Leyes de los gases y Ley general de los gases

Un gas es un estado de agregación de la materia en que toma la forma y el volumen del recipiente que lo contiene. Todos los gases, idealmente, se comportan en forma similar ante los cambios de presión y temperatura.

El cambio de volumen de la materia condensada se relaciona con la cantidad de materia presente y también con la variación de temperatura. La cantidad de gas en determinado recipiente contribuye a determinar la presión en su interior y esa presión P, junto con la temperatura T y el volumen V del recipiente.

Hay tres leyes sencillas que se aplican muy bien, siempre y cuando las moléculas del gas no se acerquen demasiado entre sí.

• Ley de Boyle-Mariotte

En 1662, Robert Boyle, llevó a cabo un estudio de los gases que culminó en el reconocimiento de una interdependencia sencilla entre la presión y el volumen, la cual dice:

Si se mantiene constante la temperatura, el volumen de un gas varía en proporción inversa a la presión absoluta, es decir la presión absoluta por el volumen es constante.

PV=K que es igual a P₁V₁=P₂V₂ donde:

P=presión

V=volumen

K=constante de proporcionalidad

Esta constante depende de las unidades usadas, la masa del gas y la temperatura.

En la gráfica de P contra V da como resultado la hipérbola característica que corresponde a la ecuación de la ley. Si se repite el experimento a temperaturas diferentes se genera una familia de hipérbolas, y debido a que la temperatura es constante a lo largo de cada línea, éstas curvas se denominan isotermas, como resultado se observa un proceso isotérmico en el que la temperatura permanece constante.

Como la energía interna de un gas sólo es función de la temperatura, en un proceso isotérmico de un gas la variación de la energía interna es cero.

• Ley de Charles

En 1787 el francés J. Charles sin proponérselo fue el primero en subir en un globo cuando su ayudante lo soltó por accidente y fue el inventor del globo aerostático de hidrógeno.

Cuando se mantiene constante la presión, el volumen de determinada cantidad de cualquier gas varía en forma directa con la temperatura termodinámica.

V/T=K que es igual a V₁T₁=V₂T₂ donde:

V=volumen

T=temperatura absoluta

K=constante de proporcionalidad

• Ley de Gay-Lussac

En 1802 Gay-Lussac con sólo encerrar un gas en un matraz y obturando con un líquido el conducto por donde se ejerce la presión atmosférica y posteriormente calentando un poco el conjunto observó el aumento de volumen del gas, afirmando que:

Cuando se mantiene constante el volumen, la presión absoluta de determinada cantidad de cualquier gas varía en relación directa con la temperatura termodinámica.

P/T=K que es igual a P₁T₁=P₂T₂ donde:

P=presión

T=temperatura

K=constante de proporcionalidad

• Ley general de los gases

Esta ley combina las variables de presión P, volumen V y temperatura T de las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac para calcular un nuevo volumen cuando cambian tanto la presión como la temperatura y se enuncia así:

Los volúmenes ocupados por una masa gaseosa son directamente proporcionales a las temperaturas absolutas e inversamente proporcionales a las presiones que soportan.

PV/T=P’V’/T’

El diafragma para inhalar, tira hacia abajo, aumenta el volumen torácico y hace disminuir la presión pero ahora la presión en los pulmones es negativa y el aire entra en ellos. Cuando el tórax se comprime y el diafragma se mueve hacia arriba, la presión torácica aumenta, la presión manométrica en los pulmones se torna positiva y el aire es expulsado.

Los gases medicinales como el oxígeno y el nitrógeno requieren ser almacenados en recipientes metálicos a altas presiones sobre todo para su manejo y posterior distribución en recipientes más pequeños para la oxigenoterapia donde el oxígeno líquido medicinal por medio de un adecuado sistema de intercambio de calor, el oxígeno se evapora y llega al paciente en estado gaseoso y a temperatura ambiente, otro ejemplo es la combinación de oxígeno con nitrógeno en el protóxido de nitrógeno principalmente utilizado en la anestesia y analgesia.

Haz click AQUÍ, para observar de manera gráfica los cambios en el volumen del gas cuando aumentas o disminuyes la temperatura o la presión.

Bibliografía

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• Audesirk, Teresa. Biología ciencia y naturaleza. México, Pearson Prentice Hall, 2008.
• W. Sears, Francis et al. Física universitaria volumen 1. México, Pearson, 2004.
• Wilson, Jerry D. Física. México, Pearson Educación, 5a edición, 2003.