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a PV=nRT] [Ley
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de un gas] [Gases
húmedos] [Ley
de los gases reales] [Referencias
bibliográficas]
Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) creció durante las revoluciones francesa y la revolución de la química. Su cómoda existencia como el hijo con tutoría privada de un abogado acomodado fue interrumpida por trastornos políticos y sociales de la Revolución Francesa: su tutor huyó y su padre fue encarcelado. Joseph, sin embargo, se benefició del nuevo orden cuando fue seleccionado para asistir a la École Polytechnique, una institución de la Revolución Francesa diseñada para crear liderazgo científico y técnico, especialmente para el ejército. Allí sus mentores incluyeron a Pierre Simon de Laplace y Claude Louis Berthollet, entre otros científicos convertidos por Antoine-Laurent Lavoisier a la química del oxígeno. La propia carrera de Gay-Lussac como profesor de física y química comenzó en la École Polytechnique.
Figura 11‑1. Joseph-Louis Gay-Lussac. (Saint-Léonard-de-Noblat, 6 de
diciembre de 1778-París, 9 de mayo de 1850) fue un químico y físico francés. Es
conocido en la actualidad por su contribución a las leyes de los gases. En
1802, Gay-Lussac fue el primero en formular la ley según la cual un gas se
expande proporcionalmente a su temperatura (absoluta) si se mantiene constante
la presión (Ley de Charles) y que aumenta proporcionalmente su presión si el
volumen se mantiene constante (Ley de Gay-Lussac). También se le cita como
Louis Joseph en algunas fuentes de información.
Compartió el interés de Lavoisier y otros
en el estudio cuantitativo de las propiedades de los gases. De su primer gran
programa de investigación en 1801–1802, concluyó que volúmenes iguales de todos
los gases se expanden igualmente con el mismo aumento de temperatura: esta
conclusión generalmente se llama "ley de
Charles" debido a que el propio Gay-Lussac lo reconoció a él y
no a Guillaume Amontons y Francis Hauksbee que realmente la habían descubierto
un siglo antes (Adcock, 1998; Gay-Lussac, 1802;
Hauksbee, 2017).
En 1804, Gay-Lussac realizó varias audaces
ascensiones de más de 7 000 metros sobre el nivel del mar en globos llenos de
hidrógeno, una hazaña que no fue igualada por otros 50 años, y que le
permitieron investigar otros aspectos de los gases. No solo reunió mediciones
magnéticas a varias altitudes, sino que también tomó mediciones de presión,
temperatura y humedad; además tomó muestras de aire, que luego analizó
químicamente.
La segunda gran ley de los gases propuesta
por Gay-Lussac es la que relaciona presión a temperatura fue generada entre
1800-1802, y es la que nos convoca en esta sección. Sin embargo, esta no fue la
ley más importante, pues aún faltaba su tercera y más importante ley, los
volúmenes de combinación.
Con su compañero profesor en la École
Polytechnique, Louis Jacques Thénard, Gay-Lussac también participó
en la investigación electroquímica temprana, investigando los elementos
descubiertos por sus medios. Entre otros logros, descompusieron el ácido bórico
mediante el uso de potasio fundido, descubriendo así el elemento boro. Los dos
también participaron en debates contemporáneos que modificaron la definición de
ácidos de Lavoisier y promovieron su programa de análisis de compuestos
orgánicos para determinar su contenido de oxígeno e hidrógeno.
Deduciendo la ley de Gay-Lussac
🔎 DEMOSTRACION. Obtener la ley de
Gay-Lussac a partir de la ecuación de estado o ley de los gases ideales P V = n
R T, empleando como condición un sistema en el que la presión cambia en función
de la temperatura a volumen constante.
En consecuencia, la ley de Charles posee
dos formas, la estática y la dinámica:
Emplearemos la ley
de Gay-Lussac para este caso, tenga en cuenta que las temperaturas deben
convertirse a kelvins, sin importar que formen cocientes homogéneos.
✔ Ejemplo. Una muestra de 30.0 L de
nitrógeno dentro de un contenedor rígido de metal a 20.0 °C se coloca dentro de
un horno cuya temperatura es 50.0 °C. La presión dentro del contenedor a 20.0 °
C fue de 6.00 atm. ¿Cuál es la presión del nitrógeno después de aumentar su
temperatura a 50.0 °C? || Pulse aquí
Matamala y Gonzalez
✔ Ejercicio
7.3. Se
tiene 2 L de gas a 27°C ¿Cuánto habrá que elevar la temperatura para que la
presión aumente un 20%, si el volumen se mantiene constante?
