.
Ley de Charles (V1/ T1 = V2 / T2).- La puedes observar en un globo aerostático. Calientas el gas y este tiende a expandirse más (es decir, el volumen aumenta) logrando elevar el globo a mayor altura.
Ley de Gay Lussac (P1 / T1 = P2 / T2). La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión.
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el gas de tu casa, tiene que tener buena presion pero no mucha perque si no las particulas se mueven mas rapido y ocasiona explosion esa el la LEY DE BOYLE
(P1V1 = P2V2)
Un globo aerostatico necesita estar caliente para elevarse porque a mas temperatura mas presion esa es la ley de GAY LUSSAC
(P1 / T1 = P2 / T2)
La olla de presion de tu casa, necesita estar tapada paraque se eleve la temperatura y el voolumen de tu comida aumente y hayya mas presion esa el s ley de LOS GASES COMBINADA
La de Charles no se explicarla pero es a MAYOR TEMPERATURA MAYPOR PRESION
(V1/ T1 = V2 / T2).
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Ley de Boyle (P1V1 = P2V2). Lo puedes observar en un globo que inflas, a mayor presión ejercida, el volumen del globo aumenta.
Ley de Charles (V1/ T1 = V2 / T2).- La puedes observar en un globo aerostático. Calientas el gas y este tiende a expandirse más (es decir, el volumen aumenta) logrando elevar el globo a mayor altura.
Ley de Gay Lussac (P1 / T1 = P2 / T2). La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión.
Ley de Boyle: Cuando viajas con una botella de agua entre zonas con diferentes presiones atmosféricas (que va de muy de la mano en relación a la altura sobre el nivel del mar). La botella cerrada en un lugar algunos kilómetros sobre el nivel del mar tendrá «encerrada» una presión que dependerá principalmente de la altura del lugar, si llevas esta misma botella a un lugar más bajo (por ejemplo a la altura del nivel del mar), verás que el volumen del gas encerrado en la botella se a reducido y por lo tanto la botella se ha apachurrado.
Ley de Charles: Se me ocurre (y no sé para que quieres exactamente estos ejemplos, por lo que no se si te será de utilidad) que puede servir el ejemplo de la convección ya que el volumen del aire al calentarse por la vela será mayor disminuyendo su densidad y por lo tanto empieza a moverse verticalmente hacia arriba.
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LEY DE AVOGADRO
Relación entre la cantidad de gas y su volumen
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.
¿Por qué ocurre esto?
Vamos a suponer 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 (por un instante) 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.
Según hemos visto en la animación anterior, también podemos expresar la ley de Avogadro así:
(el cociente entre el volumen y la cantidad de gas es constante)
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:
que es otra manera de expresar la ley de Avogadro.
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:
(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:que es otra manera de expresar la ley de Boyle.
Ejemplo:
4.0 L de un gas están a 600.0 mmHg de presión. ¿Cuál será su nuevo volumen si aumentamos la presión hasta 800.0 mmHg?
Solución: Sustituimos los valores en la ecuación P1V1 = P2V2.
(600.0 mmHg) (4.0 L) =(800.0 mmHg) (V2)
Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 3L.
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:
(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:
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.
Ejemplo:
Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 °C?
Recuerda que en estos ejercicios siempre hay que usar la escala Kelvin.
Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:
T1 = (25 + 273) K= 298 K
T2 = (10 + 273 ) K= 283 K
Ahora sustituimos los datos en la ecuación:
2.5L
V2
—–
=
—–
298 K
283 K
Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L.
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:
(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:
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.
Ejemplo:
Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mmHg?
Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:
T1 = (25 + 273) K= 298 K
Ahora sustituimos los datos en la ecuación:
970 mmHg
760 mmHg
————
=
————
298 K
T2
Si despejas T2 obtendrás que la nueva temperatura deberá ser 233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 °C.
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Se usan gases para darle burbujas a la soda.
