Ley de gases

1. INSTITUCIÓN​ ​EDUCATIVA​ ​EXALUMNAS​ ​DE​ ​LA​ ​PRESENTACIÓN
LEY​ ​DE​ ​GASES
PAULA​ ​ALEJANDRA​ ​QUIMBAYO​ ​MIRANDA
DECIMO​ ​TRES
IBAGUÉ
2017

2. INTRODUCCIÓN
los gases ideales es la ecuacion mas simple que describe el comportamiento de los
gases, enlazando 4 variables clásicas: Temperatura, presión, volumen y cantidad de
gases​ ​(n).
se llaman ideales, porque considera a las partículas de los gases del mismo tamaño
infinitamente pequeñas y sin interacciones entre ellas (esta es la idea de un gas
ideal; en la práctica las moléculas si ocupan un espacio, moléculas de diferentes
gases tienen diferentes tamaños y existen interacciones electrostáticas entre las
moléculas. por lo que los resultados calculados con esta ecuación tan simple
difieren de las mediciones reales). su importancia es que fue el primer modelo
matemático de donde partieron los físicos para predecir el comportamiento de los
gases.
OBJETIVOS
- entender conceptos de las cuatro variables clásicas que describen el
comportamiento de los gases: ley de boyle, ley de charles, ley combinada de
gases​ ​y​ ​Avogardo
- Realizar una correcta aplicación de cada ley, en su respectivo caso en cada
ejercicio
- comprender​ ​procesos​ ​de​ ​conversión​ ​en​ ​cada​ ​sistema​ ​de​ ​medida
PROCEDIMIENTO
se accede a la pagina web ​http://www.educaplus.org/gases/index.html en un
laboratorio​ ​virtual​ ​con​ ​todas​ ​las​ ​temáticas​ ​de​ ​cada​ ​ley.
donde estudiaremos el comportamiento de los gases y como la ciencia ha tratado de
encontrar​ ​explicación​ ​para​ ​el​ ​comportamiento​ ​de​ ​ello.

3. MARCO​ ​TEÓRICO
ESTADOS​ ​DE​ ​AGREGACIÓN
Los​ ​estados​ ​de​ ​agregación,​ ​sólido,​ ​líquido​ ​y​ ​gaseoso,​ ​dependen​ ​fundamentalmente
de​ ​las​ ​condiciones​ ​de​ ​presión​ ​y​ ​temperatura​ ​a​ ​las​ ​que​ ​esté​ ​sometida​ ​la​ ​materia.
SOLIDO
En​ ​el​ ​estado​ ​sólido​ ​los​ ​átomos​ ​o​ ​moléculas​ ​ocupan​ ​posiciones
fijas​ ​aunque​ ​se​ ​encuentran​ ​vibrando​ ​en​ ​esas​ ​posiciones​ ​con​ ​una
capacidad​ ​de​ ​movimiento​ ​limitada.
LIQUIDO
En​ ​el​ ​estado​ ​líquido​ ​la​ ​fuerza​ ​de​ ​cohesión​ ​que​ ​mantiene​ ​unidas​ ​a
las​ ​moléculas​ ​es​ ​mucho​ ​menor.

4. En​ ​un​ ​líquido​ ​las​ ​moléculas​ ​tienen​ ​una​ ​cierta​ ​capacidad​ ​de​ ​movimiento​ ​que,​ ​en​ ​gran
medida,​ ​está​ ​limitada​ ​por​ ​las​ ​otras​ ​moléculas​ ​que​ ​tienen​ ​alrededor.
GASEOSO
En​ ​un​ ​gas​ ​las​ ​moléculas​ ​se​ ​encuentran​ ​muy​ ​lejanas​ ​unas​ ​de​ ​otras
y​ ​se​ ​mueven​ ​en​ ​todas​ ​direcciones​ ​con​ ​libertad​ ​absoluta.
TEMPERATURA
Según la teoría cinética, la temperatura es una medida de la energía cinética media
de los átomos y moléculas que constituyen un sistema. Dado que la energía cinética
depende de la velocidad, podemos decir que la temperatura está relacionada con
las​ ​velocidades​ ​medias​ ​de​ ​las​ ​moléculas​ ​del​ ​gas.
Hay varias escalas para medir la temperatura; las más conocidas y utilizadas son
las escalas Celsius (ºC), Kelvin (K) y Fahrenheit (ºF). En este trabajo sólo
utilizaremos​ ​las​ ​dos​ ​primeras.

