Propiedades y composición del aire. Leyes de los gases

La presion del aire: La primera propiedad del aire que se estudio de forma cuantitativa fue la presion, cuya medida resulto fundamental para poder establecer las leyes de los gases. 

Composición química del aire: La atmósfera terrestre es una mezcla de gases. Cuatro de ellos constituyen el 99 x ciento del volumen total, por lo que suelen denominarse componentes mayores del aire. Esto se debe a lagran variabilidad de su presencia en el aire. La concentracion de la mayoria de los gases atmosfericos sufre variaciones, estacionales y en altitud.

La capacidad de compresion del aire es un hecho comprobado. En un tubo de vidrio de forma de J, cerrado por uno de sus extremos, vertio cierta cantidad de mercurio, de forma que en el extremo cerrado quedo atrapado un volumen del aire. Agregando sucesivas cantidades de mercurio, puedo conseguir comprimir mas el aire. Despues de cada porcion de mercurio agregada midio el volumen del aire atrapado asi como la presion a la que este estaba sometido.PV=cte Boyle no pudo controlar la temperatura a la que realizo su experimento, pero suponemos que la mantuvo constante. A temperatura constante, la presion y el volumen de una cantidad fija de gas son inversamente proporcionales. 

Despues del trabajo de Boyle, se realizo un esfuerzo continuado para descubrir el efecto de los cambios de temperatura sobre la presion y el volumen de un gas. Repitiendo el experimento de Boyle a diferentes temperaturas se obtienen diferentes curvas que llamamos isotermas. La existencia de estas curvas es una muestra de que la temperatura influye en la presion para un mismo volumen, o en el volumen para una misma presion. Si se mantiene la presion constante, el volumen aumenta al aumentar la temperatura, es decir, el gas se dilata. La relacion entre el volumen y la temperatura fue determinada por Charles. En un tubo sellado por uno de sus extremos, puso una pequeña cantidad de mercurio, que encerro una determinada masa de aire en el extremo cerrado del tubo. Al aumentar la temperatura observo que el tapon de mercurio ascendia, aumentando el volumen del aire encerrado. Los resultados del experimento pueden representarse en un diagrama volumen temperatura, obteniendose una recta que no corta al eje x en el primer cuadrante. Si se prolonga la recta para temperaturas negativas, corta al eje x en -273ºC. V/T=cte

Para una cantidad fija de gas, mantenido a presion constante, el volumen y la temperatura absoluta son directamente proporcionales. Esta ley fue establecida por Gay Lussac en 1808 y confirmada por Dalton. Las leyes de Boyle y de Charles pueden combinarse en una ecuacion que relacione presion, volumen y temperatura para una masa fija de gas. Supongamos una masa de gas encerrada en un globo que hacemos pasar por tres estados consecutivos caracterizados por los valores de volumen, temperatura y presion. Esta ley es muy util, para conocer el volumen de un gas en unas condiciones de P y T determinadas, conociendo el volumen ocupado por ese mismo gas en otras condiciones de P y T distintas. 

La hipotesis de Avogadro enunciada en 1811 dice que volumenes iguales de todos los gases, medidos en las mismas condiciones de presion y temperatura, contienen el mismo numero de moleculas. La magnitud buscada para medir la cantidad de gas es el numero de moleculas, que es tanto como para incorporar el concepto de mol. Si en la ley combinada sustituimos el termino constante por el numero de moles de gas, obtenemos la ecuacion general de los gases ideales. PV=nRT En esta ecuacion la r es la constante de los gases ideales cuyo valor depende de las unidades en las que se midan la presion y el volumen. Cuando el volumen se mide en litros, la presion en atmosferas y la temperatura en kelvin: R=0,082 atm.litro/mol/grado .

Es frecuente que se necesite la relacion entre P V y T de una mezcla de gases. Para ello se requiere entender como esta relacionada la presion total de la mezcla con los componentes individuales. Cada uno de los gases ejerce una presion dentro de la mezcla, que se denomina presion parcial. En 1801 Dalton formulo una ley, que se conoce como la ley de las presiones parciales de Dalton, la cual establece que la presion total de una mezcla de gases es la suma de las presiones que cada uno de los gases ejerceria si estuviera solo.

En un recipiente en el que hay un gas, introducimos un segundo gas, al cabo de un tiempo los dos gases formaran una mezcla homogenea. La mexcla gradual de dos gases para formar una mezcla es un fenomeno que se conoce como difusion y fue estudiada por Thomas Graham en 1832 estableciendo una ley que dice que en las mismas condiciones de presion y temperatura, las velocidades de difusion de dos sustancias gaseosas son inversamente proporcionales a la raiz cuadrada de las masas molares. Esta ley se la conoce como la ley de difusion de Graham. Esta ecuacion sirve para describir el fenomeno de la efusion. a di