En este video se muestra un experimento hecho en clase, en donde se comprueba la Ley de Boyle.

P1V1=P2V2

Leyes de los gases.

Ley General de los Gases.

La Ley general de los gases ideales surge como resultado del conocimiento adquirido de la Ley de Boyle, la Ley de Charles y la Ley de Avogadro. Así como de la ecuación:

PV/T=K

 De esta obtenemos la ecuación de la Ley General de los Gases Ideales:

PV=nRT

 

Esta ley es válida para la mayoría de los gases (con ciertas limitantes de presión y temperatura) independientemente de su identidad química. 

•La constante R es llamada Constante Universal de los Gases y es un factor de               conversión fundamental.

•El valor de R depende de las unidades de P, V, T y n   

•La temperatura debe ser expresada en la escala Kelvin (temperatura absoluta)

•La cantidad de gas n, se expresa en moles.

 En este video se comprueban las leyes de los gases.

Deducción de las leyes de los gases de acuerdo a la Teoría Cinética de la Materia

La teoría cinética de los gases considera que los gases están compuestos por las moléculas, partículas discretas, individuales y separadas. La distancia que existe entre estas partículas es muy grande comparada con su propio tamaño, y el volumen total ocupado por tales moléculas es una pequeña parte del volumen ocupado por todo el gas, por tanto, al considerar el volumen de un gas debe tenerse en cuenta en primer lugar un espacio vacío en ese volumen.

El gas deja muchos espacios vacíos y esto explica la alta comprensibilidad, la baja concentración.
Hay que tener en cuenta que: 
● En el movimiento, las moléculas de los gases chocan unas con otras y con las paredes del recipiente que las contiene en una forma perfectamente aleatoria.

● La frecuencia de las colisiones con las paredes del recipiente explica la presión que ejercen los gases.

● La energía de tales partículas puede ser convertida en calor o en otra forma de energía. Pero la energía cinética total de las moléculas permanecerá constante si el volumen y la temperatura del gas no cambian; por lo tanto, la presión de un gas es constante si la temperatura y el volumen no cambian.

● No existen fuerzas de atracción entre las moléculas de un gas.

● Las moléculas de los gases se mueven constantemente en línea recta por lo que poseen energía cinética.

Si un gas es introducido en un recipiente cerrado, sus moléculas se moverán según los argumentos  de la teoría cinética molecular, con una velocidad que aumentará con la temperatura.

Un ejemplo de que un determinado número de moléculas, las cuales se pueden expresar en función al número de moles (n), se llevan a un recipiente cerrado de volumen (V) y a una temperatura kelvin (T), las moléculas se moverán chocando contra las paredes del recipiente ejerciendo una fuerza F que al expresarse con relación al área S de la pared determinará una presión (P), que es dependiente del número de choques. La presión, la temperatura, y el volumen de una muestra de gas son sus variables de estado.
Si un gas es introducido en un recipiente cerrado, sus moléculas se moverán según los argumentos  de la teoría cinética molecular, con una velocidad que aumentará con la temperatura.

De los tres estados de la materia, en el estado gaseoso las interacciones entre sus partículas son mínimas, por lo que es en este caso donde el estudio y la interpretación de los resultados obtenidos es menos complicada. Como resultado de tales estudios se ha llegado a establecer una serie de conclusiones que se incluye bajo un seguimiento de leyes de los gases, las cuales explican el comportamiento de estas sustancias en ciertas condiciones especiales.

Ley de Boyle 

Robert Boyle investigó el comportamiento de una cantidad fija de gas sometido a diversas presiones, y encontró una relación muy sencilla entre su volumen y su presión:

"El volumen (V) de una masa de un gas, a temperatura (T) constante, es inversamente proporcional a la presión aplicada (P) sobre él"; la expresión matemática de esta ley es:

V=k(1/P), donde k es una constante de proporcionalidad. 

Esta ley fue formulada por el químico irlandés Robert Boyle (1627-1691) y describe el comportamiento del gas ideal cuando se mantiene su temperatura constante (trasformación isotérmica). Consideremos pues un recipiente con tapa móvil que contiene cierta cantidad de gas.

                     En este experimento con una jeringa se comprueba la ley de Boyle, al disminuir el volumen hay mayor presión y viceversa.

Ley de Charles 

El físico francés Jacques Charles (1763-1823) descubrió la relación existente entre el volumen y la temperatura de un gas, siempre y cuando su presión se mantenga invariable. Para ello utilizó el mismo diseño empleado un siglo antes por Boyle, pero ahora variando la temperatura y manteniendo constante la presión.
“A presión constante, el volumen ocupado por una masa definida de una muestra de gas es directamente proporcional a la temperatura (kelvin o absoluta)”. Matemáticamente esta ley puede expresarse de la siguiente forma:
V=kT donde k es una constante de proporcionalidad; a presión y cantidad de materia (n) constantes. 

