A lo largo de los siglos, los científicos han descubierto leyes que explican cómo las propiedades como el volumen y la presión afectan la forma en que se comportan los gases. Usted es testigo de aplicaciones en la vida real de al menos una de estas leyes, la ley de Boyle, a diario, tal vez sin siquiera saber que está observando importantes principios científicos en acción.
Movimiento molecular, volumen y balones de fútbol
Según la ley de Charles, el aumento de volumen es proporcional al aumento de temperatura si calienta una cantidad fija de gas a presión constante. Demuestre esta ley observando cómo una pelota de fútbol inflada que ha estado adentro se vuelve más pequeña si la saca afuera en un día frío. Los distribuidores de propano aprovechan la ley de Charles bajando la temperatura a -42,2 grados Celsius (-44 Fahrenheit): una acción que convierte el propano en un líquido que es más fácil de transportar y Tienda. El propano se licua porque a medida que baja la temperatura, las moléculas del gas se acercan y el volumen disminuye.
Respirar dificultado por cortesía de la ley de Dalton
La ley de Dalton dice que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de todos los gases contenidos en la mezcla, como se muestra en la siguiente ecuación:
Este ejemplo asume que solo existen dos gases en la mezcla. Una consecuencia de esta ley es que el oxígeno representa el 21 por ciento de la presión total de la atmósfera porque constituye el 21 por ciento de la atmósfera. Las personas que ascienden a grandes altitudes experimentan la ley de Dalton cuando intentan respirar. A medida que ascienden, la presión parcial del oxígeno disminuye a medida que la presión atmosférica total disminuye de acuerdo con la ley de Dalton. El oxígeno tiene dificultades para llegar al torrente sanguíneo cuando la presión parcial del gas disminuye. La hipoxia, un problema médico grave que puede resultar en la muerte, puede ocurrir cuando esto sucede.
Implicaciones sorprendentes de la ley de Avogadro
Amadeo Avogadro hizo interesantes propuestas en 1811 que ahora formulan la ley de Avogadro. Afirma que un gas contiene el mismo número de moléculas que otro gas de igual volumen a la misma temperatura y presión. Esto significa que cuando duplica o triplica las moléculas de un gas, el volumen se duplica o triplica si la presión y la temperatura permanecen constantes. Las masas de los gases no serán las mismas ya que tienen diferentes pesos moleculares. Esta ley sostiene que un globo de aire y un globo idéntico que contiene helio no pesan lo mismo porque las moléculas de aire, que consisten principalmente en nitrógeno y oxígeno, tienen más masa que el helio moléculas.
La magia de las relaciones de presión inversa
Robert Boyle también estudió las intrigantes relaciones entre el volumen, la presión y otras propiedades del gas. Según su ley, la presión de un gas multiplicada por su volumen es una constante si el gas funciona como un gas ideal. Esto significa que la presión de un gas multiplicada por el volumen en un momento es igual a su presión multiplicada por el volumen en otro después de ajustar una de esas propiedades. La siguiente ecuación ilustra esta relación:
P_1V_1 = P_2V_2
En los gases ideales, la energía cinética comprende toda la energía interna del gas y se produce un cambio de temperatura si esta energía cambia. (ref. 6, primer párrafo con respecto a esta definición). Los principios de esta ley tocan varias áreas de la vida real. Por ejemplo, cuando inhala, su diafragma aumenta el volumen de sus pulmones. La ley de Boyle sostiene que la presión pulmonar disminuye, lo que hace que la presión atmosférica llene los pulmones de aire. Lo contrario sucede cuando exhalas. Una jeringa se llena utilizando el mismo principio, tira de su émbolo y el volumen de la jeringa aumenta, provocando una correspondiente disminución de presión en el interior. Debido a que el líquido está a presión atmosférica, fluye hacia el área de baja presión dentro de la jeringa.