Deducción de las leyes de los gases.

Los gases se forman cuando la energía de un sistema excede todas las fuerzas de atracción entre moléculas. Así, las moléculas de gas interactúan poco, ocasionalmente chocándose. En el estado gaseoso, las moléculas se mueven rápidamente y son libres de circular en cualquier dirección, extendiéndose en largas distancias. A medida que la temperatura aumenta, la cantidad de movimiento de las moléculas individuales aumenta. Los gases se expanden para llenar sus contenedores y tienen una densidad baja. Debido a que las moléculas individuales están ampliamente separadas y pueden circular libremente en el estado gaseoso, los gases pueden ser fácilmente comprimidos y pueden tener una forma indefinida 

El comportamiento de todos los gases se ajusta a cuatro leyes, las cuales relacionan el volumen de un gas con su temperatura y presión. Los gases que obedecen estas leyes son llamados gases ideales o perfectos.
Los cuales son:

Ley de Avogadro

“La ley de Avogadro representa la relación entre el volumen de un gas y el numero de moles o cantidad”

Conforme agregamos gas a un globo, este se expande. La relación entre la cantidad de un gas y so volumen se deriva del trabajo de Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1823) y Amadeo Avogadro. En 1808 Lussac estableció la ley de los volúmenes de combinación: 

“a una presión y temperatura dadas, los volúmenes de los gases que reaccionan entre si se encuentran en relaciones de números enteros pequeños.”

Tres años después Avogadro interpretó la observación de Lussac proponiendo lo que ahora se conoce como la hipótesis de Avogadro: 

“Volúmenes iguales de gases a la misma presión y temperatura contienen el mismo número de moléculas.” Como se muestra en la siguiente imagen:

Por ejemplo experimentos muestran que 22,4 L de cualquier gas a 0 oC y 1 atm de presión contienen 6,02 * 1023 moléculas de gas es decir 1 mol. 

La ley de Avogadro es consecuencia de su hipótesis: El volumen de un gas mantenido a temperatura y presión constantes, es directamente proporcional al número de moles del gas. 

V=Constante*n a P y T constantes

Para una mayor apreciación de esta ley podemos observarlo en el siguiente video:https://www.youtube.com/watch?v=LCBksqeqv-g#t=33 .

Ley de Boyle

“La ley de Boyle representa la relación entre la presión y el volumen de un gas” 

Si la presión de un globo disminuye, el globo se expande. Es por esto que los globos meteorológicos se expanden conforme se elevan en la atmósfera. Por el contrario cuando el volumen de un gas se comprime, la presión del mismo aumenta. El químico inglés Robert Boyle (1627-1691) fue el primero en estudiar la relación entre la presión de un gas y su volumen. 

Para sus experimentos Boyle utilizó un tubo en forma de J como el de la figura:

En la parte izquierda del tubo, se tenía una cantidad de gas atrapada por una columna de mercurio. Boyle cambio la presión del gas añadiendo mercurio al tubo. Encontró que el volumen del gas disminuyó cuando el volumen aumentó. Por ejemplo, al duplicar la presión ocasionó que el volumen del gas disminuyera a la mitad de su valor original.

La ley de Boyle establece que el volumen de una cantidad fija de gas mantenida a una temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión. 

V=Constante*1/P o PV=Constante Con T y n constantes

Para una demostración mas grafica podemos ver el siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=43k0qNLHjjs

Ley de Charles

“La ley de Charles representa la relación entre la temperatura y el volumen de un gas”

Los globos con aire caliente se elevan porque el aire se expande cuando se calienta. El aire caliente es menos denso que el aire frio de los alrededores lo que genera una fuerza de empuje que hace al globo ascender. La relación entre el volumen de un gas y la temperatura fue descubierta en 1787 por el científico francés Jacques Charles (1746-1823). Charles descubrió que el volumen de una cantidad fija de gas a una presión constante aumenta linealmente con la temperatura, tal y como muestra la figura:

Al extrapolar estos datos experimentales la línea punteada pasa por -273 oC. Observe de la figura que se predice que el gas tendrá un volumen igual a cero a esta temperatura. 

En 1848 William Thomson, propuso una escala de temperatura absoluta, ahora conocida como escala Kelvin. En esta escala, 0 K, que es conocida como cero absoluto, es igual a -273,15 oC. En términos de la escala Kelvin, la ley de Charles puede expresarse como sigue: El volumen de una cantidad fija de gas mantenida a presión constante, es directamente proporcional a su temperatura absoluta. 

V = Constante*T o V/T = Constante 

Con P y n constantes

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.

La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura: •Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión. •Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

¿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.

Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

P/T= K

   

(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:

P1/T1=P2/T2

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