En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
La ley de Boyle nos dice que una masa de un gas a temperatura constante, el volumen es inversamente proporcional a su presion: como ejemplo el airbag este dispositivo esta formado por una bolsa la cual se infla rapidamente debido a un golpe. Los vehiculos disponen de unos dispositivos que al detectar un golpe provocan una reaccion quimica entre dos componentes lo cual provoca la formacion de N2 (gas) responsable de inflar el globo, el truco consiste en la diferencia de presion, en el interior la presion es mucho mas elevada que al salir el gas, de esta manera al salir disparado el gas, la presion disminuye drasticamente, aumentando muy rapidamente el volumen, lo cual provoca que se infle la bolsa en tan poco tiempo.
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Otras aplicaciones que podemos emplear de las leyes de los gases
Ley Boyle
utilizada en el buceo, debido que el buzo debe expulsar el aire de sus pulmones al ascender porque este se expande al disminuir la presión y le causaría daño al tejido, con la aplicación de la ley en el buceo se puede determinar la duración de una botella de aire comprimido y su rendimiento a determinada profundidad, de igual manera se puede observar en todos los aparatos que se apoyen en la energía neumática tales como los brazos robóticos ya que algunos de estos ocupan pistones neumáticos, actuadores, reguladores de presión y válvulas liberadoras de presión.
Ley de Gay Lussac
La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión. El aire se elimina automáticamente y el vapor se retiene dentro de la olla, lo que crea una presión dentro. Bajo presión, las temperaturas internas de la olla se elevan por encima del punto de ebullición normal del agua y así lo alimentos se cocinan rápido
Ley Charles
El mismo principio es el de los aerosoles, y el por qué está prohibido tirarlos al fuego, dado que estos explotarían, al calentarse, por el gas residual que les queda en los mismos.
Se aplica también en un balón fútbol que se infla dentro de una casa y luego sale al aire libre en un día de invierno se reduce ligeramente.
Una balsa salvavidas de goma ligeramente desinflada en la luz del sol brillante hincha nuevamente.
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Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio.
Son moléculas no unidas y expandidas y con poca fuerza de atracción.
Entonces podemos decir que el gas es una sustancia cuyas moléculas están en contante movimiento las cuales ejercen presión y generan calor o temperatura.
Leyes de los gases:
Como por ejemplo estos
Ley de Boyle (P1V1 = P2V2). Lo puedes observar en un globo que inflas, a mayor presión ejercida, el volumen del globo aumenta.
Ley de Charles (V1/ T1 = V2 / T2).- La puedes observar en un globo aerostático. Calientas el gas y este tiende a expandirse más (es decir, el volumen aumenta) logrando elevar el globo a mayor altura.
Ley de Gay Lussac (P1 / T1 = P2 / T2). La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión.
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Las leyes de los gases de Avogadro, Charles, Boyle y Gay-Lussac suelen combinarse en una ecuación llamada la ley del gas ideal, aunque existen varias otras, de acuerdo con Wolfram Research. Las leyes de los gases explican los efectos de la presión, el volumen y la temperatura absoluta en un gas teóricamente perfecto sin ninguna fuerza de atracción entre sus moléculas,
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real usan estimaciones de estas ecuaciones para predecir cómo se comportan los gases bajo condiciones reales a temperatura y presión normales.
Aunque no existe el gas ideal, las leyes para éste predicen el comportamiento de un gas real en un 5%. A temperaturas y presión extremos, la ley del gas ideal requiere la adición de una constante de van der Waals que justifica la atracción entre moléculas de un gas.
Son varios los campos en los que se usan la ley de los gases de la misma manera, productos y sus aplicaciones tienen una relacion directa con cada una de la ley de los gases.
campos industriales, en la medicina, industrias químicas, procesos de sanidad, ambiente etc
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En 1738 Daniel Bernouilli dedujo la Ley de Boyle aplicando a las moléculas las leyes del movimiento de Newton, pero su trabajo fue ignorado durante más de un siglo.
