QUÍMICA

LEYES EPÓNIMAS DE LA QUÍMICA

ley de Amagat o ley de los volúmenes parciales establece que en una mezcla de gases, cada gas ocupa su volumen como si los restantes gases no estuvieran presentes. El volumen específico de un determinado gas en una mezcla se llama volumen parcial (v). El volumen total de la mezcla se calcula simplemente sumando los volúmenes parciales de todos los gases que la componen.

${\displaystyle V_{m}(T,p)=\sum _{i=1}^{K}V_{i}(T,p).\ }$

Esta es la expresión experimental del volumen como una magnitud extensiva.

La ley honra al físico francés Emile Amagat (1841-1915), que fue quién la enunció por vez primera en 1880.

Animación: presión y masaconstantes.

La ley de Charles es una de las leyes de los gases. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenida a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa.

En esta ley, Jacques Charles dice que para una cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura, el volumen del gas disminuye. ¹​Esto se debe a que la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética debido al movimiento de las moléculas del gas. Así que, para cierta cantidad de gas a una presión dada, a mayor velocidad de las moléculas (temperatura), mayor volumen del gas.

La ley fue publicada primero por Gay-Lussac en 1803, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relación había sido anticipada anteriormente en los trabajos de Guillaume Amontons en 1702.

Por otro lado, Gay-Lussac relacionó la presión y la temperatura como magnitudes directamente proporcionales en la llamada segunda ley de Gay-Lussac.

Volumen sobre temperatura: Constante (K -en referencia a sí mismo)

${\displaystyle {\frac {V}{T}}=k_{2}}$

o también:

${\displaystyle V=k_{2}T\qquad }$

donde:

• V es el volumen.
• T es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin).
• k₂ es la constante de proporcionalidad.

Además puede expresarse como:

${\displaystyle {\frac {V_{1}}{T_{1}}}={\frac {V_{2}}{T_{2}}}}$

donde:

${\displaystyle V_{1}\,}$= Volumen inicial

${\displaystyle T_{1}\,}$= Temperatura inicial

${\displaystyle V_{2}\,}$= Volumen final

${\displaystyle T_{2}\,}$= Temperatura final

Despejando T₁ se obtiene:

${\displaystyle T_{1}={\frac {V_{1}\cdot T_{2}}{V_{2}}}}$

Despejando T₂ se obtiene:

${\displaystyle T_{2}={\frac {V_{2}\cdot T_{1}}{V_{1}}}}$

Despejando V₁ es igual a:

${\displaystyle V_{1}={\frac {V_{2}\cdot T_{1}}{T_{2}}}}$

Despejando V₂ se obtiene:

${\displaystyle V_{2}={\frac {V_{1}\cdot T_{2}}{T_{1}}}}$

Un buen experimento para demostrar esta ley es el de calentar una lata con un poco de agua, al hervir el agua se sumerge en agua fría y su volumen cambia.

Explicación de la Ley de Charles

El volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta y se contrae al enfriarse.

De acuerdo con el enunciado, la ley de Charles puede expresarse matemáticamente de la siguiente manera:

V1 / T1 = K  

V = volumen
T = temperatura
K = Costante

que se puede expresar como  V1 = K . T1

como se puede observar en la última fórmula, en condiciones de presión constante y número de moles constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura. Si la temperatura aumenta, también aumenta el volumen.

Fórmula de la ley de Charles

Cuando se desean estudiar dos diferentes estados, uno inicial y una final de un gas y evaluar el cambio de volumen en función de la temperatura o viceversa, se puede utilizar la fórmula:

V1 / T1 = V2 / T2

y despejar según la incognita que se desee resolver.

Gráficos sobre la ley de Charles

Imagen de: NASA’s Glenn Research Center

Ejercicios sobre la ley de Charles

1) Si se tienen 0,2 litros de un gas a 30 °C y 1 atm de presión ¿Qué temperatura debería alcanzar para que aumente a 0,3 litros?

Los datos son:

V1 = 0,2L
T1 = 30 °C = 303,15 K (que se obtiene sumando 30 + 273,15)
P1 = P2 = 1 atm
V2 = o,3L
T2 = ?

T1 .  V2  / V1 =  T2(303,15 K . 0.3L) / 0,2L = T2 = 454,7 K = (454,7 – 273,15) = 181,55°C

2) Un gas a una temperatura de -164 ºC, ocupa un volumen de 7,5 litros . Si la presión permanece constante, calcular el volumen inicial sabiendo que la temperatura inicial era de -195 ºC.

V1 / T1 = V2 / T2

V1 = ?
T1 = -195 ºC = 78,15 K
V2 = 7,5 L
T2 = -164 ºC = 109,15 K

V1  = V2 . T1 / T2 

(7,5 . 78,15) / 109,15 = 5,35 L

https://iquimicas.com/ley-de-charles-explicacion-y-ejercicios/

LEY DE CHARLES

Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.

El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas: •Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta. •Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.

¿Por qué ocurre esto?

Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).

Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

(el cociente entre el volumen y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V₁ que se encuentra a una temperatura T₁ al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V₂, entonces la temperatura cambiará a T₂, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de temperatura.

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Ejemplo:

Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 °C?

Recuerda que en estos ejercicios siempre hay que usar la escala Kelvin.

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T₁ = (25 + 273) K= 298 K

T₂ = (10 + 273 ) K= 283 K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación:

2.5L		V2
-----	=	-----
298 K		283 K

Si despejas V₂ obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L.