subMenu1 Presión, Volumen y Temperatura cn subMenu2 Ley de Boyle y Mariotte cn subMenu3 Ley de Charles y Guy-Lussac cn subMenu4 Ley de los gases cn actividades ACTIVIDADES c indice INDICE GENERAL c titulo Título in actividad1 En el aula c actividad2 En casa c actividad3 En el ordenador c actividad4 En el laboratorio c actividad5 Autoevaluación c cerrar CERRAR c texto1 Las moléculas de los gases se mueven continuamente debido a la temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, con más velocidad se moverán las moléculas. Pero la temperatura no se mide en la escala normal de temperaturas, la escala Celsius o Centígrada, sino en una escala especial llamada escala Kelvin o escala absoluta.<br/><br/>A -273ºC las moléculas estarían quietas. Por eso no puede haber una temperatura más baja. En la escala Kelvin, 0 K equivale a -273ºC. Y no pueden existir temperaturas inferiores, así que no pueden existir temperaturas negativas. Para pasar de una escala a otra basta sumar o restar 273. Así, 100ºC serán 100 + 273 = 373K y 500K serán 500 - 273 = 227ºC. Es en esta escala de temperatura en la que deberemos medir siempre la temperatura de un gas. <br/><br/>Las moléculas de gas ocupan un volumen y en él se mueven y desplazan. Aunque en el Sistema Internacional el volumen se mida en m³ (metros cúbicos), cuando se trata de gases el volumen que ocupa se mide en litros (l). Pero no hay que olvidar que 1 litro equivale a 1 dm³ (decímetro cúbico), es decir, que 1000 l son 1 m³. i texto2 Ley de Boyle y Mariotte c texto3 Si la temperatura no cambia: i texto4 Para pasar de ºC a K hay que sumar 273. Para pasar de K a ºC hay que restar 273. i texto5 Como las moléculas de gas se están moviendo, chocarán con el recipiente que las contiene (y entre sí, claro). Al chocar, ejercerán una presión, otra magnitud física, resultado de dividir la fuerza por la superficie. En el sistema internacional se mide es pascales (Pa), pero cuando se estudian los gases se suele emplear la atmósfera (atm), que es la presión que ejerce la atmósfera a nivel del mar (en la playa, vamos) y que equivale a 101300 Pa. Equivale a aplicar una fuerza de un Newton en una superficie de un metro cuadrados.<br/><br/>El pascal es una unidad muy pequeña, así que se han definido otras mayores y que se emplean en distintas ciencias. En meteorología, en la que también es importante la presión, ya que dependiendo de ella cambiará o no el tiempo y hará más o menos frío y habrá mayor o menor posibilidad de lluvia, la presión se mide en bares (b) o milibares (mb). Finalmente, por razones históricas, a veces se mide la presión en milímetros de mercurio (mmHg), siendo una atmósfera 760 mmHg. Evidentemente, 1 b equivale a 1000 mb y son 100000 Pa. Podemos escribir entonces la tabla de conversión: i texto6 Pascal c texto7 Atmósfera c texto8 bar c texto9 milibar c texto10 mmHg c texto11 El paso de una unidad a otra se realiza como vimos en el caso de múltiplos y submúltiplos. Así, 1140 mmHg son 1,5 atm i texto12 CALCULAR c texto13 REINICIAR c texto14 COMPROBAR c texto15 Al aumentar el volumen de un gas, las moléculas que lo componen se separarán entre sí y de las paredes del recipiente que lo contiene. Al estar más lejos, chocarán menos veces y, por lo tanto, ejercerán una presión menor. Es decir, la presión disminuirá. Por el contrario, si disminuye el volumen de un gas las moléculas se acercarán y chocarán más veces con el recipiente, por lo que la presión será mayor. La presión aumentará.<br/><br/>Matemáticamente, el producto la presión de un gas por el volumen que ocupa es constante. Si llamamos V0 y P0 al volumen y presión del gas antes de ser modificados y V1 y P1 a los valores modificados, ha de cumplirse: i texto16 Esto se conoce como ley de Boyle y Mariotte, en honor a los químicos inglés y francés que lo descubrieron. i texto17 atm. i texto18 litros i texto19 Edme Mariotte completó la ley: Cuando no cambia la temperatura de un gas, el producto de su presión por el volumen que ocupa, es constante. El volumen y la presión iniciales y finales deben expresarse en las mismas unidades, de forma habitual el volumen en litros y la presión en atmósferas.<br/><br/>Gracias a esta ley, conociendo tres de los cuatro valores, es posible determinar el cuarto, como puedes comprobar a continuación, si introduces 3 valores en los recuadros siguientes (recuerda que la presión debes expresarla en atmósferas y el volumen en litros) y pulsando después el botón Calcular. Para introducir nuevos valores, pulsa en el botón Reiniciar: i texto20 Así, podemos determinar que si un gas ocupa un volumen de 6 l a la presión de 1 atm, si aumentamos la presión a 1140 mmHg, el volumen disminuirá a 4 atm. i texto21 Como la presión ha aumentado, el volumen tiene que disminuir. Si la presión disminuyera, el volumen aumentaría, ya que se comportan de forma opuesta. i texto22 Al aumentar la temperatura de un gas, sus moléculas se moverán más rápidas y no sólo chocarán más veces, sino que esos choques serán más fuertes. Si el volumen no cambia, la presión