Los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron renacer las ideas sostenidas por Bernouilli y en el período entre 1848 y 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinético-molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que se basa en la idea de que todos los gases se comportan de la misma manera en lo referente al movimiento molecular .
En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al movimiento browniano de una partícula pequeña inmersa en un fluido y sus ecuaciones fueron confirmadas por los experimentos de Perrín en 1908, convenciendo de esta forma a los energéticos de la realidad de los átomos. La teoría cinética de los gases utiliza una descripción molecular para explicar el comportamiento macroscópico de la materia y se basa en los siguientes postulados:
+Los gases están constituidos por partículas que se mueven en línea recta y al azar
+Este movimiento se modifica si las partículas chocan entre sí o con las paredes del recipiente
+El volumen de las partículas se considera despreciable comparado con el volumen del gas
+Entre las partículas no existen fuerzas atractivas ni repulsivas
+La Ec media de las partículas es proporcional a la temperatura absoluta del gas
Ley de Charles
La ley de Charles, o ley de los volumenes, fue descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin).
Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo).
V = k_2T \,
Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3·K−1) es la constante producida.
Ley de Gay-Lussac
Artículo principal: Ley de Gay-Lussac
Postula que las presiones ejercidas por un gas sobre las paredes del recipiente que lo contienen son proporcionales a sus temperaturas absolutas cuando el volumen es constante.
P = k_3T \qquad
Combinación y leyes de los gases ideales[editar]
Artículo principal: Ley general de los gases
Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante:
PV = k_1 \qquad (1)
Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta:
V = k_2T \qquad (2)
Ley de Gay-Lussac dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta:
P = k_3T \qquad (3)
Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.
Mediante la combinación de (2) o (3) podemos obtener una nueva ecuación con P, V y T.
PV=k_{ 2 }{ k }_{ 3 }{ T }^{ 2 }
Definiendo el producto de K2 por K3 como K4 :
PV=k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Multiplicando esta ecuación por (1):
{ (PV) }^{ 2 }={ k }_{ 1 }k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Definiendo k5 como el producto de k1 por k4 reordenando la ecuación:
\frac { { (PV) }^{ 2 } }{ { T }^{ 2 } } ={ k }_{ 5 }
Sacando raíz cuadrada:
\frac { PV }{ T } ={ \sqrt { { k }_{ 5 } } }
Renombrando la raíz cuadrada de k5 como K nos queda la ecuación general de los gases:
\frac { PV }{ T } = K
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. LEY DE BOYLE-MARIOTTE: PRESION Y VOLUMEN
El que los gases son compresibles es un hecho familiar. Cuando se aumenta la presión sobre
una cantidad determinada de un gas, como sucede en una bomba neumática, el volumen del gas
disminuye: cuanto mayor es la presión menor se hace el volumen.
En 1.660, el químico inglés
Robert Boyle estudió los efectos de la presión sobre el volumen de aire y observó que cuando
duplicaba la presión el volumen de aire se reducía a la mitad; si la presión se multiplica por cuatro el volumen se reduce a la cuarta parte de su valor original.
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GASES
Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:
☼Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven sus moléculas.
☼Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene.
☼Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene.
☼Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.
COMPORTAMIENTO DE LOS GASES
Para el comportamiento térmico de partículas de la materia existen cuatro cantidades medibles que son de gran interés: presión, volumen, temperatura y masa de la muestra del material (o mejor aún cantidad de sustancia, medida en moles).
►Cualquier gas se considera como un fluido, porque tiene las propiedades que le permiten comportarse como tal.
►Sus moléculas, en continuo movimiento, colisionan elásticamente entre sí y contra las paredes del recipiente que contiene al gas, contra las que ejercen una presión permanente. Si el gas se calienta, esta energía calorífica se invierte en energía cinética de las moléculas, es decir, las moléculas se mueven con mayor velocidad, por lo que el número de choques contra las paredes del recipiente aumenta en número y energía.
Como consecuencia la presión del gas aumenta, y si las paredes del recipiente no son rígidas, el volumen del gas aumenta.
