Contenido
- TL; DR (demasiado largo; no leído)
- La ley del gas ideal
- ¿Qué pasa si un gas no es ideal?
- Cómo varía la presión con la temperatura
A diferencia de las moléculas en un líquido o sólido, las de un gas pueden moverse libremente en el espacio en el que las confina. Vuelan, chocan ocasionalmente entre sí y con las paredes del contenedor. La presión colectiva que ejercen sobre las paredes del contenedor depende de la cantidad de energía que tengan. Derivan energía del calor en su entorno, por lo que si la temperatura aumenta, también lo hace la presión. De hecho, las dos cantidades están relacionadas por la ley de los gases ideales.
TL; DR (demasiado largo; no leído)
En un recipiente rígido, la presión ejercida por un gas varía directamente con la temperatura. Si el contenedor no es rígido, tanto el volumen como la presión varían con la temperatura de acuerdo con la ley de gases ideal.
La ley del gas ideal
Derivada durante años a través del trabajo experimental de varios individuos, la ley de los gases ideales se deriva de la ley de Boyles y la ley de Charles y Gay-Lussac. El primero afirma que, a una temperatura dada (T), la presión (P) de un gas multiplicada por el volumen (V) que ocupa es una constante. Este último nos dice que cuando la masa del gas (n) se mantiene constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura. En su forma final, la ley del gas ideal establece:
PV = nRT, donde R es una constante llamada la constante de gas ideal.
Si mantiene constante la masa del gas y el volumen del recipiente, esta relación le indica que la presión varía directamente con la temperatura. Si tuviera que graficar varios valores de temperatura y presión, el gráfico sería una línea recta con una pendiente positiva.
¿Qué pasa si un gas no es ideal?
Un gas ideal es aquel en el que se supone que las partículas son perfectamente elásticas y no se atraen ni se repelen entre sí. Además, se supone que las partículas de gas no tienen volumen. Si bien ningún gas real cumple con estas condiciones, muchos se acercan lo suficiente como para poder aplicar esta relación. Sin embargo, debe considerar los factores del mundo real cuando la presión o la masa del gas se vuelven muy altas, o el volumen y la temperatura se vuelven muy bajos. Para la mayoría de las aplicaciones a temperatura ambiente, la ley de gases ideal proporciona una aproximación suficientemente buena del comportamiento de la mayoría de los gases.
Cómo varía la presión con la temperatura
Mientras el volumen y la masa del gas sean constantes, la relación entre presión y temperatura se convierte en P = KT, donde K es una constante derivada del volumen, número de moles de gas y la constante de gas ideal. Si coloca un gas que cumple las condiciones ideales de gas en un recipiente con paredes rígidas para que el volumen no pueda cambiar, selle el recipiente y mida la presión en las paredes del recipiente, verá que disminuye a medida que baja la temperatura. Dado que esta relación es lineal, solo necesita dos lecturas de temperatura y presión para dibujar una línea desde la cual pueda extrapolar la presión del gas a cualquier temperatura dada.
Esta relación lineal se rompe a temperaturas muy bajas cuando la elasticidad imperfecta de las moléculas de gas se vuelve lo suficientemente importante como para afectar los resultados, pero la presión seguirá disminuyendo a medida que baje la temperatura. La relación también será no lineal si las moléculas de gas son lo suficientemente grandes como para impedir clasificar el gas como ideal.