Para poder definir en qué estado se encuentra un gas encerrado en un recipiente tenemos que definir tres variables termodinámicas. ¿Recuerdas cuáles son? Eran la temperatura, el volumen y la presión. Si queremos ver cómo varían unas propiedades con respecto a otras podemos hacer algo muy sensato: fijamos una de las tres variables y vemos qué ocurre con las otras dos. Por ejemplo, podemos fijar la temperatura de un sistema, es decir, que las partículas se muevan siempre a la misma velocidad, y ver qué relación hay entre el volumen y la presión.

Esto mismo que te propongo es lo que llevaron a cabo algunos científicos y obtuvieron conclusiones que se pueden entender perfectamente con nuestra Teoría Cinético-Molecular.

LEY DE BOYLE

Robert Boyle (1627-1691) fue filósofo y químico entre otras muchas cosas. Dedicó parte de su vida a la alquimia, creyendo en la transmutación de los metales. Pero fue perfeccionando una bomba de vacío inventada por Oto von Guericke cuando descubrió la relación que había entre el volumen que ocupa el aire y la presión a la que se encontraba.

Por medio de sus experimentos encontró que, si la temperatura del gas era constante, el volumen que el gas ocupa es inversamente proporcional a la presión a la que está sometido.

Esto se expresa matemáticamente como:

\(P_1\cdot V_1 = P_2\cdot V_2\)

Te propongo ahora que compruebes si esta ley es válida o no. Para ello vamos a usar una herramienta digital. Lo primero que debes hacer es seleccionar el cuadro que pone Leyes y poner en marcha el laboratorio.

Ahora tienes que darle a la palanca de la bomba para meter partículas de gas en tu sistema. Tienes dos tipos de gases que puedes seleccionar debajo de la bomba.

Un vez que las partículas están en el recipiente tienes que seleccionar Temperatura (T) en la caja "Mantener constante".

El recipiente donde se mueven las partículas tiene un asa a la izquierda y puedes deslizar a uno u otro lado. Cuando lo hagas verás cómo varía la presión. Juega a variar el volumen del recipiente y toma nota del valor de la presión que marca el manómetro cuando sueltas el asa. Hazlo entre cinco y siete veces, anotando el valor de la presión que obtienes y, muy importante, el valor del "ancho" del recipiente, que podrás ver si lo marcas en la caja de control de la derecha. Si lo haces bien, obtendrás un conjunto de valores que puedes representar.

Copia en tu libreta las tablas que has obtenido con tu experimento para cada uno de los gases y luego tienes que hacer las gráficas para cada uno en tu libreta, siguiendo el ejemplo que te dejo.

               Ver ejemplo

- ¿Qué tipo de gráfica obtienes?

- ¿Se diferencian las gráficas de gases distintos?

- ¿Qué conclusión obtienes?

LEY DE CHARLES

Jacques Charles (1746-1823) fue un inventor, matemático y físico que estableció la relación que había entre el volumen y la temperatura de un gas, cuando la presión es constante. Hizo muchas otras cosas, pero en este tema nos centramos en su ley.

Su ley afirma que, en un sistema cerrado y a presión constante, el volumen de un gas y su temperatura son directamente proporcionales. Esto quiere decir que si uno aumenta lo hace el otro, del mismo modo que si uno disminuye el otro también disminuye.

La ecuación que expresa esta idea es:

\(\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}\)

Usando la misma herramienta que antes, vas a poder ver cómo varía el volumen con la temperatura.

Ahora debes meter partículas en el recipiente y seleccionar "Presión ↓ V". Ahora puedes ir al cubo que está debajo del recipiente y calentar o enfriar el gas. Acuérdate de marcar la opción "ancho" para poder tomar nota de los valores de temperatura y de volumen con cada una de las variaciones que hagas. Realiza entre cinco y siete medidas con cada uno de los gases y copia en tu libreta las tablas de datos obtenidos para luego hacer la gráfica.

Responde a las siguientes preguntas cuando tengas hechas las gráficas:

a) ¿Cuál sería el valor del volumen si fuese posible llevar la temperatura al valor 0 K ?

b) ¿Podrías decir cuál será el volumen para un valor de 500 K?

LEY DE GAY-LUSSAC

Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850) fue un químico y físico francés que hizo aportaciones muy importantes al campo de la Química y que describió la relación que había entre la presión y la temperatura de un sistema gaseoso encerrado en un volumen constante.

Demostró que la presión y la temperatura de un gas son directamente proporcionales cuando el volumen es constante.

La ecuación matemática que describe esta relación es: 

\(\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}\)

Ahora tienes que seleccionar en el laboratorio vitual la opción "Volumen" para dejar constante. Ahora mete partículas de gas en el recipiente y ve calentanto o enfriando el sistema con el selector que está en el cubo de abajo. Recuerda que tienes que ir registrando los datos de presión y temperatura en tu libreta, en forma de tabla de datos.

- Registra en tu libreta los datos de temperatura y presión que obtendrás cuando vayas moviendo el selector de temperatura. Serán entre cinco y siete valores distintos. Representa esos puntos en una gráfica y compárala con las anteriores.

- ¿Crees que podrías subir la temperatura todo lo que quisieras o hay algo que te deberías tener en cuenta antes de plantearte hacer eso en la vida real?