Al aumentar la temperatura el volumen del gas aumenta (dentro de la pelota)

Ley de Gay- Lussac 

A volumen constante, la presión de una masa fija de un fija de un gas dado es directamente proporcional a la temperatura kelvin. La representación matemática de esta ley es:

k=P/T ó P=kT, donde k es una constante de proporcionalidad.

Para un estado inicial (Pi/Ti=k)y un estado final (Pf/Tf=k), se cumple que: PiTf=Pf/Ti 

Al enfriar la botella y cubrirla con la moneda hubo aumento de presión el cual hizo que la moneda no se mantuviera estable.

Movimiento Browniano

          “El movimiento Browniano consiste en el movimiento al azar de partículas en un fluido”

En 1828 Robert Brown observó que en una disolución de agua las partículas del polen de la hierba Clarkia Pulchella realizaban un movimiento continuo, muy torpe como en zigzag. El movimiento era como si las partículas tuvieran vida.

“al examinar la forma de estas partículas inmersas en agua, vi muchas de ellas evidentemente en movimiento : esté consistía no solamente de un cambio de lugar en un fluido, manifestado por alteraciones en sus posiciones relativas, si no que también, con no poca frecuencia por un cambio en la forma de la misma partícula; estos movimientos eran tales que me convencieron, después de observaciones repetidas, de que no surgían corrientes en el fluido, ni de su gradual evaporación, si no que pertenecían a la misma partícula”

En primera estancia quiso averiguar la causa de porque el polen se movía todo el tiempo.Esto llevó a que en su trabajo surgiera la posibilidad del que el polen tenía vida.Como consecuencia colocó dentro del recipiente agua con el polen de plantas que habían muerto cien años antes, y pudo observar  que este polen hacía el mismo tipo de movimiento.

Brown nos narra su sorpresa: 

“…. me llamo la atención este hecho tan inesperado  de aparente vitalidad retenida por estas moléculas tanto tiempo después de la muerte de la planta”.

Posteriormente realizó el mismo experimento con objetos inanimados, más pequeños como minerales en los cuales observó que llevaban a cabo el mismo movimiento.

Después de que se hizo público la teoría del movimiento browniano, Albert Einstein propuso un término basado en la teoría cinética de la materia.

De acuerdo a esto, las moléculas del líquido estaban en continuo movimiento el cual se incrementaba al aumentar la temperatura. Einstein decía que el comportamiento de movimiento aparente de las partículas suspendidas en el líquido se debía a que eran bombardeadas por partículas no visibles las cuales conformaban este líquido, era una propuesta que estaba en duda ya que no comprobaba la existencia de átomos y moléculas.   

Al ser las partículas de polen pequeñas, daban lugar a ser golpeadas por unos lados más que por otros por las partículas del líquido, provocando su movimiento.

En este experimento se aprecia como las moléculas se mueven de acuerdo a la temperatura y su adherencia al agua.

Por: Sosa A. Leslie

La deducción matemática de la temperatura y la presión, bajo la Teoría Cinética de la Materia.

 Basándonos en la teoría cinética de la materia podemos concluir  que la temperatura juega un papel importante en la materia ya que esta se modifica de acuerdo al estado en el que se encuentra, un ejemplo de esto es el agua, ya que al subir la temperatura del agua estando en estado sólido, pasa a estado líquido, y al seguir aumentando la  temperatura alcanza su punto de ebullición y cambia al estado gaseoso.Cuando ocurre el aumento de la temperatura, también aumenta la velocidad media de las moléculas causando así, mayor número y fuerza con las que las moléculas rebotan contra las paredes del recipiente. Llevando este concepto al Área 2, la Temperatura de determinada persona nos ayuda a saber los síntomas y así comprender qué es lo que causa su enfermedad, tratar al paciente con ciertas padecimientos como fiebre o hipotermia y así poder brindarle una medicación adecuada.En las incubadoras para los bebés, deben de tener la temperatura adecuada para un mejor desarrollo de sus sistemas.En ámbitos biológicos influye en la agricultura, en el cuidado de ganadería, aves y la creación de algunos medicamentos y químicos.

Apoyándonos en la Teoría Cinética de la Materia; la presión es el resultado de aplicar una fuerza sobre una superficie y en el caso de un sólido y un líquido modifica su masa y volumen, mientras que en un gas al quitarle la presión este aumenta su masa guiándonos en la ley de Boyle y Mariotte, la cual enuncia que al disminuir la presión ejercida por un gas, éste aumenta su volumen.

Aplicándolo en las ciencias biológicas y de la salud nos ayuda a encontrar, tratar, eliminar y obtener un tratamiento a enfermedades como tumores, hipertensión, entre otros.

En esta imagen podemos apreciar el movimiento de las moléculas al aplicarles
calor en el cual ocurre un cambio de volumen.

Por: Sosa A. Leslie

Objetivos

El objetivo principal es aprender o reforzar los conocimientos ya adquiridos de la teoría cinética de la materia. Entender por que la presión, la temperatura y el movimiento browniano están relacionados a esta teoría. Así como también dar a conocer la ley general de los gases y el movimiento de sus partículas.