Les lleis dels gasos són un conjunt de lleis fisicoquímiques que descriuen el comportament dels gasos quan estan en un sistema tancat.
Aquestes lleis es van desenvolupar a finals del segle XVIII i relacionen matemàticament la pressió, la temperatura i el volum per a un gas determinat.
L'equació d'estat d‟un gas ideal es deriva de la teoria cinètica dels gasos que explica el comportament de les partícules d‟un gas (àtoms i molècules). Les partícules en moviment (energia cinètica) xoquen entre si i amb les parets del contenidor influint en la pressió, la temperatura i el volum.
Les lleis dels gasos més importants són:
Llei dels gasos ideals
La llei dels gasos ideals és una de les lleis dels gasos i representa l'equació d'estat d'un gas ideal. És una bona aproximació del comportament d'alguns gasos en condicions, encara que té algunes limitacions.
La llei dels gasos ideals es pot expressar amb la següent equació:
P·V=n·R·T
On,
-
P és la pressió.
-
V és el volum.
-
n és la quantitat de la substància o nombre de mols.
-
R és una constant que depèn del gas.
-
T és la temperatura.
Llei de Boyle-Mariotte
La llei de Boyle-Mariotte estableix que a temperatura constant, el volum d'un gas és inversament proporcional a l'augment de pressió.
Aquesta llei descriu la relació pressió-volum d'un gas en un procés isotèrmic, és a dir, sense variar-ne la temperatura. Des del punt de vista de la física moderna, la llei és una conseqüència de l'equació de Clapeyron-Mendeleev.
Robert Boyle va establir experimentalment aquesta llei el 1662. Al seu torn, Edm Mariotte la va tornar a descobrir pel seu compte el 1676.
Llei de Gay-Lussac
La llei de Gay-Lussac estableix que a volum constant, la pressió d'una determinada massa de gas és directament proporcional a la temperatura absoluta. És a dir, en augmentar la temperatura, la pressió augmenta si el volum es manté constant.
P/T = constant
La llei de Gay-Lussac també es coneix com la llei de la transformació isocòrica perquè es realitza a volum constant. Va ser descoberta pel físic francès Jacques Charles el 1787 però va ser enunciada per primera vegada per Louis Joseph Gay-Lussac el 1802.
Jacques Charles va demostrar que quan un gas se sotmet a una transformació isocòrica, la relació entre la seva pressió i temperatura es manté constant
L'explicació molecular de la llei és que en elevar la temperatura d'una quantitat de gas, la velocitat mitjana de les molècules augmenta. Les molècules xoquen més sovint contra les parets del recipient i tenen un impacte més fort, augmentant així la pressió exercida per les molècules del gas sobre elles.
En aquest lloc utilitzarem el nom de llei de Gay-Lussac per referir-nos a la relació entre pressió i temperatura a volum constant i el de llei de Charles per a la relació entre volum i temperatura a pressió constant.
Llei de Charles
La llei de Charles estableix que si la pressió i la quantitat d'un gas és inalterable, la relació entre el volum i la temperatura es manté constant i són directament proporcionals entre si.
V/T = constant
De vegades també s'utilitza el nom de Gay-Lussac per referir-se a la llei de Charles que relaciona la temperatura i la pressió d'un gas a pressió constant. En realitat, Louis Joseph Gay-Lussac va anunciar la llei de Charles el 1802, mentre que Jacques Charles l'havia descobert 15 anys abans, el 1787.
El 1702, Guillaume Amontons ja havia anticipat aquesta relació als gasos.
Llei d'Avogadro
La llei d'Avogadro estableix que els gasos amb el mateix volum, temperatura i pressió contenen el mateix nombre de partícules (o molècules). Aleshores, el nombre de molècules en un volum específic de gas és independent de la grandària o la massa de les molècules de gas.
El nombre de molècules en un mol de substància és el nombre d'Avogadro: aproximadament 6.022·10 23 partícules/mol.
En conseqüència, les densitats dels diferents gasos són, en les mateixes condicions de temperatura i pressió, proporcionals a les masses moleculars .
Aquesta llei porta el nom d'Amedeo Avogadro, que la va plantejar el 1811.
Llei de Henry
La llei de Henry, formulada per William Henry al segle XIX, és un principi fonamental que estableix una relació entre la concentració d'un gas en una solució i la seva pressió parcial a la fase gasosa sobre la solució.
Tot i que té limitacions en condicions extremes, aquesta llei és àmpliament utilitzada en la química, la biologia, l'enginyeria química i la geologia per comprendre i manipular la solubilitat dels gasos en líquids.
Llei de Graham
La llei de Graham, proposada pel químic britànic Thomas Graham, estableix que la velocitat de difusió (o efusió) de les molècules de gas és inversament proporcional a l'arrel quadrada de la densitat.
En altres paraules, els gasos més lleugers es difonen o s'escapen més ràpidament que els gasos més pesats a través d'un medi porós oa través de petites obertures
Per exemple, si es comparen les velocitats de difusió de l'heli (un gas lleuger) i el xenó (un gas més pesat) a través d'un globus de goma, l'heli es difondrà molt més degut a la seva menor densitat.
Llei de Dalton (llei de pressions parcials)
La llei de Dalton, proposada pel químic britànic John Dalton, estableix que la pressió total exercida per una barreja de gasos és igual a la suma de les pressions parcials de cada gas a la barreja. En altres paraules, cada gas en una barreja exerceix pressió com si ocupés tot l'espai tot sol, sense interactuar amb altres gasos presents.
Per exemple, si teniu una barreja de gas composta per oxigen i nitrogen, la pressió total que exerceix la barreja és la suma de les pressions parcials de l'oxigen i del nitrogen. Aquesta llei és fonamental en la química de gasos i es fa servir en la determinació de la composició de barreges gasoses.