Las leyes empíricas se vinculan con las matemáticas, que describen las relaciones entre las variables de estado —presión, volumen, temperatura— en los gases; se denominan empíricas, debido a que son el resultado de observaciones y numerosos experimentos sobre distintos sistemas gaseosos.
En esta unidad, cuya duración es de una hora, revisarás una de éstas, la ley de Gay-Lussac, desde sus elementos generales hasta el proceso que se sigue cuando se aplica a un problema de impacto biológico. Un ejemplo de su aplicación es cuando las llantas se calientan en una carretera pavimentada en un día muy caluroso; la presión de las llantas se acrecienta como consecuencia del aumento de la temperatura.
(s. a.) (s. f.). Mayor presión de las llantas por el aumento de la temperatura [fotografía]. Tomada de https://www.maxpixel.net/static/photo/1x/Automobiles-Gto-Vintage-Classic-Cars-Hot-Rod-74583.jpg
J. L. Gay-Lussac fue un químico francés que estudió las relaciones volumétricas de los gases; encontró que se necesitan tres variables: la presión (P), el volumen (V) y la temperatura (T), para describir determinada cantidad de un gas. Similarmente a las relaciones anteriores, existe una tercera relación, en donde intervienen presión y temperatura, a volumen constante; se puede afirmar que esta relación es una modificación de la ley de Charles; comúnmente, se le llama ley de Gay-Lussac.
Gráfica de la Ley de Gay-Lussac
En esta figura, se observa el cambio del volumen de cantidad específica de un gas, a presión constante, en función de la temperatura, de acuerdo con la ley de Gay-Lussac. En una gráfica isovolumétrica, se muestra que, en condiciones de volumen constante, a mayor temperatura, más presión; todas las pendientes son iguales a V0/273 (Barrow, 2002).
Esta ley establece la siguiente relación:
La presión de una masa definida de gas, a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura Kelvin.
Esto se muestra, de manera matemática, en la siguiente ecuación:
Pi = Presión del gas
K = Una constante de proporcionalidad
Ti = Temperatura
Para representar el cambio a partir de unas condiciones iniciales de presión y temperatura (Pi y Ti) a unas finales (Pf y Tf), se usa la siguiente fórmula matemática, la cual es una representación diferente de la ley de Gay-Lussac (Hein y Arena, 1997):
Pi = Presión inicial
Ti = Temperatura inicial
Pf = Presión final
Tf = Temperatura final
Una aplicación en la vida cotidiana de la ley de Gay-Lussac es la verificación de la presión de las llantas de un coche; en bajas temperaturas, ésta disminuye; por ello, es necesario llenar las llantas de aire para incrementar la presión, para que se pueda usar el coche de manera segura.
Efecto de la ley de Gay-Lussac en la presión de las llantas
A partir de los elementos generales de la ley y el ejemplo, revisa un ejercicio de cómo se aplica.
Una llanta de automóvil está llena a una presión manométrica de 200 kPa a 10 °C. Después de un recorrido de 100 km, la temperatura dentro de la llanta aumenta a 40 °C. ¿Cuál es ahora su presión?
Como revisaste, la ley de Gay-Lussac permite relacionar las temperaturas y presiones iniciales y finales de un gas. Ahora que conoces los aspectos básicos de la ley, realiza la siguiente actividad.
Selecciona los datos, elementos o fórmulas que correspondan, de acuerdo con el ejercicio.
Ya que revisaste las características y elementos de la ley de Gay-Lussac, pon a prueba lo que aprendiste. Realiza la siguiente autoevaluación.
Fuentes de información
Bahl, A., Bahl, B. S. y Tuli, G. D. (2010). Essentials of Physical Chemistry. Nueva Delhi: S. Chand Publishing.
Barrow, M. G. (2002). Química física. Barcelona: Reverté.
Hein, M. y Arena, S. (1997). Fundamentos de química. Ciudad de México: Cengage Learning.
Mascetta, J. A. y Kernion, M. (2018). Barron’s SAT subject test: Chemistry (14.a. ed.). Florida, EUA: Barron's Educational Series.
Cómo citar
Valencia, I. (2019). Ley de Gay-Lussac. Unidades de Apoyo para el Aprendizaje. CUAED/FES Iztacala-UNAM. Consultado el (fecha) de (vínculo)