Leyes de los gases ideales

1. Planteamiento tradicional.

Es este uno ms de los casos que se repiten en los textos de nivel medio y

que los profesores transmitimos, o hemos transmitido, a nuestros alumnos de idntica forma. Primero se enuncian por separado las leyes de Boyle-Mariotte y de Gay Lussac (a Charles se le suele omitir) y luego se combinan sealando que ambas dan lugar a una tercera (o cuarta?) que engloba a las otras. Y se plantea la interrogacin porque a veces se habla de tres leyes y otras de dos. En la mayor parte de los casos no se indica entre parntesis las fechas en las que vivieron los personajes que las dan nombre, lo que puede hacer pensar que son contemporneos, y si se indica no se suele reparar en ellas. En ocasiones se hace una breve deduccin de la ltima a partir de las otras. Con frecuencia si se enuncia en Fsica la ecuacin general de los gases ideales se presenta como p1.V1/T1=p2.V2/T2 pero si se enuncia en Qumica se escribe como

p.V=n.R.T. Incluso en ocasiones sin hacer mencin a la llamada forma fsica de la ecuacin. Y hay que recordar que, salvo en el ltimo curso, en pocos sitios se estudia la Fsica separada de la Qumica.

2. Planteamiento histrico.

No hay duda de que la propuesta de las leyes de los gases a lo largo de tres siglos ha jugado un papel importante en la evolucin del conocimiento cientfico. En lo que sigue se pretende hacer un breve acercamiento a esa evolucin. Para situar el problema es preciso remontarse a 1660, fecha en que se formula la primera ley de los gases, la llamada ley de Boyle-Mariotte. Y para comprenderlo mejor conviene revisar algunos antecedentes remotos e inmediatos con respecto a esa fecha y detenerse en la trascendencia que dichas fechas

Los gases ideales, son aquellos que cumplen estrictamente por la ley de boyle-moriotte y la ley de charles y gay-Lussac.

En un intento de comprender porque la relacin PV/T, es constante para

todos los gases, los cientficos crearon un modelo de gas ideal, los supuestos relativos a este son los siguientes:

Todas las molculas del gas ideal, tienen las mismas masas y se mueven al azar.

Las molculas son muy pequeas y la distancia entre las misma es muy grande.

Entre las molculas, no acta ninguna fuerza, y en el nico caso en que

se influyen unas a otras es cuando chocan.

Cuando una molcula choca con el poder del continente o con otra

molcula, no hay prdida de energa cintica.

La fuerza gravitatoria, que ejerce la tierra sobre las molculas, se considera despreciable por lo que a su efecto sobre el movimiento de las

molculas se refiere.

Las molculas se mueven a tal velocidad que chocan con la pared del

continente o entre si antes de que la gravedad pueda influir de modo apreciable en su movimiento.

Gas ideal: caractersticas

Desde el punto de vista microscpico, definimos a un gas ideal haciendo las siguientes

suposiciones, con lo que nuestra tarea ser la de aplicar las leyes de la mecnica clsica,

estadsticamente, a los tomos del gas y demostrar que nuestra definicin microscpica es

consecuente con la definicin macroscpica de la seccin procedente:

1.- Un gas esta formado por partculas llamadas molculas. Dependiendo del gas, cada

molcula esta formada por un tomo o un grupo de tomos. Si el gas es un elemento o un

compuesto en su estado estable, consideramos que todas sus molculas son idnticas.

2.- Las molculas se encuentran animadas de movimiento aleatorio. Las molculas se

mueven en todas direcciones y a velocidades diferentes

3.- El nmero total de molculas es grande. La direccin y la rapidez del movimiento de

cualquiera de las molculas, puede cambiar bruscamente en los choques con las paredes o

con otras molculas. Cualquiera de las molculas en particular, seguir una trayectoria de

zigzag, debido a dichos choques. Sin embargo, como hay muchas molculas, suponemos

que el gran nmero de choques resultante mantiene una distribucin total de las velocidades

moleculares con un movimiento promedio aleatorio,

4.- El volumen de las molculas es una fraccin despreciablemente pequea del

volumen ocupado por el gas. Aunque hay muchas molculas, son extremadamente

pequeas. Sabemos que el volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen

muy amplio, con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado

por el lquido puede ser miles de veces menor que la del gas se condensa, el volumen

ocupado por el lquido puede ser miles de veces menor que el del gas. De aqu que nuestra

suposicin es posible.

5.- No actan fuerzas apreciables sobre las molculas, excepto durante los choques. En

el grado de que esto sea cierto, una molcula se mover con velocidad uniforme entre los

choques. Como hemos supuesto que las molculas son tan pequeas, la distancia media

entre ellas es grande en comparacin con el tamao de una de las molculas. De aqu que

suponemos que el alcance de las fuerzas moleculares es comparable al tamao molecular.

6.- Los choques son elsticos y de duracin despreciable. En las choques entre las

molculas con las paredes del recipiente se conserva el mpetu y (suponemos) la energa

cintica. Debido a que el tiempo de choque es despreciable comparado con el tiempo que

transcurre entre los choque de molculas, la energa cintica que se convierte en energa

potencial durante el choque, queda disponible de nuevo como energa cintica, despus de

un tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo.