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Ley de Gay-Lussac

La ley de Gay-Lussac (más correctamente conocida como ley de Amonton [ cita requerida ] ) establece que la presión de una masa dada de gas varía directamente con la temperatura absoluta del gas cuando el volumen se mantiene constante. [1]

Matemáticamente, se puede escribir como: PAG T = k {\ Displaystyle {\ frac {P} {T}} = k} {\ Displaystyle {\ frac {P} {T}} = k}. Es un caso especial de la ley de los gases ideales .

Gay-Lussac es incorrectamente [ cita requerida ] reconocido por la Ley de Presión que estableció que la presión de un gas encerrado es directamente proporcional a su temperatura y que él fue el primero en formular (c. 1809). [2] También se le atribuye a veces [3] [4] [5] ser el primero en publicar evidencia convincente que muestra la relación entre la presión y la temperatura de una masa fija de gas mantenida a un volumen constante. [4]

Estas leyes también se conocen como ley de presión o ley de Amontons y ley de Dalton, respectivamente. [3] [4] [5] [6]

Ley de combinar volúmenes

Bajo STP , una reacción entre tres metros cúbicos de gas hidrógeno y un metro cúbico de gas nitrógeno producirá aproximadamente dos metros cúbicos de amoníaco .

La ley de la combinación de volúmenes establece que, cuando los gases reaccionan juntos, lo hacen en un volumen que tiene una relación de números enteros simple siempre que la temperatura y la presión de los gases que reaccionan y sus productos permanezcan constantes.

La relación entre los volúmenes de los gases reactivos y los productos gaseosos se puede expresar en números enteros simples .

Por ejemplo, Gay-Lussac descubrió que dos volúmenes de hidrógeno y un volumen de oxígeno reaccionarían para formar dos volúmenes de agua gaseosa. Con base en los resultados de Gay-Lussac, Amedeo Avogadro planteó la hipótesis de que, a la misma temperatura y presión, volúmenes iguales de gas contienen el mismo número de moléculas ( ley de Avogadro ). Esta hipótesis significó que el resultado previamente establecido

2 volúmenes de hidrógeno + 1 volumen de oxígeno = 2 volúmenes de agua gaseosa

también podría expresarse como

2 moléculas de hidrógeno + 1 molécula de oxígeno = 2 moléculas de agua.

También se puede expresar en otra forma de ejemplo, 100 mL de hidrógeno se combinan con 50 mL de oxígeno para dar 100 mL de vapor de agua. Hidrógeno (100 mL) + Oxígeno (50 mL) = Agua (100 mL)

Por tanto, los volúmenes de hidrógeno y oxígeno que se combinan (es decir, 100 ml y 50 ml) tienen una relación simple de 2: 1.

La ley de combinación de gases fue hecha pública por Joseph Louis Gay-Lussac en 1808. [7] [8] La hipótesis de Avogadro, sin embargo, no fue aceptada inicialmente por los químicos hasta que el químico italiano Stanislao Cannizzaro pudo convencer al Primer Congreso Internacional de Química en 1860. [9]

Ley de presión-temperatura

Esta ley a menudo se conoce como ley de presión-temperatura de Gay-Lussac , entre 1800 y 1802, descubrió la relación entre la presión y la temperatura de una masa fija de gas mantenida a un volumen constante. [10] [11] [12] Gay Lussac descubrió esto mientras construía un "termómetro de aire".

La presión de un gas de masa fija y volumen fijo es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.

Las relaciones entre Boyle , Charles de , Gay-Lussac de , de Avogadro , combinado y leyes de los gases ideales , con la constante de Boltzmann k B =R/N A = n R/norte (en cada ley, las propiedades encerradas en un círculo son variables y las propiedades que no están encerradas en un círculo se mantienen constantes)

Si la temperatura de un gas aumenta, también lo hace su presión si la masa y el volumen del gas se mantienen constantes. La ley tiene una forma matemática particularmente simple si la temperatura se mide en una escala absoluta, como en kelvin . La ley puede entonces expresarse matemáticamente como

PAG ∝ T o r PAG = k T , {\ Displaystyle {P} \ propto {T} \ quad o \ quad P = kT,} {\displaystyle {P}\propto {T}\quad or\quad P=kT,}

o

PAG T = k , {\ Displaystyle {\ frac {P} {T}} = k,} {\displaystyle {\frac {P}{T}}=k,}

dónde:

P es la presión del gas,
T es la temperatura del gas (medida en kelvin ),
k es una constante .