✔ Ejercicio
7.4. Una
botella contiene gas carbónico a 27 °C y 12 atmósferas. ¿Cuál será la presión
del gas si se calienta el recipiente a 100°C?
Química de Chang 10
✔ Ejemplo 5.6.
El
argón es un gas inerte que se utiliza en bombillas para retardar la vaporización
del filamento de tungsteno. Cierta bombilla que contiene argón a 1.20 atm y 18 °C se
calienta a 85 °C a volumen constante.
Calcule su presión final (en atm).
✔ Práctica 5.6.
Una
muestra de oxígeno gaseoso inicialmente a 0.97 atm se enfría de 21 °C a -68 °C
a volumen constante. ¿Cuál es su presión final
(en atm)?
✔ Problema-5.38. Un gas liberado durante la fermentación de
glucosa (en la manufactura de vino) tiene un volumen de 0.78 L a 20.1°C y 1.00
atm. ¿Cuál
es el volumen del gas a la temperatura de fermentación de 36.5°C y 1.00 atm de
presión?
✔ Problema-5.25. El amoníaco se quema en oxígeno
gaseoso para formar óxido nítrico (NO) y vapor de agua. ¿Cuántos volúmenes
de NO se obtienen de un volumen de amoníaco a la misma temperatura y presión?
Química La ciencia
central 13
✔
Ejercicio 10.25b. Tiene un gas a 25 °C confinado a un cilindro con un pistón móvil.
¿Cuál de las siguientes acciones duplicaría la presión del gas? (b) Calentar el
gas para que su temperatura suba de 25 °C a 50 ° C, mientras se mantiene
constante el volumen.
✔
Ejercicio 10.44c. Muchos gases se envían en contenedores de alta presión. Considere
un tanque de acero cuyo volumen es de 55.0 galones que contiene gas O2
a una presión de 16500 kPa a 23 °C. ¿A
qué temperatura la presión en el tanque sería igual a 150.0 atm?
✔ Ejercicio 10.69. Un recipiente rígido que contiene una proporción molar de dióxido de carbono y vapor de agua de 3:1 se mantiene a 200 °C donde tiene una presión total de 2.00 atm. Si el recipiente se enfría a 10 °C para que todo el vapor de agua se condense, ¿cuál es la presión del dióxido de carbono? Desprecie el volumen del agua líquida que se forma al enfriarse.
Hipertexto
✔ Ejemplo 3. Un gas está en un
recipiente de 2 L a 20 °C y 560 mmHg. ¿A qué temperatura en °C llegará el gas
si aumenta la presión interna hasta 760 mmHg? 124.76 °C
Graficando la ley
de Gay-Lussac
👉Enunciado:
Hallar el valor de la constante en la ley de Charles a 1.00 L y 1.00 mol de gas
ideal y dibujar su gráfica || Pulse aquí.
Figura 11‑2. Curva de
la ley de Gay-Lussac. La ley de Gay-Lussac también se relaciona con el cero absoluto, pues a
esa temperatura, la presión de cualquier gas debería ser casi cero.
Aplicaciones
Hay muchos ejemplos de la vida real que
prueban que la ley de Gay Lussac es correcta.
👉 Las
llantas de un automóvil
Por lo general, las llantas calientes
tienden a explotar en climas cálidos porque el clima cálido significa más
temperatura, lo que aumenta la presión en el neumático por encima de la presión
crítica de aguante del material. Entonces, cuando la presión del gas excede la
capacidad elástica del neumático, el neumático explota.
👉 La
lata de aerosol
Una lata de aerosol es otro ejemplo porque
si se expone a una llama, la temperatura aumentará, por lo que también aumentará
la presión. Con el tiempo, la presión aumentaría causando que la lata explote.
👉 La
olla a presión
La olla a presión es un ejemplo de la ley
de Gay Lussac, ya que la temperatura aumenta, lo que hace que la presión
aumente por encima de los alimentos que se cocinan. El aumento de la presión
impide que el agua se vaporice a los 100°C acostumbrados, evitando que estos se
sequen, además permite que el agua líquida aumente su temperatura por encima de
los 100°C, lo cual acelera la cocción de los alimentos.
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