►Un gas tiende a ser activo químicamente debido a que su superficie molecular es también grande, es decir, al estar sus partículas en continuo movimiento chocando unas con otras, esto hace más fácil el contacto entre una sustancia y otra, aumentando la velocidad de reacción en comparación con los líquidos o los sólidos.
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Gases reales
La ecuación de estado de un gas ideal está basada en la hipótesis de que las interacciones entre las moléculas de un gas a densidad muy baja son despreciables. Además, en estas condiciones, las moléculas que constituyen el gas se consideran partículas puntuales. En el modelo de gas ideal, las sustancias siempre se encuentran en estado gaseoso.
Sin embargo, el comportamiento de una sustancia real es mucho más complejo. Ésta puede experimentar lo que se denomina un cambio de fase o cambio de estado.
Cuando a una sustancia se le suministra o extrae una cierta cantidad de calor, a nivel microscópico las interacciones entre sus moléculas cambian y, dependiendo de su estado termodinámico, puede encontrarse en estado sólido, líquido o vapor, o en una combinación de estos estados.
Las isotermas de un gas real tienen una forma más compleja que las isotermas de un gas ideal (hipérbolas), ya que deben dar cuenta de los cambios de fase que puede experimentar.
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LEY COMBINADA DE LOS GASES Ó ECUACIÓN DE ESTADO DEL GAS IDEAL
El enunciado de esta Ley es el siguiente: «El volumen ocupado por una masa gaseosa, es inversamente proporcional a las presiones y directamente proporcional a las temperaturas absolutas que soportan».
El ejemplo más sencillo es el de los neumáticos. Antes de comenzar a moverse un vehículo la temperatura de los mismos suele ser de 20ºC, su presión de 1,8atm y el volumen equivale a 50L,una vez comenzado el movimiento su temperatura aumenta a 50ºC y su volumen a 50,5L.Aplicando la ley combinada de los gases se puede determinar la nueva presión de los mismos:1,965atm.Este resultado se obtiene despejando de la fórmula la incógnita correspondiente; o sea P2.
P1xV1/T1=P2.V2/T2
P2=P1.V1.T2/T1.V2
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APLICACIÓN DE LA LEY DE LOS GASES IDEALES
La importancia de la ley de los gases ideales, es que de ella se pueden derivar características de cada uno de los gases, como son la densidad y la masa molar. Para aplicar esta ley debemos analizar lo siguiente:
El número de moles es igual a los gramos (gr) sobre la masa molar (M): n = gr/M
Si se sustituye el valor de n en la ecuación quedaría: P V = gr/M (R T).
De esta fórmula se pueden derivar dos aplicaciones importantes, la densidad y la masa molar del gas.
La densidad de un gas está dada por la relación de su masa (gr) sobre su volumen (V): d=gr/V Utilizando la ecuación anterior y despejando masa sobre volumen queda la fórmula para calcular la densidad: d= PM/ RT
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En la medicina
Hay gases medicinales, los cuales por sus características específicas son utilizados para el consumo humano y aplicaciones medicinales en instituciones de salud y en forma particular, como lo son: oxigeno, oxido nitroso y aire medicinal.
En la vida cotidiana
Claramente podemos visualizar al momento en que inflamos una llanta x se la infla con aire. Ahí podemos comprobar que en cuanto se va introduciendo aire va aumentando en el volumen de la llanta y por ende va a aumentar la presión.
En la casa
El más común en las casas, al momento de analizar las ollas a presión el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión. También están los gases de uso domestico
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Ley de Charles
Artículo principal: Ley de Charles
La ley de Charles, o ley de los volumenes, fue descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin).
Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo).
V = k_2T \,
Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3·K−1) es la constante producida.
Ley de Gay-Lussac
Artículo principal: Ley de Gay-Lussac
Postula que las presiones ejercidas por un gas sobre las paredes del recipiente que lo contienen son proporcionales a sus temperaturas absolutas cuando el volumen es constante.