aumentará. Si la temperatura disminuye las moléculas se moverán más lentas, los choques serán menos numerosos y menos fuertes por lo que la presión será más pequeña. i texto23 Numéricamente, Gay-Lussac y Charles, determinaron que el cociente entre la presión de un gas y su temperatura, en la escala Kelvin, permanece constante. i texto24 Esta ley explica porqué la presión de las ruedas de un coche ha de medirse cuando el vehículo apenas ha circulado, ya que cuando recorre un camino, los neumáticos se calientan y aumenta su presión. Así, unas ruedas cuya presión sea de 1,9 atm a 20 ºC, tras circular el coche y calentarse hasta los 50 ºC, tendrá una presión de 2,095 atm. i texto25 Si el recipiente puede agrandarse o encogerse, al aumentar la temperatura y producirse más choques, estos harán que el recipiente se expanda, por lo que el volumen de gas aumentará. Y por el contrario, si la temperatura disminuye, el volumen también disminuirá. Siempre que la presión no cambie. i texto26 Numéricamente, Gay-Lussac y Charles determinaron que el cociente entre el volumen de un gas y su temperatura, medida en la escala absoluta, permanece constante que, en forma de ecuación, puedes ver a la derecha: i texto27 Por eso, si introducimos un globo en el congelador, se desinfla. Al bajar la temperatura de 30 ºC a -20ºC, un globo de 2 l verá reducido su volumen a 1,67 l. Si, por el contrario, se expone al sol, al aumentar su temperatura, aumentará su volumen. i texto28 y podemos poner, sencillamente T en la ecuación de los gases, que quedará: i texto29 Las leyes de Boyle y Mariotte y de Charles y Gay-Lussac relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un gas de dos en dos, por parejas. Sin embargo, es posible deducir una ley que las incluya a las tres: la ley de los gases perfectos. i texto30 Según esta ley, es el producto de la presión, volumen e inverso de la temperatura lo que permanece constante en los gases y a partir de ella podemos deducir las leyes anteriores: i texto31 VER LA DEDUCCIÓN DE LAS LEYES c texto32 Evidentemente la cantidad de gas influirá en sus propiedades. Si ponemos el doble de gas, y no cambiamos su volumen, la presión se duplicará. Y si mantenemos la presión pero disminuimos la cantidad de gas a la mitad, el volumen también tendrá que reducirse a la mitad. Relacionar todas las propiedades de los gases con la cantidad de gas lo hace la ecuación de los gases ideales: i texto33 En la que n es la cantidad de gas en moles, R es un número que vale 0.082 y P, V y T son la presión, volumen y temperatura del gas medidas en atmósferas, litros y Kelvin, respectivamente. i texto34 En la ecuación de los gases ideales, conocidas tres de las propiedades del gas podemos calcular la cuarta. Así, si sabemos que un globo de feria se ha inflado hasta alcanzar 3 litros, a la presión de 1 atmósfera y a la temperatura de 27 ºC podemos determinar que contiene 0.12 moles de gas. i texto35 1040 mmHg deseamos expresarlo en atm. Nos fijamos en las equivalencias que aparecen en la tabla: i texto36 Y como: i texto37 podemos aplicar la ley de Charles y Guy-Lussac: i texto38 Como T aparece dividiendo en ambos lados de la ecuación, podemos simplificarla, quitandolas de los dos lados, por lo que queda: i texto39 Que es justamente la ley de Boyle y Mariotte. i texto40 Primera Ley de Charles y Guy-Lussac c texto41 Debemos ahora, la cantidad inicial, multiplicarla por la correspondiente a la unidad a que queremos pasar y dividirla por aquella que es la unidad de origen. En este caso, deseamos pasar a atm, por lo que deberemos multiplicar por 1 atm y como partimos de mmHg, deberemos dividir por 760 mmHg. i texto42 Si queremos expresar 250000 Pa en bar: i texto43 Observa como, al simplificar la última fracción, la unidad de origen se puede simplificar, por estar tanto en el numerador como en el denominador, quedando únicamente la unidad a la que se desea convertir. i texto44 En primer lugar expresaremos 1140 mmHg en atm: i texto45 Ahora podemos aplicar la ley de Boyle y Mariotte, tomando los valores del ejemplo: i texto46 Si el volumen no cambia: i texto47 y podemos poner, sencillamente V en la ecuación de los gases, que quedará: i texto48 Como V aparece multiplicando en ambos lados de la ecuación, podemos simplificarla, quitandolas de los dos lados, por lo que queda: i texto49 En primer lugar debemos expresar las temperaturas en la escala absoluta, para lo que sumarenos 273: i texto50 Que es justamente la primera ley de Charles y Guy-Lussac. i texto51 Segunda Ley de Charles y Guy-Lussac c texto52 Si la presión no cambia: i texto53 y podemos poner, sencillamente P en la ecuación de los gases, que quedará: i texto54 Como P aparece multiplicando en ambos lados de la ecuación, podemos simplificarla, quitandolas de los dos lados, por lo que queda: i texto55 Que es justamente la segunda ley de Charles y Guy-Lussac. i texto56 En primer lugar expresamos la temperatura en la escala absoluta, para lo que sumaremos 273: i texto57 Y como: i texto58 podemos aplicar la ley de los gases: i texto59 moles i