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Las leyes de los gases: Ley de Boyle

Objetivos

OA13 Analizar y calcular las variables de presión, volumen  y temperatura de un gas según la ley de Boyle.

Conocimiento previo

La siguiente imagen representa un experimento, en donde se introduce un gas al interior de un frasco con un embolo,  este puede subir y bajar, como se observa. A partir de la imagen reflexione las preguntas a continuación. 

Pregunta Verdadero-Falso

Pregunta 1

1) En el frasco "A" el volumen donde se mueven las partículas de gas es mayor en comparación al frasco "B"

Pregunta 2

2) En el frasco "B" la presión ejercida sobre el gas es menor en comparación al frasco "A"

Pregunta 3

3) Cuando aumentamos la presión de un gas su volumen disminuye.

La ley experimental de los gases es una ley que combina la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac. Estas leyes se refieren a cada una de las variables que son presión, volumen y temperatura absoluta. La ley de Charles establece que el volumen y la temperatura absoluta son directamente proporcionales cuando la presión es constante. La ley de Boyle afirma que presión y el volumen son inversamente proporcionales entre sí a temperatura constante. Finalmente, la ley de Gay-Lussac introduce una proporcionalidad directa entre la presión y la temperatura absoluta, siempre y cuando se encuentre a un volumen constante.

En esta oportunidad nos enfocaremos específicamente en la Ley de Boyle.

La Ley de Boyle

Uno de los primeros estudios sobre las propiedades de los gases fue realizado por Robert Boyle, cuando investigó sobre el efecto de la presión en el volumen de un gas. Para ello, realizó un procedimiento similar al que se muestra a continuación.

Es importante mencionar que durante todo este experimento la temperatura se mantiene constante. Se varía el volumen y se mide la presión.

Los resultados obtenidos por Boyle revelaron que el volumen y la presión de un gas son inversamente proporcionales, es decir, a mayor volumen de un gas, menor es su presión; y a menor volumen, mayor es su presión. Este principio se denomina ley de Boyle, y el comportamiento de las variables involucradas en esta ley puede ser descrito en el siguiente gráfico.

En dicho gráfico, si calculamos el producto de la presión por el volumen en cualquier punto, obtendremos siempre el mismo valor, lo cual matemáticamente se puede expresar de la siguiente manera:

A partir de la fórmula anterior, es posible predecir los cambios que experimentarán el volumen y la presión de un gas. Para ello, es necesario conocer la condición inicial o la final de estas dos variables. Lo anterior se puede expresar matemáticamente como:

Donde P1 y V1 corresponden a las condiciones iniciales de presión y volumen para un gas, y P2 y V2 representan las condiciones finales luego de aplicar una fuerza que modifique estos parámetros. Es importante señalar que para realizar los cálculos de volumen y presión iniciales y finales, se deben ocupar las mismas unidades de medida.

Video resumen Ley de Boyle 

Ejemplo de calculo Ley de Boyle

A continuación se presentan un par ejemplos para calcular las distintas variables según la Ley de Boyle 

ejemplo 1:

ejemplo 2: