En la Grecia Clásica en el siglo V a.c: Dos filósofos griegos,Leucipo y Demócrito, ya aventuraron la existencia de átomos, aunque sus observaciones carecían del rigor que el método científico impone. En 1803, el químico británico John Dalton utilizó la existencia de átomos para la explicación de las Leyes de la Química.
De la teoría atómica de Dalton se pudo desprender una primitiva idea de
molécula, como resultado de la combinación de dos o más tipos de átomos.
Aunque con algunas alteraciones producto de las observaciones, la
teoría atómica sobrevivió al convulso, científicamente hablando, siglo
XIX y en ella se apoyaron los físicos L. E. Botlzmann y J.C. Maxwell para construir una teoría cinético-molecular de la materia.
La determinación de una ecuación de estado de los gases implica inevitablemente la medición de la presión, o fuerza por unidad de área, que un gas ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene. La presión de los gases comúnmente se expresa en atmósferas o milímetros de mercurio.
El estudio sistemático del comportamiento de los gases le interesó a los científicos durante siglos. Destacan los nombres de varios investigadores que establecieron las propiedades de los gases. en este video se explicara la leyes de los gases : ley de Boyle, ley de Charles y ley de Avogadro
Ley De Boyle:
En 1643, el científico italiano Evangelista Torricelli (1608-1674), al trabajar con un dispositivo
de su invención, posteriormente llamado barómetro, demostró que una columna de gas podía
ejercer presión y que ésta podía medirse. Este trabajo atrajo la atención del químico inglés Robert
Boyle (1627-1691) y lo motivó a realizar estudios precisos sobre los cambios de volumen de
muestras gaseosas causados por variaciones de presión. En 1662 reportó los resultados de sus
experimentos llegando a la conclusión de que “el volumen de una cantidad fija de un gas a
temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión del gas”. Este enunciado se
conoce actualmente como la ley de Boyle y puede expresarse matemáticamente como:
V∝1/P
donde, V y P son respectivamente, el volumen y la presión del gas; tal que, para cambiar el signo
de proporcionalidad (α) por uno de igualdad (=), se debe de introducir una constante de
proporcionalidad k, con lo cual la expresión queda de la forma siguiente:
V= k⋅1/P
reacomodando los términos, se obtiene la expresión de la ley de Boyle:
P V⋅ = k
Esta expresión implica que siempre que se tenga una cantidad fija de un gas a temperatura
constante, el producto de la presión por el volumen siempre será igual a una constante k.
Una forma de entender la ley de Boyle es tener un sistema semejante a una jeringa con
émbolo en la cual se tiene una cantidad fija de un gas a determinadas condiciones de presión,
temperatura y volumen.
Así, se puede verificar experimentalmente que al aumentar la presión, a temperatura constante, el
volumen disminuye
y cuando disminuye la presión, el volumen aumenta.
Al aplicar la expresión de la ley de Boyle para estos tres casos se tendrían las expresiones
siguientes:
esto implicaría que,
Por lo tanto, cuando se tiene una cantidad fija de un gas en un estado inicial y se modifica, a
temperatura constante, el volumen o la presión del mismo, se puede determinar la presión o el
volumen del gas respectivamente en el estado final.
Ley de Boyle:
“El volumen de un gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión”
un ejemplo de esta ley es el siguiente video:
Ley De Charles:
En 1787, Jacques Charles investigó la relación existente entre el volumen y la temperatura de una gas a presión constante. Usó un aparato similar al que se ve en la figura:
Al conservar la presión constante, el volumen aumenta y cuando la temperatura disminuye, el volumen también disminuye. Luego, había una proporcionalidad lineal directa entre el volumen y la temperatura, la cual se conoce como Ley de Charles.
La expresión matemática de la ley de Charles es.
V/T= k'
k' es una constante
Ley de Charles:
“El volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura kelvin”.
El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:
•Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta. •Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.
