Vamos a explorar la relación entre presión, volumen y temperatura. Entenderemos cómo estos tres factores interactúan entre sí. Resolveremos problemas paso a paso.
Paso 1: Identificar las Leyes de los Gases
Existen leyes fundamentales que describen estas relaciones. Reconoceremos la Ley de Boyle, la Ley de Charles y la Ley de Gay-Lussac. También, consideraremos la Ley de los Gases Ideales.
La Ley de Boyle relaciona presión y volumen a temperatura constante. La Ley de Charles relaciona volumen y temperatura a presión constante. La Ley de Gay-Lussac relaciona presión y temperatura a volumen constante.
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La Ley de los Gases Ideales combina todas las variables: PV = nRT. Donde P es presión, V es volumen, n es el número de moles, R es la constante de los gases ideales y T es la temperatura.
Paso 2: Analizar el Problema
Leamos cuidadosamente el problema. Identifiquemos qué variables se dan. Determinaremos qué variable se necesita encontrar.
Por ejemplo, un problema podría indicar la presión inicial, el volumen inicial y la temperatura inicial. Luego, proporciona la presión final y pregunta por el volumen final manteniendo la temperatura constante. Este sería un problema de la Ley de Boyle.
Otro problema podría dar el volumen inicial y la temperatura inicial. Después, indica la temperatura final y pregunta por el volumen final manteniendo la presión constante. Este sería un problema de la Ley de Charles.
Paso 3: Seleccionar la Fórmula Correcta
Usemos la información del problema para elegir la ley correcta. Si la temperatura es constante, use la Ley de Boyle. Si la presión es constante, use la Ley de Charles. Si el volumen es constante, use la Ley de Gay-Lussac. Si las tres variables cambian, o se da el número de moles, use la Ley de los Gases Ideales.
La Ley de Boyle se expresa como P1V1 = P2V2. La Ley de Charles se expresa como V1/T1 = V2/T2. La Ley de Gay-Lussac se expresa como P1/T1 = P2/T2.
Paso 4: Convertir las Unidades
Asegurémonos de que todas las unidades sean consistentes. La temperatura debe estar en Kelvin. Si se da en Celsius, convierta a Kelvin sumando 273.15. El volumen se puede dar en litros o metros cúbicos. La presión se puede dar en atmósferas, Pascales o mmHg. Asegúrese de usar las unidades correctas para la constante de los gases ideales (R).
Por ejemplo, si la presión se da en atmósferas y el volumen en litros, use R = 0.0821 L atm / (mol K). Si el volumen se da en metros cúbicos y la presión en Pascales, use R = 8.314 J / (mol K).
Paso 5: Resolver la Ecuación
Sustituyamos los valores conocidos en la ecuación seleccionada. Aislamiento la variable desconocida. Resolvamos la ecuación para encontrar el valor de la variable desconocida.
Por ejemplo, si estamos usando la Ley de Boyle (P1V1 = P2V2) y queremos encontrar V2, entonces V2 = (P1V1) / P2. Sustituyamos los valores de P1, V1 y P2 y calculemos V2.
Paso 6: Verificar la Respuesta
Verifiquemos que la respuesta tenga sentido físico. Si la presión aumenta, el volumen debe disminuir (Ley de Boyle). Si la temperatura aumenta, el volumen debe aumentar (Ley de Charles) y la presión debe aumentar (Ley de Gay-Lussac). Comprobemos las unidades para asegurarnos de que la respuesta esté en las unidades correctas.
Asegurémonos de que el resultado sea razonable. Si calculamos un volumen negativo, hay un error en nuestro cálculo.
Ejemplo
Un gas tiene un volumen de 10 L a 2 atm de presión. Si la presión se reduce a 1 atm manteniendo la temperatura constante, ¿cuál será el nuevo volumen? Usamos la Ley de Boyle: P1V1 = P2V2. V2 = (P1V1) / P2 = (2 atm * 10 L) / 1 atm = 20 L.
Por lo tanto, el nuevo volumen es 20 L. Observe que la presión disminuyó a la mitad, y el volumen se duplicó. Esto tiene sentido de acuerdo a la Ley de Boyle.