P = k_3T \qquad
Combinación y leyes de los gases ideales
Artículo principal: Ley general de los gases
Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante:
PV = k_1 \qquad (1)
Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta:
V = k_2T \qquad (2)
Ley de Gay-Lussac dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta:
P = k_3T \qquad (3)
Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.
Mediante la combinación de (2) o (3) podemos obtener una nueva ecuación con P, V y T.
PV=k_{ 2 }{ k }_{ 3 }{ T }^{ 2 }
Definiendo el producto de K2 por K3 como K4 :
PV=k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Multiplicando esta ecuación por (1):
{ (PV) }^{ 2 }={ k }_{ 1 }k_{ 4 }{ T }^{ 2 }
Definiendo k5 como el producto de k1 por k4 reordenando la ecuación:
\frac { { (PV) }^{ 2 } }{ { T }^{ 2 } } ={ k }_{ 5 }
Sacando raíz cuadrada:
\frac { PV }{ T } ={ \sqrt { { k }_{ 5 } } }
Renombrando la raíz cuadrada de k5 como K nos queda la ecuación general de los gases:
\frac { PV }{ T } = K
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Teoría cinética-molecular
La teoría cinética-molecular trata de explicar el comportamiento y propiedades de los gases. Con extensiones apropiadas es aplicable a los estados líquido y sólido.
Sus principales postulados son:
1. Toda la materia está formada por partículas discretas, muy pequeñas, llamadas moléculas (para los compuestos) o átomos (para elementos metálicos o gases nobles). En los gases las moléculas están relativamente alejadas entre sí.
2. Las moléculas de todas las substancias gaseosas están continuamente moviéndose a altas velocidades y en línea recta. Las moléculas diferentes tienen diferentes velocidades, pero el promedio de la energía cinética de todas las moléculas, en conjunto, es directamente proporcional a la temperatura absoluta. A la misma temperatura absoluta, la energía cinética media de las moléculas es igual en todos los gases. Los choques entre moléculas son completamente elásticos, es decir, cuando chocan entre sí o contra las paredes del recipiente, rebotan sin pérdida de energía. Esta afirmación es indispensable para explicar por qué la presión de un gas no cambia con el tiempo.(Al final de este capítulo se deduce la fórmula matemática).
Los postulados anteriores permiten explicar por qué:
a) Los gases ejercen tina presión. La presión se debe a los choques de las moléculas contra la pared del recipiente. Cada molécula choca y rebota sin pérdida de energía. Aunque la fuerza ejercida por una molécula es pequeña, el número de colisiones en una determinada área por segundo es muy grande. Como las moléculas están moviéndose rápidamente y en todas direcciones, ejercen la misma presión en todas partes del recipiente.
b) Los gases son muy compresibles. Las moléculas de un gas están relativamente muy separadas y hay entre ellas un gran vacío. El rápido movimiento de las moléculas crea la impresión de que ocupan todo el espacio que las encierra, aunque en cualquier instante la mayor parte del espacio está vacío. La compresión junta a las moléculas, disminuyendo el espacio que las separa. Por el contrario, la disminución de la presión ejercida sobre un gas permite que las moléculas se alejen y ocupen más espacio o volumen.
c) Los gases se difunden muy fácilmente. La difusión de los gases en un recipiente vacío o entre las moléculas de otro gas, se debe al rápido movimiento de las moléculas y a su capacidad de ocupar los espacios que hay entre ellas.
d) La presión ejercida por un gas aumenta con la temperatura, si el volumen permanece constante. Al elevar la temperatura, se aumenta la energía cinética de las moléculas debido al incremento en su velocidad. Estas moléculas que se mueven a mayor velocidad chocan con más energía y celeridad por segundo contra las paredes del recipiente y así ejercen una presión mayor.
e) Los gases se expanden al calentarlos si la presión permanece constantes. Como se indicó en (d) una elevación de temperatura aumentará la velocidad de las moléculas. Si el volumen permanece constante, la presión deberá aumentar debido a la mayor energía de las moléculas que chocan contra las paredes del recipiente. Pero como la presión se mantiene constante, es necesario dejar que el gas se expansione y así disminuye el número de colisiones contra la pared sin variar la presión.
