Ley de los gases ideales

Todo el en el universo está formado por materia, la materia se haya en tres estados de agregación o estados físicos como: sólido, líquido y gaseoso. Para comprender las variantes de los estados en los que la materia se es sometida, es necesario, estudiar la teoría molecular cinética de la materia.La ley de los gases ideales indica que estos se forman a través de la división de los gases reales que se encuentran en un sistema que posee cada una de las fuerzas de atracción entre las moléculas.

Temas relacionados

Ley de Boyle, ley de Gay-Lussac

¿Qué es la ley de los gases ideales?

Un gas ideal es aquel donde todas las colisiones entre los átomos o moléculas son perfectamente elásticos, y en el carece de fuerzas atractivas a nivel intermolecular. Puede apreciarse como un conjunto de esferas perfectamente rígidas que colisionan entre sí, sin tener interacción alguna. La energía interna en dichos gases presenta una forma de energía cinética, lo que significa que cualquier cambio en la energía interna, provocará sus altas o bajas térmicas (cambios de temperatura).

En qué consiste la ley de los gases ideales

La ley de los gases ideales es una simplificación de los gases reales que se realiza para estudiarlos de manera más fácil y se basa de la condensación de la ley de Boyle, la ley de Charles, la ley de Ovogadro y la ley de Gay-Lussac.

Quién la propuso

Fue propuesta por primera vez en 1834 por el físico e ingeniero francés Émile Clapeyron (1799-1864). Esta surgió como una combinación entre la ley de Boyle y la ley de Charles.

Historia

La primera ley de los gases fue desarrollada a final del siglo XVII, donde se presume que de manera independiente fue por August Krönig en 1856​ y Rudolf Clausius en 1857. Esta constante universal de los gases tuvo su descubriendo y se introdujo por primera vez en la ley de los gases ideales, en vez de un gran número de constantes de gases específicas descritas por Dmitri Mendeleev en 1874.

Fue en este mismo siglo, que los científicos empezaron a notar que en las relaciones entre el volumen, la presión y la temperatura de una pequeña muestra de gas en un sistema cerrado, se podría adquirir una fórmula que sería de gran validez para todos los gases.

Esto es un comportamiento de forma similar a una amplia variedad de condiciones favorables debido a la armónica aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más distales; hoy en día, la ecuación de estado para un gas ideal, se deriva fervientemente de la teoría cinética.

Actualmente las leyes anteriores de los gases son consideradas como condiciones especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables sostenidas constantes.

Con carácter empírico, se observan una serie de relaciones proporcionales entre la presión, la temperatura y el volumen que abren paso a la ley de los gases ideales.

Fue entonces cuando fue deducida oficialmente por primera vez por el físico Émile Clapeyron en 1834 como producto de una combinación de la ley de Boyle y la ley de Charles.

Enunciado de la ley de los gases ideales

La ley de los gases ideales indica que para asignar una masa gaseosa debemos asegurar la existencia de una constante directamente proporcional a la presión y volumen del gas e inversamente proporcional a su temperatura.

Características

• El número de moléculas es despreciable en comparación con el volumen total de un gas.
• No existe ningún tipo de fuerza de atracción entre las moléculas.
• Las colisiones son perfectamente elásticas.
• Poseen un volumen variable, una gran difusión y comprensibilidad en la unión molecular.

Fórmula

Partiendo de la ecuación del estado:

P·V= n·R·T

Tenemos que:

Donde R es la constante universal de los gases ideales, luego para dos estados del mismo gas, 1 y 2:

Forma común:

La ecuación normalmente describe la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal y se expresa así:

PV= nRT

Dónde:

• P = Presión absoluta
• V = Volumen
• n = Moles de gas
• R = Constante universal de los gases ideales
• T = Temperatura absoluta

Explicación

Un gas ideal es aquel en que las moléculas o átomos no se atraen entre sí, por lo que su comportamiento se puede explicar de una forma fija y culmina con la relación llamada la ley del gas ideal.

La presión ejercida por el gas se debe choques de las moléculas con las paredes del contenedor, lo que provoca cambios de temperatura aleatorios.

Experimentos

Experimentos de la ley de los gases ideales:

• El papel que no se moja.
• ¿Cómo hacer hielo seco con un extintor?
• ¿Cómo funciona el pájaro bebedor?
• Los guantes zombis.
• El agua que no cae.
• ¿Cómo meter un huevo en una botella?

Ejemplos de la ley de los gases ideales

Existen algunos ejemplos destacados que expresan la física de la ley de los gases ideales:

Ejemplo 1

Ejemplo: Buscar la presión de 8,8 g de CO₂a 27 ⁰C en un recipiente con volumen 1230 cm³. (C = 12, O = 16)

Solución:

En primer lugar, encontrar la masa molar de CO₂;

CO₂=12+2.16=44

Entonces, nos encontramos con moles de CO₂;

n = 8,8 / 44 = 0,2 moles

Convertir la temperatura de 0 ° C a K y el volumen de cm³ a litro;

T=27+273=300 K

V=1230 cm³=1,23 litros

Ahora, usamos la ley del gas ideal para encontrar la cantidad desconocida.
P.V=n.R.T

P.1, 23=0,2.0, 08206.300

P=4 atm.

Ejemplo 2

Encontrar la masa molar de X (gas) que figura en el cuadro de abajo con 896 cm³ de volumen, temperatura de 273 °C y la masa de 0,96 g. (O = 16, y la presión atmosférica es de 1 atm).

Solución:

Hacemos conversiones de unidades en primer lugar.

P=38 cm Hg=38/76=0,5 atm

V=896/1000=0,896 litros

T=273 + 273=546 K

Ahora, usamos la ley del gas ideal para encontrar n;

P.V=n.R.T

0,5.0,896=n.(22,4/273).546

n=0,03 moles

La masa molar de X;

M_X=m_X/n=0,96/0,03

M_X=32 g/mol

Así; X (gas)=O₂

Conclusión

Datos recopilatorios sobre el estudio de la ley de los gases ideales:

• A una presión constante, el volumen de un gas es capaz de expandirse cuando alcanza una alta temperatura y se contrae en dicha expansión.
• La temperatura y el número de moles deben ser persistentes.
• La presión para demostrar la ley de Charles debe ser constante.
• Si la presión de un gas se duplica, el volumen baja, y si la presión baja o disminuye, el volumen incrementa