Ley de las Presiones Parciales de Dalton:
En 1801, John Dalton realizó un experimento en el cual añadió vapor de agua en aire seco y notó un incremento en la presión de la mezcla resultante. Para explicar este cambio, Dalton postuló la ley de presiones parciales:
“La presión total de una mezcla de gases (que no reaccionan entre sí) es igual a la suma
de las presiones parciales de todos los gases presentes”
Se denomina presión parcial de un gas en una mezcla a la presión que el gas ejercería si ocupara sólo el volumen total del recipiente. Si se toma como ejemplo el aire y se consideran sólo tres de sus constituyentes (el nitrógeno, el oxígeno y el vapor de agua), la presión total del aire o presión atmosférica será:
Entonces, la presión parcial del oxígeno en el aire es igual al valor de la presión atmosférica por la fracción molar del oxígeno. Lo mismo ocurre en el caso de los otros componentes del aire.
Cuando Dalton formuló por primera vez su teoría atómica poco había elaborado la teoría acerca de la vaporización del agua y el comportamiento de mezclas gaseosas. A partir de sus mediciones dedujo que dos gases es una mezcla actuaban de manera mutuamente independiente.
Ley de Gay-Lussac:
Cuando se investiga experimentalmente como depende entre sí el volumen y la temperatura de un gas a una presión fija, se encuentra que el volumen aumenta linealmente al aumentar la temperatura. Esta relación se conoce como Ley de Charles y Gay-Lussac, y se puede expresar algebraicamente por:
V = V0(1 + "t)
Donde V0 es el volumen que a la temperatura de 0 ºC, " es una constante que tiene aproximadamente el valor 1/273 para todos los gases y t es la temperatura en la escala Celsius. Esta ecuación establece que el volumen de un gas aumenta linealmente al aumentar su temperatura.
En un recipiente rígido, a volumen constante, la presión se dobla al duplicar la temperatura absoluta
Esta ley relaciona la cantidad de gas (n, en moles) con su volumen en litros (L), considerando que la presión y la temperatura permanecen constantes (no varían).
El enunciado de la ley dice que:
El volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad del mismo.
Esto significa que:
Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el volumen del mismo.
Si disminuimos la cantidad de gas, disminuirá el volumen del mismo.
Esto tan simple, podemos expresarlo en términos matemáticos con la siguiente fórmula:
que se traduce en que si dividimos el volumen de un gas por el número de moles que lo conforman obtendremos un valor constante.
Esto se expresa en la ecuaciónEsto debido a que si ponemos más moles (cantidad de moléculas) de un gas en un recipiente tendremos, obviamente, más gas (más volumen), así de simple.
En 1857, el físico alemán Clasius desarrolló una teoría que pretende explicar la naturaleza de la materia y reproducir su comportamiento. Aunque la teoría cinético-molecular se desarrolló inicialmente para los gases pero se puede aplicar a los tres estados de la materia. Como todas las teorías, la teoría cinético-molecular se formula mediante una serie de postulados. Estos postulados no se pueden demostrar experimentalmente. Los aceptamos porque las consecuencias que de ellos se derivan si están de acuerdo con la experiencia.
Dichos postulados son:
1) Estas partículas están en continuo movimiento caótico: chocan entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene,pero no hay pérdida de energía.
2) Las moléculas obedecen las leyes de Newton, pero individualmente se mueven en forma aleatoria, con diferentes velocidades cada una, pero con una velocidad promedio que no cambia con el tiempo. 3) Las moléculas realizan choques elásticos entre sí, por lo tanto se conserva tanto el momento lineal como la energía cinética de las moléculas. 4) El movimiento queda determinado por dos tipos de fuerzas: unas atractivas o de cohesión, que tienden a mantener unidas las partículas y otras repulsivas o de dispersión, que tienden a alejarlas. 5) Las fuerzas entre moléculas son despreciables, excepto durante el choque. Se considera que las fuerzas eléctricas o nucleares entre las moléculas son de corto alcance, por lo tanto solo se consideran las fuerzas impulsivas que surgen durante el choque. 6) Entre molécula y molécula no hay nada, sólo espacio vacío. El número de moléculas es grande y la separación media entre ellas es grande comparada con sus dimensiones. Por lo tanto ocupan un volumen despreciable en comparación con el volumen del envase y se consideran masas puntuales. 7) El gas es considerado puro, es decir todas las moléculas son idénticas.El gas se encuentra en equilibrio térmico con las paredes del envase.
, simplificada es 