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Interesante aplicación de las leyes de los gases
El buceo es un deporte excitante, y gracias a las leyes de los gases también es una actividad segura para personas entrenadas. Dos aplicaciones de las leyes de los gases a este popular pasatiempo son el desarrollo de normas para regresar a la superficie después de una inmersión y la determinación de la mezcla adecuada de gases para prevenir un accidente fatal durante una inmersión. Una inmersión común puede ser de 40 o 65 ft de profundidad, aunque también son comunes las inmersiones a 90 ft. El agua de mar tiene una densidad ligeramente mayor que el agua dulce (1,03 g/mL a 1,00 mg/mL), por lo que presión ejercida por una columna de agua de 33 ft de agua de mar equivale a 1 atm de presión. Ésta aumenta con la profundidad; por lo que a 66 ft la presión será de 2 atm de presión.
¿Qué pasaría si un buzo ascendiera rápidamente a la superficie desde una profundidad de 20 ft sin respirar? La disminución total de la presión en la profundidad a causa de este cambio sería de 0,6 atm (20 ft/33 ft * 1 atm). Cuando el buzo llegara a la superficie, el volumen de aire atrapado en los pulmones aumentaría por un factor de (1 + 0,6) amt/ 1 amt, o 1,6 veces. Esta expansión de aire repentina puede romper fatalmente las membranas de los pulmones o puede ocasionar una embolia pulmonar, dejando inconsciente al buzo antes de llegar a la superficie. Para evitar estas complicaciones, los buzos saben que deben ascender lentamente, haciendo pausas en ciertos puntos a fin de dar a su cuerpo el tiempo para adaptarse a la disminución de la presión.
El segundo ejemplo es una aplicación directa de la Ley de Dalton. El oxígeno gaseoso es esencial para vivir, sin embargo un exceso puede ser sumamente tóxico. Nuestros cuerpos funcionan mejor cuando el oxígeno gaseoso tiene una presión parcial de 0,20 atm (que se traduce en una composición del aire de 20% de oxígenos gaseoso y 80% de nitrógeno). Cuando un buzo se sumerge, la presión del aire dentro de sus pulmones debe ser igual a la del agua, para evitar el colapso de los mismos. Una válvula especial ajusta automáticamente la presión del aire almacenado en el tanque, con lo que se asegura que en todo momento la presión del aire es igual a la del agua.
La mezcla gaseosa de los tanques es oxígeno y helio. El helio es un gas inerte y menos soluble en la sangre que el nitrógeno, que a elevadas presiones es sumamente soluble y ocasiona intoxicación alcohólica que hace a los buzos hacer cosas extrañas, como bailar en el fondo del mar.
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Las leyes de los gases de Avogadro, Charles, Boyle y Gay-Lussac suelen combinarse en una ecuación llamada la ley del gas ideal, aunque existen varias otras, de acuerdo con Wolfram Research. Las leyes de los gases explican los efectos de la presión, el volumen y la temperatura absoluta en un gas teóricamente perfecto sin ninguna fuerza de atracción entre sus moléculas, Consideraciones
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real usan estimaciones de estas ecuaciones para predecir cómo se comportan los gases bajo condiciones reales a temperatura y presión normales, informa el Departamento de Química de Purdue. Aunque no existe el gas ideal, las leyes para éste predicen el comportamiento de un gas real en un 5%. A temperaturas y presión extremos, la ley del gas ideal requiere la adición de una constante de van der Waals que justifica la atracción entre moléculas de un gas.
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Tipos
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada,otros tipos de usos pueden incluir dispositivos de seguridad e incluso el transporte.
Usos comunes
La lata promedio de soda hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución. Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de «reventón». En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Efectos
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura – para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.
