¿Cómo afecta una disminución de la temperatura a la presión de un gas contenido?

A diferencia de las moléculas en un líquido o un sólido, las de un gas pueden moverse libremente en el espacio en el que las confina. Vuelan, chocando ocasionalmente entre sí y con las paredes del contenedor. La presión colectiva que ejercen sobre las paredes del contenedor depende de la cantidad de energía que tengan. Obtienen energía del calor en su entorno, por lo que si la temperatura sube, también lo hace la presión. De hecho, las dos cantidades están relacionadas por la ley de los gases ideales.

TL; DR (demasiado largo; No leí)

En un recipiente rígido, la presión ejercida por un gas varía directamente con la temperatura. Si el recipiente no es rígido, tanto el volumen como la presión varían con la temperatura de acuerdo con la ley de los gases ideales.

Derivado durante un período de años a través del trabajo experimental de varios individuos, la ley de los gases ideales se deriva de la ley de Boyle y la ley de Charles y Gay-Lussac. El primero establece que, a una temperatura dada (T), la presión (P) de un gas multiplicada por el volumen (V) que ocupa es una constante. Este último nos dice que cuando la masa del gas (n) se mantiene constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura. En su forma final, la ley de los gases ideales establece:

donde R es una constante llamada constante de gas ideal.

Si mantiene constantes la masa del gas y el volumen del recipiente, esta relación le indica que la presión varía directamente con la temperatura. Si graficara varios valores de temperatura y presión, el gráfico sería una línea recta con una pendiente positiva.

Un gas ideal es aquel en el que se supone que las partículas son perfectamente elásticas y no se atraen ni se repelen entre sí. Además, se supone que las propias partículas de gas no tienen volumen. Si bien ningún gas real cumple estas condiciones, muchos se acercan lo suficiente como para hacer posible aplicar esta relación. Sin embargo, debe considerar factores del mundo real cuando la presión o la masa del gas se vuelven muy altas o el volumen y la temperatura bajan mucho. Para la mayoría de las aplicaciones a temperatura ambiente, la ley de los gases ideales proporciona una aproximación suficientemente buena del comportamiento de la mayoría de los gases.

Siempre que el volumen y la masa del gas sean constantes, la relación entre la presión y la temperatura se convierte en:

donde K es una constante derivada del volumen, el número de moles de gas y la constante del gas ideal. Si coloca un gas que cumple las condiciones ideales de gas en un recipiente con paredes rígidas para que el volumen no pueda cambiar, Selle el recipiente y mida la presión en las paredes del recipiente, verá que disminuye a medida que baja el temperatura. Dado que esta relación es lineal, solo necesita dos lecturas de temperatura y presión para trazar una línea a partir de la cual pueda extrapolar la presión del gas a cualquier temperatura dada.

Esta relación lineal se rompe a temperaturas muy bajas cuando la elasticidad imperfecta del gas Las moléculas se vuelven lo suficientemente importantes como para afectar los resultados, pero la presión seguirá disminuyendo a medida que disminuya la temperatura. La relación también será no lineal si las moléculas de gas son lo suficientemente grandes como para excluir la clasificación del gas como ideal.