Leyes de los gases

¿Qué son las leyes de los gases?

Las leyes de los gases o a veces denominadas leyes fundamentales de los gases o leyes volumétricas abordan el estudio de los gases perfectos y comprenden a tres leyes bastante simples:

Son formuladas según el comportamiento de tres propiedades de los gases: volumen, presión y temperatura absoluta.

Además, se relacionan también con:

que describe que el volumen de un gas es directamente proporcional al número de partículas de gas (n).

Las cuatro leyes anteriores combinadas, constituyen lo que se conoce como la ley de los gases ideales:

p·V = n·RT

Parámetros de las leyes de los gases

Los parámetros estudiados en las diferentes leyes de los gases son:

  • Presión: es la cantidad de fuerza aplicada sobre una superficie. La unidad de presión en SI es el pascal (Pa) pero para el análisis matemático de las leyes de los gases se usa la unidad de atmósfera (atm); 1 atm es igual a 101325 Pa.
  • Volumen: es el espacio ocupado por una cierta cantidad de masa y se expresa en litros (L).
  • Temperatura: es la medida de la agitación interna de las partículas de gas y se expresa en unidades Kelvin (K). Para transformar centígrados a Kelvin, sólo tenemos que sumar 273.
  • Moles: es la cantidad de masa del gas. Se representa con la letra n y sus unidades son moles.

 

Ley general de los gases

En esta ley fundamental se encuentran unidas las leyes de Charles, la de Gay-Lussac y la de Boyle-Mariotte. Estas leyes tratan sobre las variables V (volumen), T (temperatura) y P (presión).

En todas estas leyes debe haber cierta interdependencia que es donde comienza a existir la ley combinada de los gases.

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

Para representarlo de forma matemática podemos usar la siguiente fórmula:

p·V/T = cte

Aquí vemos que P viene a ser la presión, V es igual al volumen, la T representa la temperatura absoluta medida en Kelvin y, finalmente la cte es la constante. Esta última se representa con las unidades de energía que se dividen por la temperatura. Esta constante entonces va a depender de la cantidad de gas que se utilice en el momento.

Ley de los gases ideales

Las cuatro leyes anteriores se pueden combinar para formar la ley de los gases ideales, una sola generalización del comportamiento de los gases conocida como ecuación de estado. Esta ley de los gases ideales se puede representar de forma matemática utilizando la siguiente ecuación:

p·V = n·R·T

donde n es el número de moles-gramos de un gas y R se llama constante universal de gas.

Por tanto, si comprimimos un gas, manteniendo constante su temperatura, veremos que la presión aumenta al disminuir el volumen. Análogamente, si hacemos que se expansione un gas a temperatura constante, su presión disminuye al aumentar el volumen.

Esta ley pertenece a lo que se conoce como ecuación de estado del gas ideal.

Se define como gas ideal al que hipotéticamente se forma por partículas puntuales las cuales no se atraen ni se repelen unas a otras. Además, para simplificar, cuando estas chocan se considera solo movimientos elástico donde se conserva la energía cinética.