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LAS LEYES DE LOS GASES EN LA VIDA COTIDIANA
Ley de Boyle (P1V1 = P2V2). Lo puedes observar en un globo que inflas, a mayor presión ejercida, el volumen del globo aumenta.
Ley de Charles (V1/ T1 = V2 / T2).- La puedes observar en un globo aerostático. Calientas el gas y este tiende a expandirse más (es decir, el volumen aumenta) logrando elevar el globo a mayor altura.
Ley de Gay Lussac (P1 / T1 = P2 / T2). La puedes observar en las ollas a presión (el volumen es constante. Si calientas la olla, el gas en su interior aumenta su presión.
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LEY DE LOS GASES
Tipos
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada, reporta ScienceClarified. Otros tipos de usos pueden incluir dispositivos de seguridad e incluso el transporte.
Usos comunes
La lata promedio de soda hace uso de la ley de Henry, que establece que un gas disuelto es proporcional a la presión parcial sobre la solución, de acuerdo con ScienceClarified. Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de «reventón». En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
Efectos
Algunos productos comunes son conocidos por salvar vidas, pero también pueden suponer un peligro para la salud. Las bolsas de aire usan la ley de Charles, que establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura – para encender la mezcla de gasolina y de aire que infla la bolsa de aire en menos de un segundo. La Policía del Estado de Michigan dice que las bolsas de aire pueden reducir daños serios en la cabeza hasta un 75%. Por otra parte, un incremento en la temperatura puede causar que las latas de aerosol exploten, informa ScienceClarified. Ésto es especialmente peligroso para las latas en vertederos en días calurosos.
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Las leyes de los gases de Avogadro, Charles, Boyle y Gay-Lussac suelen combinarse en una ecuación llamada la ley del gas ideal, aunque existen varias otras, de acuerdo con Wolfram Research. Las leyes de los gases explican los efectos de la presión, el volumen y la temperatura absoluta en un gas teóricamente perfecto sin ninguna fuerza de atracción entre sus moléculas.
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real usan estimaciones de estas ecuaciones para predecir cómo se comportan los gases bajo condiciones reales a temperatura y presión normales, las leyes para éste predicen el comportamiento de un gas real en un 5%. A temperaturas y presión extremos, la ley del gas ideal requiere la adición de una constante de van der Waals que justifica la atracción entre moléculas de un gas.
Las aplicaciones para las leyes de los gases en la vida real son casi demasiadas para nombrarlas, y cada producto tiende a usar unas pocas. Se suelen utilizar para diseñar propulsores en latas, dado que la presión del gas se puede acumular y después tener una salida controlada. Para la soda, que usa dióxido de carbono, cuando se abre la botella escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido de «reventón». En los automóviles, los gases se encienden para producir la combustión que hace girar los pistones del motor.
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Leyes de los Gases
La determinación de una ecuación de estado de los gases implica inevitablemente la medición de la presión, o fuerza por unidad de área, que un gas ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene. La presión de los gases comúnmente se expresa en atmósferas o milímetros de mercurio.
El estudio sistemático del comportamiento de los gases le interesó a los científicos durantes siglos. Destacan los nombres de varios investigadores que establecieron las propiedades de los gases.
Ley De Boyle
La relación matemática que existe entre la presión y el volumen de un cantidad dad de un gas a una cierta temperatura fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Boyle encerró una cantidad de aire en el extremo cerrado de un tubo en forma de U, utilizando mercurio como fluido de retención. Boyle descubrió que el producto de la presión por volumen de una cantidad fija de gas era un valor aproximadamente constante. Notó que si la presión de aire se duplica su volumen era la mitad del volumen anterior y si la presión se triplicaba el volumen bajaba a una tercera mitad del inicial. También observo que al calentar un gas aumentaba su volumen si la presión se mantenía constante, a este proceso se le llama proceso isoborico.
La ley de Boyle se puede expresar como:
donde Kn,t es una constante cuyo valor depende de la temperatura y de la cantidad de gas.