5. ¿Cómo​ ​se​ ​calibra​ ​un​ ​termómetro?
Mientras​ ​se​ ​está​ ​produciendo​ ​un​ ​cambio​ ​de​ ​estado​ ​la​ ​temperatura​ ​permanece
constante​ ​y​ ​por​ ​ello​ ​consideramos​ ​los​ ​cambios​ ​de​ ​estado​ ​del​ ​agua​ ​(a​ ​1​ ​atm)​ ​como
puntos​ ​de​ ​referencia.
​ ​Punto​ ​de​ ​fusión​ ​del​ ​agua:
​ ​​ ​La​ ​fase​ ​líquida​ ​se​ ​encuentra​ ​en​ ​equilibrio​ ​con​ ​la​ ​fase​ ​sólida​ ​y​ ​la
temperatura​ ​permanece​ ​constante.
​ ​​ ​Los​ ​valores​ ​otorgados​ ​a​ ​este​ ​punto​ ​en​ ​cada​ ​escala​ ​son:
● Celsius:​ ​0
● Kelvin:​ ​273.15
● Fahrenheit:​ ​32
Punto​ ​de​ ​ebullición​ ​del​ ​agua:
​ ​​ ​La​ ​fase​ ​líquida​ ​se​ ​encuentra​ ​en​ ​equilibrio​ ​con​ ​la​ ​fase​ ​gaseosa​ ​y​ ​la
temperatura​ ​permanece​ ​constante.
​ ​​ ​Los​ ​valores​ ​otorgados​ ​a​ ​este​ ​punto​ ​en​ ​cada​ ​escala​ ​son:
● Celsius:​ ​100
● Kelvin:​ ​373.15
● Fahrenheit:​ ​212
En​ ​el​ ​intervalo​ ​de​ ​temperatura​ ​comprendido​ ​entre​ ​los​ ​puntos​ ​de​ ​fusión​ ​y​ ​ebullición,
el​ ​agua​ ​permanece​ ​líquida.​ ​Este​ ​intervalo​ ​se​ ​divide​ ​en​ ​100​ ​partes​ ​en​ ​las​ ​escalas
Celsius​ ​y​ ​Kelvin,​ ​mientras​ ​que​ ​en​ ​la​ ​escala​ ​Fahrenheit​ ​se​ ​divide​ ​en​ ​180​ ​partes.
ESCALAS:

6. PRESIÓN
En​ ​Física,​ ​llamamos​ ​presión​ ​a​ ​la​ ​relación​ ​que​ ​existe​ ​entre​ ​una​ ​fuerza​ ​y​ ​la​ ​superficie
sobre​ ​la​ ​que​ ​se​ ​aplica:
Dado​ ​que​ ​en​ ​el​ ​Sistema​ ​Internacional​ ​la​ ​unidad​ ​de
fuerza​ ​es​ ​el​ ​newton​ ​(N)​ ​y​ ​la​ ​de​ ​superficie​ ​es​ ​el​ ​metro
cuadrado​ ​(m2),​ ​la​ ​unidad​ ​resultante​ ​para​ ​la​ ​presión​ ​es
el​ ​newton​ ​por​ ​metro​ ​cuadrado​ ​(N/m2)​ ​que​ ​recibe​ ​el
nombre​ ​de​ ​pascal​ ​(Pa)
Otra unidad muy utilizada para medir la presión,
aunque no pertenece al Sistema Internacional, es el
milímetro de mercurio (mm Hg) que representa una presión equivalente al peso de
una columna de mercurio de 1 mm de altura. Esta unidad está relacionada con la
experiencia de Torricelli que encontró, utilizando un barómetro de mercurio, que al
nivel del mar la presión atmosférica era equivalente a la ejercida por una columna
de​ ​mercurio​ ​de​ ​760​ ​mm​ ​de​ ​altura.
En este caso la fuerza se correspondería con el peso (m⋅g) de la columna de
mercurio​ ​por​ ​lo​ ​que
Como la masa puede expresarse como el producto de la densidad por el volumen
(m=d⋅V),​ ​si​ ​sustituimos​ ​será:

