Ley de Gay-Lussac

¿Qué es la ley de Gay-Lussac?

La ley de Gay-Lussac o ley de los volúmenes de combinación de Gay-Lussac puede ser enunciada de la siguiente manera:

En las reacciones entre gases, para formar un determinado compuesto, la relación entre los volúmenes que se combinan (medidos a igual presión y temperatura) están en una relación constante de números enteros sencillos.

Experimento de Gay-Lussac

Da respuesta a la pregunta ¿qué pasa con la presión y la temperatura de un gas ideal cuando mantenemos constante el volumen? 

Gay-Lussac investigó el volumen de oxígeno (O2) contenido en el aire y realizó, en las mismas condiciones de presión y temperatura, numerosos experimentos con otros gases.

Gay-Lussac observó que la presión y la temperatura son magnitudes directamente proporcionales; el cociente P/T permanece constante para un mismo volumen.

P/T = cte

P1/T1 = P2/T2

Cuando un gas experimenta una transformación a volumen constante, el cociente de la presión ejercida por la temperatura del gas permanece constante.

Así, cuando un gas ideal en un émbolo pasa de un estado 1 a un estado 2, manteniéndose constante el volumen, aumentará la presión si también aumenta la temperatura:

fig-1

En las leyes de los gases, la temperatura debe usarse en Kelvin, mientras que la presión y el volumen se pueden expresar en la unidad que deseemos, siempre y cuando usemos la misma para los dos estados considerados.

A partir de estos experimentos, Joseph-Louis Gay-Lussac (1778-1850) enunció en 1809 una ley general para gases medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura que se puede enunciar como:

En las reacciones entre gases, para formar un determinado compuesto, la relación entre los volúmenes que se combinan (medidos a igual presión y temperatura) están en una relación constante de números enteros sencillos.

El mérito de Gay-Lussac fue determinar el volumen de los reactivos y productos en las reacciones entre gases. Es evidente que, desde el punto de vista experimental, el trabajo es mucho más complejo que la medida de masas. Las masas se pueden medir con relativa facilidad usando balanzas. Sin embargo, los volúmenes de gases dependen de la presión y la temperatura.

Ejercicios resueltos de la ley de Gay-Lussac

1) Cuando reaccionan gas hidrógeno (H2) con gas nitrógeno (N2) para formar amoníaco (NH3), lo hacen en la siguientes proporciones, medidos todos a igual presión y temperatura:

3 L de H2 reaccionan con 1 L de N2 para formar 2 L de NH3.

3H2 + N2 → 2NH3

¿Cuántos litros de H2 y N2 serán necesarios para obtener 400 mL de NH3 en dichas condiciones?

Solución:

400 mL de NH3 · (3L de H2) / (2L de NH3) = 600 mL de H2

400 mL de NH3 · (1L de N2) / (2L de NH3) = 200 mL de N2

Limitaciones en la ley de Gay Lussac

A pesar de su sencillez, esta ley no podía ser interpretada con la teoría atómica de Dalton, lo que supuso un grave inconveniente para la aceptación de dicha teoría por parte de la comunidad científica. Habría que esperar hasta 1811 hasta que Amadeo Avogadro formulara una hipótesis que explicaba la ley experimental de los volúmenes de combinación de los gases.

Cuando tiene lugar una reacción química, cierto número de partículas de un reactivo interaccionan con cierto número de partículas de otro reactivo. Esos números son enteros, los denominados coeficientes estequiométricos. De acuerdo con Avogadro, el número de partículas de un gas está relacionao con el volumen que ocupa. Por ello, la relación sencilla que se establece entre número de partículas (entre coeficiente estequiométricos) también se podrá extender a los volúmenes que ocupan los gases.

Por tanto, si, de acuerdo con Avogadro, volúmenes iguales de gases diferentes tienen el mismo número de partículas, las relaciones molares (dadas por los coeficientes estequiométricos de las ecuaciones químicas) han de ser iguales a las relaciones volumétricas.

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