Para los gases, la presión y el volumen son inversamente proporcionales. Si mantienes todo lo demás constante y elevas la presión de un gas, su volumen disminuye. Y mientras crece el volumen que ocupa un gas, la presión se reduce.
Si aplicas presión sobre un gas, lograrás que se comprima, haciendo que ocupe menos espacio. Imagínate un contenedor rígido que mide cuántas veces las partículas del gas chocan contra los costados. Cuanto mayor sea el número de partículas que chocan contra los costados, mayor será la presión del gas en el contenedor.
Si achicas el contenedor, lo que harás es comprimir el gas. Las partículas de gas chocarán más veces contra los costados por cada segundo, lo que significa que la presión es mayor. Si mantienes constante la cantidad de partículas de gas pero agrandas el tamaño del contenedor, habrá menos colisiones contra los costados por segundo.
Esto implica que hay menor presión. Robert Boyle descubrió la relación inversa entre la presión y el volumen, determinándola como una Ley de los Gases. La Ley de Boyle sostiene que para una cantidad de gas, a una temperatura constante, la presión y el volumen son inversamente proporcionales.
P ∝ 1/V. Puedes escribir esto de una forma matemática, de esta manera: P = k/V donde P = presión V = volumen, y k = es la constante de proporcionalidad Podemos reacomodar la ecuación para que se lea PV = k, o dicho de otro modo, el producto de la presión por el volumen es una constante, k. De manera frecuente, la ley de Boyle es usada para comparar dos situaciones, una “antes” y una “después”.
En este caso, podrás decir que P1V1 = k, y que P2V2 = k, con lo cual podrás escribir la Ley de Boyle diciendo P1V1 = P2V2. Mejor veamos un ejemplo: Un neumático con un volumen de 11,41 litros se lee en la aguja medidora de presión como 44 psi (libras por pulgada cuadrada). ¿Cuál sería la nueva presión del neumático si lo comprimieras y dejaras su volumen en 10,6 litros?
Escribe la ley de Boyle y reemplaza con lo que ya sabemos. Ésta es una de esas situaciones del “antes y el después”, con lo cual escribimos P1V1 = P2V2 (44 psi)(11,41L) = (P2)(10,6L) Resolvemos P2 (dividimos ambos lados por 10,6L) (44 psi)(11,41L)/10,6L = P2 P2 = 47,36 psi (hay dos cifras significativas en la medición de 44 psi, con lo cual redondeamos nuestra respuesta a sólo dos cifras) = 47 psi Aquí tenemos otro ejemplo. Una jeringa tiene un volumen de 10,0 cm3.
La presión es 1,0 atm. Si tapas el extremo para que no pueda escapar ningún gas, y empujas el vástago, ¿cuál debería ser el volumen final para cambiar la presión a 3,5 atm? P1V1 = P2V2 (1,0 atm)(10,0 cm3) = 3,5 atm (V2) Resolvemos V2 (dividimos ambos lados por 3,5 atm) (1,0 atm)(10,0 cm3) / 3,5 atm = V2 V2 = 2,9 cm3 La ley de Boyle vincula la presión con el volumen, pero existen otras leyes de los gases que se relacionan con otras variables esenciales vinculadas a ellos.
La ley de Charles rige en la relación entre la temperatura y el volumen. La ley de Gay-Lussac rige en la relación entre la presión y la temperatura. Y la ley combinada de los gases pone a las tres juntas: temperatura, presión y volumen.
Ten en cuenta que para usar cualquiera de estas leyes, la cantidad de gas debe ser constante. La ley de Avogadro describe la relación entre el volumen y la cantidad de gas (por lo general en términos de n, la cantidad de moles). Cuando combinamos las cuatro leyes, obtenemos la Ley Ideal de los Gases.
Para decidir cuál de las leyes de los gases utilizar al momento de resolver un problema, te conviene hacer una lista para saber cuál es la información que tienes y cuál es la que necesitas. Si no cuentas con una variable y si se mantiene constante en el problema, entonces no la necesitarás en tu ecuación.
