Historia la ley de los gases ideales

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Evangelista Torricelli (1608–1647), un estudiante de Galileo, inventó el barómetro en 1644 para demostrar que la atmósfera de la Tierra tiene peso y, por ende, masa. Su barómetro se hace llenando un tubo de vidrio, sellado en un extremo, con mercurio e invirtiendo en un recipiente que contiene mercurio adicional, de esta forma se demostró que los gases, aunque invisibles, poseen propiedades medibles. Blaise Pascal (1623–1662) acuñó el término "presión" en 1648 para indicar el peso del aire en la atmósfera de la Tierra. Usando un barómetro Torricelli, compara la presión en la base de una montaña con la cima. Descubrió que la presión del aire disminuye con la altura.

Robert Boyle (1627–1691) investiga la relación entre el volumen de una masa fija de gas, a temperatura constante, y la presión que actúa sobre él en 1662. Descubrió que la presión es inversamente proporcional al volumen. La fórmula tiene dos formas de expresarse, una estática que es la que veremos a continuación, y otra dinámica que veremos en secciones posteriores.

Forma estática de la ley de Boyle

Guillaume Amontons (1663–1705) investigó hacia 1702 la relación entre presión y temperatura en los gases, aunque carecía de termómetros precisos. Aunque sus resultados fueron, en el mejor de los casos, semicuantitativos, estableció que la presión de un gas aumenta aproximadamente un tercio entre las temperaturas de frío y el punto de ebullición del agua. Este fue un paso sustancial hacia las leyes de gas posteriores y, en particular, la ley de Gay-Lussac. Su trabajo lo llevó a especular que una reducción suficiente de la temperatura conduciría a la desaparición de la presión. Aunque estuvo cerca de encontrar el cero absoluto: la temperatura teórica por la cual el volumen de aire en su termómetro de aire se reducirá a cero (estimado por él como  en la escala Celsius), el descubrimiento no estaría completo hasta al menos un siglo después.

Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) diseñó un termómetro de mercurio en vidrio en 1714 y desarrolló una escala de temperatura que ahora lleva su nombre. Los tres puntos de calibración utilizados son una mezcla congelante de hielo / sal (0 ° F), una mezcla de agua / hielo (32 ° F) y la temperatura del cuerpo humano (96 ° F). Anders Celsius (1701–1744) desarrolló en 1742 una nueva escala de temperatura basada en los puntos de congelación y ebullición del agua. Celsius asignó un valor de 100° para el punto de congelación y 0° para el punto de ebullición. Un año después de su muerte, la escala se invierte para hacerla más práctica. James Six (1731–1793) inventó en 1780 un termómetro que permitió medir temperaturas máximas y mínimas durante un período de tiempo determinado. Demostró ser de gran utilidad para los meteorólogos, y el diseño básico sigue en uso hoy en día.

Con el reciente desarrollo de termómetros precisos, Jacques Charles (1746-1823) puede investigar la relación entre el volumen de un gas y su temperatura en 1787. Descubriendo con claridad una relación de proporción lineal entre el volumen y la temperatura de un gas. Como todas las leyes, tiene una forma estática y otra dinámica. La forma estática es la siguiente:

Forma estática de la ley de Charles

El interés de John Dalton (1776-1844) en el clima lo motiva a estudiar gases. Es el primero en observar que la presión de una mezcla de gases P es la suma  de las presiones de los diversos gases en la mezcla (∑p_i) hacia 1801. Hacia 1803 William Henry (1774-1836) descubrió que la solubilidad de un gas en un líquido es directamente proporcional a la presión del gas. La Ley de Henry toma la forma estática de:

Forma estática de la ley de Henry

Tenga en cuenta que la solubilidad adquiere las mismas unidades que una concentración. En 1808 Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850) estableció que la presión de un gas cerrado es directamente proporcional a su temperatura, confirmando las observaciones de Amontons.

Forma estática de la ley de Gay-Lussac

Amedeo Avogadro (1776-1856) en 1811 amplía el trabajo de Gay-Lussac al proponer dos ideas fundamentales, la primera es que los gases consisten en partículas muy pequeñas llamadas moléculas. Su ley establece que volúmenes iguales de gases en las mismas condiciones de temperatura y presión contienen cantidades iguales de moléculas. Esta idea fue conocida como la hipótesis de Avogadro.

La hipótesis de Avogadro. Primera ley de Avogadro.

La constante en la hipótesis de Avogadro no es lo que denominamos actualmente la constante de Avogadro, de allí que le dimos un nombre diferente. El problema con la hipótesis de Avogadro radicaba en que no se podía contar moléculas, por lo que tuvieron que emplear una relación compleja entre los volúmenes de combinación y las masas de dichos volúmenes en una reacción química, con lo que nació el concepto del mol. Con el mol, nace la ley de Avogadro que conocemos en su forma estática como:

La ley de Avogadro para volúmenes. Segunda ley de Avogadro.

Deducción de la ley de los gases ideales

En 1834 Émile Clapeyron (1799-1864) puede combinar las leyes de Boyle, Charles y Avogadro en una forma conocida como la ecuación de los gases ideales. El proceso matemático se basa en multiplicar la ley de Avogadro con la ley de Gay-Lussac.