Gases

Ley General de los Gases y Leyes de los Gases

El estado gaseoso es aquel en el cual las fuerzas intermoleculares de atracción (la atracción que una molécula ejerce hacia otra) son lo suficientemente pequeñas para permitir movimientos rápidos e independientes de las moléculas.

El comportamiento físico de un gas, es independiente de su composición química y se define por medios de las variables: volumen, presión, temperatura y el número de moles de la sustancia.

La cantidad de volumen de la materia condensada se relaciona con la cantidad de materia presente y también con la variación de la temperatura,. La cantidad de gas en determinado recipiente contribuye a determinar la presión en su interior y esa presión P, junto con la temperatura T y el volumen V.

Existen leyes que se encargan de explicar ésto y aplican siempre y cuando las moléculas no se acerquen demasiado entre sí.

Leyes de los gases


-Ley de Boyle-Mariotte
El científico Robert Boyle (1626-1691) realizó estudios sobre la comprensibilidad de los gases. Boyle descrubrió la relación entre la presión ejercida por un gas y el volumen ocupado por el mismo. Boyle no presentó esta relación en forma de ley física sino como una generalización.
Edme Mariotte (1620-1684) físico francés  estudió la compresión de los gases y descubrió con Boyle su ley.

Robert Boyle

Ambos científicos Boyle-Mariotte de forma independiente llegaron a la misma ley, sólo que Boyle no especificó que la temperatura debía ser constante y Mariotte si.
La ley dice:

"A temperatura constante, el volumen que ocupa una cantidad fija de un gas, es inversamente proporcional a la presión aplicada"

Es decir, si se mantiene constante la temperatura, el volumen de un gas varía en proporción inversa a la presión absoluta, la presión absoluta por el volumen es constante.

Edme Mariotte

Matemáticamente 

PV=K  y ésto es igual a PiVi=PfVf

donde:

Pi= presión inicial Vi= volumen inicial

Pf=presión final  Vf=volumen final  K=constante.

La ecuación establece para una cantidad determinada de cualquier gas a una temperatura constante, el producto de su volumen por la presión es igual a una constante. Si la presión aumenta, el volumen debe disminuir para que el producto PxV se mantenga constante. 

La relación inversa entre P y V que se predice e la ley de Boyle está representada en la anterior imagen, sin embargo, los gases reales no siguen con exactitud éste comportamiento (línea blanca). 

A presiones muy latas, el volumen medio siempre es superior al calculado a partir de la ley de Boyle. A presiones muy bajas, un gas real sigue muy de cerca la ley de Boyle y su comportamiento se identifica como real.

Para una mejor comprensión de la teoría de Boyle-Mariotte click aquí.

-Ley de Charles

Jaques Charles investigó el efecto de los cambios de temperatura sobre el volumen de una cantidad determinada de gas mantenida a presión constante. Encontró que si una gas se calienta  de manera que la presión permanezca constante, se dilatará. La ley establece:

"A presión constante, el volumen  de una cantidad específica de gas varía directamente con su temperatura absoluta"

Matemáticamente:

V/T= K y ésto es Vi/Ti=Vf/Tf

donde: 

               Vi=volumen inicial  Vf=volumen final

                Tf= temperatura final  Ti= temperatura inicial   k = constante

 Si se hace una gráfica con los datos reunidos de un experimento como éste, se obtiene una gráfica semejante a la de la imagen, en la que el volumen se relaciona con la temperatura en grados Celsius. Cada línea representa el resultado de una serie de mediciones llevadas a cabo con una cantidad deferente de gas. Las líneas rectas obtenidas muestran que hay una proporción directa entre el volumen de un gas y su temperatura.

Video explicativo sobre la ley de Charles aquí

-Leyes de Gay- Lussac

Gay.Lussac

Cuando se calienta un gas en un recipiente de volumen constante, su presión aumenta. Gay-Lussac con sólo encerrar un gas en un matraz y obturando con un líquido el conducto por donde se ejerce la presión atmosférica  y posteriormente calentando un poco el conjunto que el volumen de una cantidad determinada de gas se mantiene constante(en cualquier recipiente cerrado), la presión del gas varía directamente con la temperatura absoluta.

"cuando se mantiene constante el volumen la presión absoluta de determinada cantidad de cualquier gas varía en relación directa con la temperatura termodinámica"

Matemáticamente:

P/T=K y ésto es igual a PiTi=PfTf(relación de temperaturas)

donde:

                   Pf= presión final Pi=presión inicial Ti=tempueratura incial   Tf=temperatura final

                   K= constante

Video explicativo de la Ley de Gay-Lussac click aquí

Ley General de los gases 

Esta ley combina las variables de presión P, Volumen V y temperatura T de las leyes de Boyle, Charles y Lussac para calcular un nuevo volumen cuando cambian tanto la presión como la temperatura y se enuncia así 

"Los volúmenes ocupados por una masa gaseosa son directamente proporcionales a las temperaturas absolutas e inversamente proporcionales  a las presiones que soporta"

PV/P'V'/T'

Video explicativo de la ley general, click aquí.

APLICACIÓN DE LAS LEYES DE LOS GASES AL ÁREA DE LAS CIENCIAS BILÓGICAS Y DE LA SALUD

En medicina existen gases medicinales, aquellos gases que por sus características específicas son utilizadas para el consumo humano, algunos de los gases más utilizados son:

• El oxígeno: actualmente considerado como un medicamento. Los campos de aplicación más usuales son: terapia respiratoria, reanimación, unidad de cuidados intensivos, anestesia, creación de atmósferas artificiales, tratamiento de quemaduras, terapia hiperbárica, tratamiento de hipoxias.
• El aire medicinal se obtiene mediante la compresión de aire atmosférico purificado y filtrado o de la mezcla de oxígeno y nitrógeno en proporciones 21% y 79% respectivamente. Las aplicaciones se pueden clasificar en: Tratamiento (asistencia respiratoria, incubadoras, oxigenoterapia), diagnóstico (análisis biológicos, cromatografía con detector de ionización de llama).
• El óxido nitroso (mezclado con Oxígeno 21% en volumen) es ampliamente utilizado como analgésico inhalable en todas las ramas de la medicina y odontología. Identificado por Joseph Priestley (1733–1804), y utilizado por primera vez en 1844 en odontología.
• El vacío es simplemente una depresión del aire atmosférico. Actualmente como forma parte de las instalaciones centralizadas de gases medicinales es considerado como tal, utilizado en: limpieza de vías respiratorias, drenajes generales de sangre y secreciones, limpieza de heridas en cirugía, limpieza del campo de trabajo en quirófano. 

Bibliografía

-James E. Brady. Gerdard E, Humiston.(1993).Química Biblioteca científica Tecnológica. México:Limusa Pp. 229-242

- Goldemberg. Física general y experimental. Editorial Interamericana (1972).