Esta ley es cierta porque la temperatura es una medida de la energía cinética promedio de una sustancia; a medida que aumenta la energía cinética de un gas, sus partículas chocan con las paredes del recipiente más rápidamente, ejerciendo así una mayor presión.

Para comparar la misma sustancia en dos conjuntos diferentes de condiciones, la ley se puede escribir como:

PAG 1 T 1 = PAG 2 T 2 o PAG 1 T 2 = PAG 2 T 1 . {\ Displaystyle {\ frac {P_ {1}} {T_ {1}}} = {\ frac {P_ {2}} {T_ {2}}} \ qquad {\ text {o}} \ qquad P_ {1 } T_ {2} = P_ {2} T_ {1}.} {\displaystyle {\frac {P_{1}}{T_{1}}}={\frac {P_{2}}{T_{2}}}\qquad {\text{or}}\qquad P_{1}T_{2}=P_{2}T_{1}.}

Debido a que Amontons descubrió la ley de antemano, el nombre de Gay-Lussac ahora se asocia generalmente dentro de la química con la ley de combinación de volúmenes discutida en la sección anterior. Algunos libros de texto de introducción a la física aún definen la relación presión-temperatura como la ley de Gay-Lussac. [13] [14] [15] Gay-Lussac investigó principalmente la relación entre volumen y temperatura y la publicó en 1802, pero su trabajo cubrió alguna comparación entre presión y temperatura. [16] Dada la tecnología relativa disponible para ambos hombres, Amontons solo pudo trabajar con aire como gas, mientras que Gay-Lussac pudo experimentar con múltiples tipos de gases comunes, como oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. [17] Gay-Lussac atribuyó sus hallazgos a Jacques Charles porque usó gran parte de los datos inéditos de Charles de 1787; por lo tanto, la ley se conoció como la ley de Charles o la Ley de Charles y Gay-Lussac. [18]

(Amontons) la ley de Gay-Lussac, ley de Charles , y la ley de Boyle forman la ley de los gases combinada . Estas tres leyes de los gases en combinación con la ley de Avogadro pueden generalizarse mediante la ley de los gases ideales .

Expansión de gases

Gay-Lussac utilizó la fórmula obtenida de ΔV / V = ​​αΔT para definir la tasa de expansión α para los gases. Para el aire encontró una expansión relativa ΔV / V = ​​37.50% y obtuvo un valor de α = 37.50% / 100 ° C = 1 / 266.66 ° C que indicó que el valor del cero absoluto era aproximadamente 266.66 ° C por debajo de 0 ° C. [19] El valor de la tasa de expansión α es aproximadamente el mismo para todos los gases y esto también se conoce como Ley de Gay-Lussac.

Ver también

  • Ley de Avogadro  : relación entre el volumen y el número de moles de un gas a temperatura y presión constantes.
  • Ley de Boyle  : relación entre la presión y el volumen en un gas a temperatura constante
  • Ley de Charles  : relación entre el volumen y la temperatura de un gas a presión constante
  • Ley de gas combinada  : combinación de las leyes de gas de Charles, Boyle y Gay-Lussac

