Los trabajos experimentales sobre los gases del físico R. Boyle (1627-1691) y el francés Mariotte (1620-1684) fueron enriquecidos un siglo después con las aportaciones de Charles (1746-1823) y Gay-Lussac (1778-1850).

Demostraron que la presión (P), el volumen (V) y la temperatura (T) de una masa fija de gas son variables relacionadas entre sí. Establecieron varias leyes experimentales que llevan su nombre.

 

Ley de Boyle-mariotte: la relación presión-volumen

 

Por su sencillez esta ley ocupa un lugar especial en la historia de la ciencia. En sus experimentos, modificaban sistemáticamente el valor de una variable para ver el cambio que experimentaba la otra. Los datos tomados permitían establecer una relación empírica, una ley.

Boyle registró la variación del volumen de un gas en función de la presión ejercida sobre él y comprobó que existía una relación constante entre la diferencia de volumen y la presión.

 


Volumen

Presión

P·V

44

81

3564

36

99,6

3586

28

127,8

3578

22

162,8

3582

18

197,9

3562

14

225

3570

 

Ley de Boyle-Mariotte: para una masa determinada de gas a temperatura constante, el volumen del gas es inversamente proporcional a su presión.

P·V=cte ⇨ P=cte/V ⇨ P1·V1=P2·V2

 

Ley de Charles y Gay-Lussac

 

La ley de Boyle se cumple si la transformación se realiza a temperatura constante. Pero Charles y Gay-Lussac estudiaron otras relaciones.

  • Primera ley (relación volumen-temperatura). Se encierra en un émbolo una cantidad fija de gas y se mantiene a presión constante. Al ir aumentando la temperatura se observa que el volumen aumenta de manera exactamente proporcional.

Al representar los datos en una gráfica  se obtiene una recta que al extrapolarla (alargarla) hasta volumen cero se obtuvo la temperatura de -273 ºC. Fue Kelvin en 1848 quien identificó esta temperatura como el cero absoluto dando lugar a la escala de temperatura absoluta o kelvin.

Primera ley: el volumen de una cantidad fija de gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta

V1/T1=V2/T2=cte ⇨ V=cte·T

 

La teoría cinética interpreta este comportamiento suponiendo que al aumentar la temperatura aumenta la velocidad media a la que se mueven las partículas de gas, con lo que la frecuencia de choques aumentaría y con ella la presión.

La teoría cinética interpreta este comportamiento suponiendo que al aumentar la temperatura aumenta la velocidad media la que se mueven las partículas de gas, con lo que la frecuencia de choques aumentaría y con ella la presión. Así pues, el único modo de que dicha presión o varíe es que el émbolo se expanda y, en consecuencia, que aumente el volumen.

  • Segunda ley (relación presión-temperatura). si se encierra una cantidad fija de gas en un émbolo a volumen fijo y se aumenta la temperatura se observa que la presión aumenta de manera proporcional.

 

Segunda ley: la presión de una cantidad fija de gas a volumen constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

P1/T1=P2/T2=cte ⇨ P=cte·T

La teoría cinética permite explicar este comportamiento, dado que al aumentar la temperatura aumenta la velocidad media a la que se mueven las partículas de gas, con lo que llegan antes a las paredes del recipiente y la frecuencia de los choque aumenta. puesto que el volumen se mantiene constante, la consecuencia directa del aumento en la frecuencia de los choque es que aumenta la presión.