Leyes de los Gases y Cambios de Estado: Boyle-Mariotte, Gay-Lussac y Charles

Leyes de los Gases y Cambios de Estado

Ley de Boyle-Mariotte

A lo largo del siglo XVII, Robert Boyle en Inglaterra y Edme Mariotte en Francia, estudiaron los cambios que experimentaba la presión de un gas al modificar su volumen y manteniendo la temperatura constante. De sus investigaciones se desprende la Ley de Boyle-Mariotte: Cuando un gas experimenta transformaciones a temperatura constante, el producto de la presión por el volumen permanece constante.

La Teoría Cinética explica la Ley de Boyle-Mariotte

En la experiencia de Boyle-Mariotte, la temperatura permanece constante. De acuerdo con la teoría cinética, si el gas se mantiene a la misma temperatura en todo el proceso es porque sus partículas se mueven a la misma velocidad media.

Al reducir el volumen, aumenta la presión, ya que las partículas llegan antes a las paredes y el número de choques será mayor. En cambio, si aumentamos el volumen, las partículas tardarán más en chocar con las paredes del recipiente y la presión ejercida por el gas será menor.

Ley de Gay-Lussac

A comienzos del siglo XIX, el químico francés Joseph-Louis Gay-Lussac estudió las variaciones que experimentaba la presión de un gas cuando se modificaba su temperatura manteniendo constante el volumen del recipiente.

Las variables P y T son directamente proporcionales.

Ley de Gay-Lussac: Cuando un gas experimenta transformaciones a volumen constante, el cociente entre la presión y su temperatura absoluta permanece constante.

La Teoría Cinética explica la Ley de Gay-Lussac

De acuerdo con la teoría cinética, si aumenta la temperatura de un gas es porque las partículas se mueven más deprisa; aumentando, por tanto, su velocidad media.

• Cuando aumenta la velocidad de las partículas y el volumen del recipiente permanece constante, las partículas del gas llegan antes a las paredes del recipiente, el número de choques que producen contra las paredes será mayor y, en consecuencia, aumenta la presión.
• Si el recipiente se enfría, las partículas del gas se mueven más despacio, tardan más en llegar a las paredes del recipiente y la presión disminuye.

Ley de Charles

Por la misma época en que Gay-Lussac estudiaba el comportamiento de los gases, Jacques Alexandre Charles, otro científico francés, analizó las variaciones que experimentaba el volumen de un gas cuando se variaba la temperatura y se mantenía constante la presión.

Ley de Charles y Gay-Lussac: Cuando un gas experimenta transformaciones a presión constante, el cociente entre el volumen y su temperatura absoluta permanece constante.

La Teoría Cinética explica la Ley de Charles

De acuerdo con la teoría cinética, si aumenta la velocidad media a la que se mueven sus partículas, la temperatura de un gas también aumenta.

• Si la presión del gas permanece constante al elevarse la temperatura, el volumen del recipiente también debe aumentar. Así, el ritmo al que chocan las partículas con las paredes del recipiente se mantiene constante.
• Cuando baja la temperatura, el volumen debe disminuir para mantener la presión constante. Las partículas se mueven más despacio, de forma que, al reducir el volumen, el número de choques por segundo permanece constante.

Cambios de Estado

Los cambios de estado son un ejemplo de fenómeno físico, pues con ellos no se altera la naturaleza de la materia, sino solo el estado en que se presenta.

• Se denomina temperatura o punto de fusión a la temperatura a la cual se produce el cambio de estado de sólido a líquido. El punto de fusión coincide con el punto de solidificación.
• Se denomina temperatura o punto de ebullición a la temperatura a la cual se produce el cambio de estado de líquido a gas en toda la masa del líquido. El punto de ebullición coincide con el punto de condensación.

Cambios de Estado bajo ciertas Condiciones

La temperatura a la cual una sustancia experimenta un cambio de estado depende de las condiciones en las que se encuentre.

Por ejemplo, el agua hierve a 100 ºC si se encuentra a la presión de una atmósfera, pero si la presión es mayor, necesitará alcanzar una temperatura por encima de 100 ºC para que sus partículas tengan suficiente energía para liberarse de las fuerzas que las mantienen unidas en el líquido y de esta forma moverse libremente.

Un aumento en la presión exterior hace que la temperatura de ebullición se eleve.

Diferencia entre Evaporación y Ebullición

• Evaporación es el cambio de estado de líquido a gas que se produce solo en la superficie del líquido a cualquier temperatura.
• Ebullición es el cambio de estado de líquido a gas que tiene lugar en toda la masa del líquido a una temperatura determinada.