7. ​ ​
y dado que el volumen es el producto de la superficie de la base por la altura
(V=S⋅h),​ ​tenemos
y​ ​simplificando​ ​tenemos:
que​ ​nos​ ​permite​ ​calcular​ ​la​ ​presión​ ​en​ ​función​ ​de​ ​la​ ​densidad,​ ​la​ ​intensidad​ ​del​ ​campo
gravitatorio​ ​y​ ​la​ ​altura​ ​de​ ​la​ ​columna.
Sustituyendo​ ​los​ ​correspondientes​ ​valores​ ​en​ ​la​ ​ecuación​ ​anterior​ ​tenemos​ ​que:
Según la teoría cinética, la presión de un gas está relacionada con el número de
choques por unidad de tiempo de las moléculas del gas contra las paredes del
recipiente. Cuando la presión aumenta quiere decir que el número de choques por
unidad​ ​de​ ​tiempo​ ​es​ ​mayor.
En​ ​este​ ​trabajo​ ​usaremos​ ​la​ ​atmósfera​ ​(atm)​ ​y​ ​el​ ​milímetro​ ​de​ ​mercurio​ ​(mmHg):
1atm=760mmHg

8. VOLUMEN
El volumen es el espacio que ocupa un sistema. Recuerda que los gases ocupan
todo el volumen disponible del recipiente en el que se encuentran. Decir que el
volumen de un recipiente que contiene un gas ha cambiado es equivalente a decir
que​ ​ha​ ​cambiado​ ​el​ ​volumen​ ​del​ ​gas.
En el laboratorio se utilizan frecuentemente jeringuillas como recipientes de volumen
variable​ ​cuando​ ​se​ ​quiere​ ​experimentar​ ​con​ ​gases.
Hay muchas unidades para medir el volumen. En este trabajo usaremos el litro (L) y
el​ ​mililitro​ ​(mL)
Su​ ​equivalencia​ ​es:
1L​ ​=​ ​1000​ ​mL
Como 1 L es equivalente a 1 dm3, es decir a 1000 cm3, tenemos que el mL y el cm3
son​ ​unidades​ ​equivalentes.
LA​ ​CANTIDAD​ ​DE​ ​GAS

9. 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:
Con el siguiente simulador puedes calcular las masas molares de algunas
sustancias puras como el hidrógeno, el metano, el cloro y el yodo. La medida es
correcta​ ​cuando​ ​se​ ​enciende​ ​el​ ​testigo​ ​rojo.

10. LEYES
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.
¿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:
Vn=kVn=k
(el​ ​cociente​ ​entre​ ​el​ ​volumen​ ​y​ ​la​ ​cantidad​ ​de​ ​gas​ ​es​ ​constante)

11. 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:
V1n1=V2n2V1n1=V2n2
que​ ​es​ ​otra​ ​manera​ ​de​ ​expresar​ ​la​ ​ley​ ​de​ ​Avogadro.
LEY​ ​DE​ ​BOYLE
Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma
conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por
la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y
Mariotte.
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.
¿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

12. 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:
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:
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.

13. ¿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:
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

14. relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala
absoluta​ ​de​ ​temperatura.
LEY​ ​DE​ ​GAY-LUSSAC
Relación​ ​entre​ ​la​ ​presión​ ​y​ ​la​ ​temperatura​ ​de​ ​un​ ​gas​ ​cuando​ ​el​ ​volumen​ ​es
constante
Fue​ ​enunciada​ ​por​ ​Joseph​ ​Louis​ ​Gay-Lussac​ ​a​ ​principios​ ​de​ ​1800.
Establece​ ​la​ ​relación​ ​entre​ ​la​ ​temperatura​ ​y​ ​la​ ​presión​ ​de​ ​un​ ​gas​ ​cuando​ ​el​ ​volumen
es​ ​constante.
¿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.

15. 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.
EJERCICIOS
LEY​ ​DE​ ​BOYLE
GASES​ ​IDEALES

16. GASES​ ​IDEALES

17. LEY​ ​DE​ ​CHARLES