Ley de los gases ideales
La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas
ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni
repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación
de momento y energía cinética). La energía cinética es directamente
proporcional a la temperatura en un gas ideal. Los gases reales que más se
aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en
condiciones de baja presión y alta temperatura.
En 1648, el químico Jan Baptist van Helmont creó el vocablo
gas, a partir del término griego kaos (desorden) para definir las génesis
características del anhídrido carbónico. Esta denominación se extendió luego a
todos los cuerpos gaseosos y se utiliza para designar uno de los estados de la
materia.
La principal característica de los gases respecto de los
sólidos y los líquidos, es que no pueden verse ni tocarse, pero también se
encuentran compuestos de átomos y moléculas.
La causa de la naturaleza del gas se encuentra en sus
moléculas, muy separadas unas de otras y con movimientos aleatorios entre si.
Al igual que ocurre con los otros dos estados de la materia, el gas también
puede transformarse (en líquido) si se somete a temperaturas muy bajas. A este
proceso se le denomina condensación.
La mayoría de los gases necesitan temperaturas muy bajas
para lograr condensarse. Por ejemplo, en el caso del oxígeno la temperatura
necesaria es de -183°C.
Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde
finales del siglo XVII, aparentemente de manera independiente por August Krönig
en 1856 1 y Rudolf Clausius en 1857.2 La constante universal de los gases se
descubrió y se introdujo por primera vez en la ley de los gases ideales en
lugar de un gran número de constantes de gases específicas descriptas por
Dmitri Mendeleev en 1874.3 4 5
En este siglo, 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.
Empíricamente, se observan una serie de relaciones
proporcionales entre la temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la
ley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834
como una combinación de la ley de Boyle y la ley de Charles.6
.jpg)
.jpg)
La combinación de la Ley
de Boyle y la Ley de Charles nos permite establecer una relación matemática
entre el volumen, temperatura y presión de una muestra determinada de gas. Esta
relación queda formulada así:
"La
razón entre el producto Presión - Volumen y la Temperatura es una
constante".
esta masa gaseosa
puede expresarse en términos de una condición inicial y una condición final:
que representa la ecuación
general del estado gaseoso y
en ella están incluídos los tres parámetros que determinan el comportamiento de
los gases, donde:
P se expresa en atm,
mmHg o psig
T se expresa en kelvins
V se expresa en litros,
sus múltiplos y submúltiplos, cm3.
Ejemplo 1:
Un volumen de 100 cm3 de un gas en condiciones normales de
temperatura y presión (1 atm y 0 °C), si queremos que ocupe el volumen de 1 litro
a la presión de 590 mm Hg ¿A qué temperatura en °C debemos someterlo?
Análisis de los datos y
resolución
Es un caso de variación
de los tres parámetros (volumen, presión y temperatura) en un gas, desde unas
condiciones iniciales hasta unas condiciones finales. Aplicaremos la ecuación general del estado gaseoso.
Las unidades de volumen son consistentes, las unidades de presión de la
condición inicial debe convertirse a mm Hg. Los cálculos de temperatura se
hacen siempre en kelvins y al final convertimos a °C.
Como puedes observar,
debemos ser consistentes en las unidades a usar para hacer los cálculos.
No hay comentarios:
Publicar un comentario