Robert Boyle, un químico irlandés que vivió desde 1627 hasta 1691, fue la primera persona en relacionar el volumen de un gas en un espacio confinado con el volumen que ocupa. descubrió que si aumenta la presión (p) en una cantidad fija de gas a una temperatura constante, el volumen (v) disminuye de tal manera que el producto de la presión y el volumen permanecen constantes. Si bajas la presión, aumenta el volumen. en términos matemáticos: pv = c, donde c es una constante. Esta relación, conocida como la ley de Boyle, es una de las piedras angulares de la química. ¿Por qué pasó esto? la respuesta habitual a esa pregunta implica conceptualizar un gas como una colección de partículas microscópicas que se mueven libremente.
un gas ideal
La ley de Boyle es uno de los precursores de la ley del gas ideal, que establece que pv = nrt, donde n es la masa del gas, t es la temperatura y r es la constante del gas. La ley del gas ideal, al igual que la ley de Boyle, es técnicamente solo cierta para un gas ideal, aunque ambas relaciones proporcionan buenas aproximaciones a situaciones reales. Un gas ideal tiene dos características que nunca ocurren en la vida real. La primera es que las partículas de gas son 100% elásticas, y cuando se golpean entre sí o contra las paredes del contenedor, no pierden energía. La segunda característica es que las partículas de gas ideal no ocupan espacio. Son esencialmente puntos matemáticos sin extensión. Los átomos y las moléculas reales son infinitamente pequeños, pero ocupan espacio.
¿Qué crea presión?
puede comprender cómo un gas ejerce presión sobre las paredes de un contenedor solo si no asume que no tienen extensión en el espacio. Una partícula de gas real no solo tiene masa, tiene energía de movimiento o energía cinética. Cuando pones una gran cantidad de tales partículas juntas en un contenedor, la energía que imparten a las paredes del contenedor crea presión en las paredes, y esta es la presión a la que se refiere la ley de Boyle. suponiendo que las partículas sean ideales, seguirán ejerciendo la misma presión sobre las paredes mientras la temperatura y el número total de partículas permanezcan constantes, y no modifique el contenedor. en otras palabras, si t, n y v son constantes, entonces la ley del gas ideal (pv = nrt) nos dice que p es constante.
Alterar el volumen y alterar la presión.
ahora supongamos que permite que el volumen del contenedor aumente las partículas que tienen que ir más lejos en su viaje hacia las paredes del contenedor, y antes de alcanzarlas es probable que sufran más colisiones con otras partículas. El resultado general es que menos partículas golpean las paredes del contenedor, y aquellas que lo hacen tienen menos energía cinética. aunque sería imposible rastrear partículas individuales en un contenedor, ya que se numeran en el orden de 10 23 , podemos observar el efecto general. ese efecto, según lo registrado por Boyle y miles de investigadores después de él, es que la presión en las paredes disminuye.
en la situación inversa, las partículas se juntan cuando se reduce el volumen. Mientras la temperatura se mantenga constante, tienen la misma energía cinética y la mayoría de ellos golpean las paredes con mayor frecuencia, por lo que la presión aumenta.