Ley General de Los Gases

La ley combinada de los gases o ley general de los gases es una ley de los gases que combina la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac. Estas leyes matemáticamente se refieren a cada una de las variables termodinámicas con relación a otra mientras todo lo demás se mantiene constante. La ley de Charles establece que el volumen y la temperatura son directamente proporcionales entre sí, siempre y cuando la presión se mantenga constante. La ley de Boyle afirma que la presión y el volumen son inversamente proporcionales entre sí a temperatura constante. Finalmente, la ley de Gay-Lussac introduce una proporcionalidad directa entre la temperatura y la presión, siempre y cuando se encuentre a un volumen constante.

La interdependencia de estas variables se muestra en la ley de los gases combinados, que establece claramente que:

La relación entre el producto presión-volumen y la temperatura de un sistema permanece constante.

Matemáticamente puede formularse como:

donde:

• P es la presión
• V es el volumen
• T es la temperatura absoluta (en kelvins)
• K es una constante (con unidades de energía dividido por la temperatura) que dependerá de la cantidad de gas considerado.

Otra forma de expresarlo es la siguiente:

donde presión, volumen y temperatura se han medido en dos instantes distintos 1 y 2 para un mismo sistema.

En adición de la ley de Avogadro al rendimiento de la ley de gases combinados se obtiene la ley de los gases ideales.

Diferentes unidades de medida para cada magnitud en las leyes de los gases ideales

La presión: Al aumentar la presión exterior, el punto de ebullición se eleva, pues se requiere una mayor agitación térmica(es decir, mayor temperatura) para que la presión de las burbujas contrarresten la presión externa. La presión también influye en el punto de fusión de las sustancias, de manera que, un incremento en la presión produce un incremento en el pinto de fusión de las sustancias

La temperatura: es una medida de energía cinética media de las moléculas que constituyen un cuerpo. Cuando la temperatura de un cuerpo aumenta, se produce un aumento en la velocidad con la que se mueve sus moléculas. Si el aumento de la temperatura se produce mediante suministro de calor, dicho aumento es proporcional a la cantidad de calor recibido, para un mismo aumento de moléculas.

Volumen: es una magnitud métrica de tipo escalar definida como la extensión en tres dimensiones de una región del espacio. Es una magnitud derivada de la longitud, ya que se halla multiplicando la longitud, el ancho y la altura. Matemáticamente el volumen es definible no sólo en cualquier espacio euclídeo, sino también en otro tipo de espacios métricos que incluyen por ejemplo a las variedades de Riemann. Desde un punto de vista físico, los cuerpos materiales ocupan un volumen por el hecho de ser extensos, fenómeno que se debe al principio de exclusión de Pauli.

Ley de avogadro

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

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.

Volúmenes iguales de gases diferentes, sometidos a las mismas condiciones de temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas.

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:

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:

Ley de Gay- Lussac

Joseph Louis Gay-Lussac fue un físico francés que en el año de 1802 observó que todos los gases se expanden a una misma fracción de volumen para un mismo aumento en la temperatura, lo que le reveló la existencia de un coeficiente de expansión térmica común.

La ley de Gay- Lussac 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.

En un recipiente rígido, a volumen constante, la presión se dobla al duplicar la temperatura absoluta.

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

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



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

Ley de Charles

Jacques Alexander César Charles físico y químico francés, fue profesor de física en París. Colaboró con la construcción del primer globo aerostático llenado con hidrógeno. En el año de 1787 descubrió por primera vez lar elación 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. Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.Matemáticamente podemos expresarlo así:

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la temperatura cambiará a T2, y se cumplirá:

Como podemos apreciar en la figura anteriormente mostrada, tenemos un volumen y temperatura inicial, pero al aplicarle una fuente calorifica observamos que el volumen y temperatura no son las mismas. Es evidente que al calentar un gas, éste aumenta su volumen.



Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de temperatura.

Ley de Boyle

La primera ley es: Ley de Boyle, fue descubierta por Robert Boyle en 1662, que era un filósofo natural, químico, físico e inventor irlandés que formula la ley que lleva su apellido, ésta ley establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. Cabe mencionar que Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Robert, pero no publicó sus trabajos hasta 1676, por eso en ciertos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.


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:



Relaciona inversamente las proporciones de presión y volumen de un gas, manteniendo la temperatura constante. (Que es otra manera de expresar la Ley de Boyle)








cuando se somete a un gas a una presión de 4 atmósferas, su volumen disminuye, con esto podemos concluir que a mayor presión MENOR es el volumen.






Se observa que cuando se disminuye la presión a 1 atmósfera, el volumen aumenta, debido a que los gases son compresibles. Por lo tanto a menor presión MAYOR volumen.

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, de los cuales se hablará a continuación.