Ejemplos de la Ley de Gas de Gay-Lussac

La ley de gases de Gay-Lussac es un caso especial de la ley de gases ideal donde el volumen del gas se mantiene constante. Cuando el volumen se mantiene constante, la presión ejercida por un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas. En términos simples, el aumento de la temperatura de un gas aumenta su presión, mientras que la disminución de la temperatura disminuye la presión, suponiendo que el volumen no cambie. La ley también se conoce como la ley de temperatura de presión de Gay-Lussac. Gay-Lussac formuló la ley entre 1800 y 1802 mientras construía un termómetro de aire. Estos problemas de ejemplo utilizan la ley de Gay-Lussac para encontrar la presión de gas en un recipiente calentado, así como la temperatura que necesitaría para cambiar la presión de gas en un recipiente.

Conclusiones clave: problemas de química de la ley de Gay-Lussac

• La ley de Gay-Lussac es una forma de la ley del gas ideal en la que el volumen de gas se mantiene constante.
• Cuando el volumen se mantiene constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura.
• Las ecuaciones habituales para la ley de Gay-Lussac son P / T = constante o P_yo/ T_yo = P_F/ T_F.
• La razón por la cual la ley funciona es que la temperatura es una medida de la energía cinética promedio, por lo que a medida que aumenta la energía cinética, se producen más colisiones de partículas y aumenta la presión. Si la temperatura disminuye, hay menos energía cinética, menos colisiones y menor presión..

Ejemplo de la ley de Gay-Lussac

Un cilindro de 20 litros contiene 6 atmósferas (atm) de gas a 27 C. ¿Cuál sería la presión del gas si el gas se calentara a 77 C??

Para resolver el problema, solo siga los siguientes pasos:
El volumen del cilindro permanece sin cambios mientras se calienta el gas, por lo que se aplica la ley de gases de Gay-Lussac. La ley de gases de Gay-Lussac se puede expresar como:
PAG_yo/ T_yo = P_F/ T_F
dónde
PAG_yo y T_yo son la presión inicial y las temperaturas absolutas
PAG_F y T_F son la presión final y la temperatura absoluta
Primero, convierta las temperaturas a temperaturas absolutas.
T_yo = 27 C = 27 + 273 K = 300 K
T_F = 77 C = 77 + 273 K = 350 K
Use estos valores en la ecuación de Gay-Lussac y resuelva para P_F.
PAG_F = P_yoT_F/ T_yo
PAG_F = (6 atm) (350K) / (300 K)
PAG_F = 7 atm
La respuesta que obtenga sería:
La presión aumentará a 7 atm después de calentar el gas de 27 C a 77 C.

Otro ejemplo

Vea si comprende el concepto resolviendo otro problema: encuentre la temperatura en grados Celsius necesaria para cambiar la presión de 10.0 litros de un gas que tiene una presión de 97.0 kPa a 25 C a la presión estándar. La presión estándar es 101.325 kPa.

Primero, convierta 25 C a Kelvin (298K). Recuerde que la escala de temperatura Kelvin es una escala de temperatura absoluta basada en la definición de que el volumen de un gas a presión constante (baja) es directamente proporcional a la temperatura y que 100 grados separan los puntos de congelación y ebullición del agua..

Inserte los números en la ecuación para obtener:

97.0 kPa / 298 K = 101.325 kPa / x

resolviendo para x:

x = (101.325 kPa) (298 K) / (97.0 kPa)

x = 311.3 K

Resta 273 para obtener la respuesta en grados Celsius.

x = 38.3 C

Consejos y advertencias

Tenga en cuenta estos puntos cuando resuelva un problema de ley de Gay-Lussac:

• El volumen y la cantidad de gas se mantienen constantes..
• Si la temperatura del gas aumenta, la presión aumenta.
• Si la temperatura disminuye, la presión disminuye.

La temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas de gas. A baja temperatura, las moléculas se mueven más lentamente y golpearán con frecuencia la pared de un contenedor. A medida que aumenta la temperatura, también lo hace el movimiento de las moléculas. Golpean las paredes del contenedor con más frecuencia, lo que se ve como un aumento de la presión.. 

La relación directa solo se aplica si la temperatura se da en Kelvin. Los errores más comunes que cometen los estudiantes al trabajar este tipo de problema es olvidarse de convertir a Kelvin o hacer la conversión de manera incorrecta. El otro error es descuidar cifras significativas en la respuesta. Use la menor cantidad de cifras significativas dadas en el problema.

Fuentes

• Barnett, Martin K. (1941). "Una breve historia de la termometría". Revista de Educación Química, 18 (8): 358. doi: 10.1021 / ed018p358
• Castka, Joseph F .; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E .; Williams, John E. (2002). Quimica moderna. Holt, Rinehart y Winston. ISBN 978-0-03-056537-3.
• Crosland, M. P. (1961), "Los orígenes de la ley de Gay-Lussac de combinar volúmenes de gases", Annals of Science, 17 (1): 1, doi: 10.1080 / 00033796100202521
• Gay-Lussac, J. L. (1809). "Memoire sur la combinaison des sustancias gazeuses, les unes avec les autres" (Memoria sobre la combinación de sustancias gaseosas entre sí). Mémoires de la Société d'Arcueil 2: 207-234. 
• Tippens, Paul E. (2007). Física, 7ma ed. McGraw-Hill. 386-387.