Hoy, después de numerosas confirmaciones del trabajo de Boyle y experimentos adicionales, la relación entre el volumen y la presión de un gas se conoce como Ley de Boyle. Si aumenta la presión de un gas. El volumen disminuye proporcionalmente; por lo tanto, si la presión disminuye, el volumen aumenta. Si dos cantidades sob inversamente proporcionales, cuando una aumenta la otra disminuye.
Ejemplo: piense en un globo inflado, cuando oprimimos el globo (aumenta la presión) el volumen disminuye; al soltarlo (disminuye la presión) el volumen aumenta.
Un método que se utiliza extensamente para demostrar la relación entre dos cantidades es la construcción de gráficas, en las que se aprecia fácilmente como varían 2 cantidades entre sí.
Ley de Boyle:
“El volumen de un gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión”
Ley De Charles:
En 1787, Jacques Charles investigó la relación existente entre el volumen y la temperatura de una gas a presión constante. Usó un aparato similar al que se ve en la figura:
Al conservar la presión constante, el volumen aumenta y cuando la temperatura disminuye, el volumen también disminuye. Luego, había una proporcionalidad lineal directa entre el volumen y la temperatura, la cual se conoce como Ley de Charles.
Ejemplo: un globo lleno aumenta su volumen cuando se le caliente y lo disminuye cuando se le enfría.
Ley de Charles:
“El volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura kelvin”.
Ley de las Presiones Parciales de Dalton:
Cuando Dalton formuló por primera vez su teoría atómica poco había elaborado la teoría acerca de la vaporización del agua y el comportamiento de mezclas gaseosas. A partir de sus mediciones dedujo que dos gases es una mezcla actuaban de manera mutuamente independiente.
Por ejemplo si se colocan tres gases en un recipiente de determinado volumen, V, se puede considerar que cada uno de los gases ocupa todo el volumen. Es decir, si el gas está cerrado, las moléculas del gas debido a su rápido movimiento azar y ase tamaño tan pequeño, ocuparán todo el recipiente. Luego, cada uno de los tres gases que forman todo el recipiente. Luego, cada uno de los tres gases forman la mezcla tendrá el volumen V. Ahora, si temperatura del recipiente tuviera un valor constante, T, cada uno de los gases tendría esta temperatura.
Si estudiamos cada uno de estos gases en forma separada, la contribución a la presión de cada componente está directamente relacionada con el número de moles del componente y con la razón a la que las partículas chocan con las paredes del recipiente. Dado que cada componente tiene el mismo volumen y temperatura, las diferencias entre las presiones que ejercen se deberá a los distintos números de moles.
La presión que ejerce un componente determinado de la mezcla de gases si éste ocupara por sí solo el recipiente, se llama presión parcial del componente. Las presiones parciales se calculan aplicando la ley de los gases ideales a cada componente. Así la presión parcial, Pc, para una componente consistente en nc moles está dada por la expresión:
Leyes de los Gases
Se puede calcular la presión parcial de cada componente, si se conoce el número de moles de cada uno en la mezcla encerrada en un volumen determinado, a una temperatura dada. Debido a que las partículas de cada gas componente se conducen en forma independiente, la presión total que ejerza la mezcla será un resultado de todas las partículas.
Establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales.
Pt = pa + pb + pc + …
Está relación se conoce como Ley de las Presiones Parciales de Dalton e indica que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los componentes de la mezcla.
La ley de Dalton es muy útil cuando deseamos determinar la relación que existe entre las presiones parciales y la presión total de una mezcla de gases.
Ley de Gay-Lussac
Cuando se investiga experimentalmente como depende entre sí el volumen y la temperatura de un gas a una presión fija, se encuentra que el volumen aumenta linealmente al aumentar la temperatura. Esta relación se conoce como Ley de Charles y Gay-Lussac, y se puede expresar algebraicamente por:
V = V0(1 + «t)
Donde V0 es el volumen que a la temperatura de 0 ºC, » es una constante que tiene aproximadamente el valor 1/273 para todos los gases y t es la temperatura en la escala Celsius.
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