Referencias

  1. ^ "Ley de Gay-Lussac" . LibreTexts . 2016-06-27 . Consultado el 5 de diciembre de 2018 .
  2. ^ Lagassé, Paul (2016), "Joseph Louis Gay-Lussac" , Columbia Electronic Encyclopedia (sexta edición, Q2 ed.), Universidad de Columbia, ISBN 978-0787650155[ página necesaria ]
  3. ^ a b Palmer, WP (1991), "Filatelia, enseñanza de la ciencia e historia de la ciencia" (PDF) , Charla de laboratorio , 35 (1): 30–31
  4. ^ a b c Holbrow, CH; Amato, JC (2011), "Lo que no nos dijo Gay-Lussac", Am. J. Phys. , 79 (1): 17, Bibcode : 2011AmJPh..79 ... 17H , doi : 10.1119 / 1.3485034
  5. ^ a b Spurgin, CB (1987), "Experimentos de expansividad de gas de Gay-Lussac y la tradicional mala enseñanza de la 'Ley de Charles ' ", Annals of Science , 44 (5): 489–505, doi : 10.1080 / 00033798700200321
  6. ^ Crosland MP (1961), "The Origins of Gay-Lussac's Law of Combining Volumes of Gases", Annals of Science , 17 (1): 1, doi : 10.1080 / 00033796100202521
  7. ↑ Gay-Lussac (1809) "Mémoire sur la combinaison des substancias gazeuses, les unes avec les autres" (Memoria sobre la combinación de sustancias gaseosas entre sí), Mémoires de la Société d'Arcueil 2 : 207-234. Disponible en inglés en: Le Moyne College .
  8. ^ "Joseph-Louis Gay-Lussac" . chemistryexplained.com .
  9. ^ Hartley Harold (1966). "Stanislao Cannizzaro, FRS (1826-1910) y la Primera Conferencia Internacional de Química en Karlsruhe". Notas y registros de la Royal Society of London . 21 (1): 56–63. doi : 10.1098 / rsnr.1966.0006 . S2CID  58453894 .
  10. ^ Barnett, Martin K. (agosto de 1941), "Una breve historia de la termometría", Journal of Chemical Education , 18 (8): 358, Bibcode : 1941JChEd..18..358B , doi : 10.1021 / ed018p358. Extraer.
  11. ^ "Historia de Thall de las leyes de gas" . Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2010 . Consultado el 16 de julio de 2010 .
  12. ^ Ver:
    • Amontons, G. (presentado en 1699, publicado en 1732) "Moyens de substituer commodément l'action du feu à la force des hommes et des chevaux pour mouvoir les machines" (Formas de sustituir convenientemente la acción del fuego por la fuerza de hombres y caballos para accionar máquinas), Mémoires de l'Académie des sciences de Paris , 112-126; véanse especialmente las páginas 113-117.
    • Amontons, G. (presentado en 1702, publicado en 1743) "Discours sur quelques propriétés de l'Air, & le moyen d'en connoître la température dans tous les climats de la Terre" (Discurso sobre algunas propiedades del aire y sobre los medios de conocer la temperatura en todos los climas de la Tierra), Mémoires de l'Académie des sciences de Paris , 155-174.
    • Véase también: Fontenelle, BB (1743) "Sur une nouvelle proprieté de l'air, et une nouvelle construction de Thermométre" (Sobre una nueva propiedad del aire y una nueva construcción de termómetro), Histoire de l'Academie royale des sciences , 1–8.
  13. ^ Tippens, Paul E. (2007). Física, 7ª ed. McGraw-Hill. 386–387.
  14. ^ Cooper, Crystal (11 de febrero de 2010). "Ley de Gay-Lussac". Ingeniería Bright Hub. Obtenido de http://www.brighthubengineering.com/hvac/26213-gay-lussacs-law/ el 8 de julio de 2013.
  15. ^ Verma, KS - Cengage Physical Chemistry Part 1 - Sección 5.6.3
  16. ^ Crosland, Maurice P. (2004). Gay-Lussac: científico y burgués. Prensa de la Universidad de Cambridge. 119–120.
  17. ^ Asimov, Isaac (1966). Comprensión de la física: movimiento, sonido y calor. Walker y compañía 191-192.
  18. ↑ Gay-Lussac (1802), "Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs" (Investiga sobre la expansión de gases y vapores), Annales de Chimie 43 : 137-175. En la página 157, Gay-Lussac menciona los hallazgos inéditos de Charles: "Avant d'aller plus loin, je dois prévenir que quoique j'eusse reconnu un grand nombre de fois que les gaz oxigène, azote, hydrogène et acide carbonique, et l 'air atmosphérique se dilatent également depuis 0 ° jusqu'a 80 °, le cit. Charles avait remarqué depuis 15 ans la même propriété dans ces gaz; mais n'avant jamais publié ses résultats, c'est par le plus grand hasard que je les ai connus ". (Antes de continuar, debo informarle [a usted] que aunque había reconocido muchas veces que los gases oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y ácido carbónico [es decir, dióxido de carbono] y el aire atmosférico también se expanden de 0 ° a 80 °, ciudadano Charles había notado hace 15 años la misma propiedad en estos gases; pero como nunca había publicado sus resultados, es por la más mínima casualidad que yo los conociera). Disponible en inglés en: Le Moyne College .
  19. ^ Gay-Lussac (1802). "Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs" . Annales de chimie, ou, Recueil de mémoires concernnant la chimie (en francés).

Otras lecturas

  • Castka, Joseph F .; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E .; Williams, John E. (2002). Química moderna . Holt, Rinehart y Winston. ISBN 978-0-03-056537-3.
  • Guch, Ian (2003). La guía completa de química para idiotas . Alfa, Penguin Group Inc. ISBN 978-1-59257-101-7.
  • Mascetta, Joseph A. (1998). Cómo prepararse para el examen de química SAT II . Barron. ISBN 978-0-7641-0331-5.

enlaces externos

  • Mundo del descubrimiento científico sobre Joseph-Louis Gay-Lussac en Bookrags

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