Ley de Gay Lussac
¿Qué es la ley de Gay Lussac?
La ley de Gay-Lussac es una ley de los gases que establece que la presión de un gas varía directamente con la temperatura cuando la masa y el volumen se mantienen constantes. A medida que aumenta la temperatura, también aumenta la presión. El concepto se muestra gráficamente a continuación.
Este fenómeno se produce porque, al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética de las moléculas de gas. El aumento de energía hace que las moléculas choquen con más fuerza contra las paredes del recipiente, lo que se traduce en una mayor presión.
La Ley de Gay Lussac también se denomina a veces Ley de Amonton. Amonton demostró la misma ley fabricando un termómetro en el que la presión medida era una lectura de la temperatura actual. Gay-Lussac demostró la ley con mayor precisión, por lo que se la conoce más a menudo por su nombre.
Fórmula de la ley de Gay Lussac
La ley de Gay-Lussac nos da una fórmula en la que la presión y la temperatura están relacionadas con una constante cuando el volumen y la masa/moles se mantienen constantes. Es decir:
P/T = k
También podemos relacionar entonces la presión y la temperatura en dos puntos diferentes porque ambas son iguales al mismo valor constante. Es decir:
P1/T1 = k
Y
P2/T2 = k
Por lo tanto,
P1/T1 = P2/T2
Puedes ver esta fórmula escrita en una variedad de formatos. Por ejemplo, puedes reordenar las variables para obtener
P1/P2 = T1/T2
La k de estas ecuaciones también puede resolverse reordenando la ley de los gases ideales.
Mantenemos constantes al volumen (V) y los moles (n). R es siempre una constante. Por lo tanto, todo el lado derecho de la ecuación inferior es una constante.
Ejemplo real de la ley de Gay-Lussac
Cuando bajan las temperaturas en invierno, es posible que notes que recibes una alerta de baja presión en los neumáticos de tu coche. Este fenómeno se produce por la relación que vemos en la ley de Gay Lussac. La temperatura baja, por lo tanto, la cantidad de presión en el neumático baja porque son directamente proporcionales. Sin embargo, tanto el volumen total como la masa total de gas en el interior siguen siendo los mismos. (Con grandes oscilaciones de temperatura, el volumen del neumático sí cambia, pero con pequeños cambios de temperatura se mantiene relativamente igual).
Lo mismo ocurre con los depósitos de propano. La presión del depósito puede ser mayor o menor en función de la temperatura exterior (¡siempre que no utilices el depósito para hacer barbacoas!). A medida que aumente la temperatura, el manómetro del depósito mostrará una presión más alta.
Para ver cómo disminuye la presión al bajar la temperatura, observa o haz el experimento de la lata que se hunde. Este experimento no es una representación perfecta de la ley de Gay Lussac, pero es un buen ejemplo de los cambios de presión debidos a la temperatura. En los experimentos de Gay Lussac, éste tenía un recipiente rígido con un volumen determinado.
Problemas de ejemplo de la ley de Gay-Lussac
Problema: Se quiere desechar un recipiente de aerosol que tiene una presión de 2.00atm a 20℃. Cuando el contenedor se desecha, puede aumentar hasta una temperatura de 110℃. ¿Cuál sería la presión a esta temperatura?
Solución trabajada:
En primer lugar, tenemos que identificar las variables que tenemos. Sabemos que P1 = 2.00atm, T1 = 20℃ ó 293K, y que T2 = 110℃ ó 383K. Estamos intentando resolver para P2.
La ecuación de la ley de Gay-Lussac es:
P1/T1 = P2/T2
Podemos resolver P2.
T2 (P1/T1) = P2
Ahora introducimos nuestros valores y resolvemos.
(383K) (2.00atm / 293K) = P2 = 2.61atm
Problema: El neumático de tu coche marca 2.24atm y la temperatura exterior es de 80℉. ¿Cuál será la presión del neumático cuando la temperatura exterior sea 0℉? (Supongamos que el volumen del neumático no cambia si se pincha)
Solución trabajada:
Estamos ante un neumático, por lo que el número de moles y el volumen son constantes, lo que significa que podemos utilizar la ley de Gay-Lussac.
Nuestro P1 = 2.24atm y T1 = 80℉(300K). También sabemos T2 = 0℉(255K). Tenemos que resolver para P2.
A partir del problema anterior tenemos nuestra ecuación reordenada. (Si no recuerdas cómo reordenar la ecuación, está resuelto en el problema anterior)
T2 (P1/T1) = P2
A continuación, podemos introducir los números que conocemos y calcular nuestra respuesta.
(255K) (2.24atm / 300K) = P2 = 1.90atm
La nueva presión de los neumáticos es 1.90atm. ¡Significativamente inferior a la 2.24atm de la presión en el neumático antes!
¿Quién es Gay-Lussac?
Joseph Louis Gay-Lussac fue un químico francés que vivió entre 1778 y 1850. Descubrió y compartió su famosa ley de Gay-Lussac a principios del siglo XIX. Además de la ley descrita, también desarrolló muchas técnicas de química analítica, descubrió el boro y mucho más. Mantuvo una rivalidad con Humphry Davy, que descubrió otros elementos como el calcio y el potasio.
Dato curioso: En un intento de medir el campo magnético de la Tierra a gran altura, Gay-Lussac ostentó el récord mundial de vuelo en globo a mayor altura durante unos cincuenta años. Alcanzó una altura de unos 7,000 metros o 23,000 pies.
Problemas de práctica de la ley de Gay Lussac
Problema 1
Al enfriar la temperatura de 1atm del gas nitrógeno en un depósito cerrado de 40℃ a 10℃, ¿aumenta o disminuye la presión ejercida sobre las paredes del depósito? Calcula la presión final.
Problema 2
Un gas tiene una presión de 0.88atm a 0℃. ¿Cuál es la temperatura a presión estándar?
Soluciones a problemas de práctica de la ley de Gay Lussac
1: disminuir ; 0.90atm
2: 37℃
Otras leyes del gas
- Ley de los gases ideales
- Instrumentos para medir la presión de los gases
- Ley de Boyle
- Ley de Charle
- Ley de Avogadro
- Ley de Dalton
- Ley combinada de los gases