El gas: presión, volumen y temperatura

Michael y Leon están jugando al ping pong. ¡Vaya! He pisado la pelota. Mira, se ha abollado. Ya no podemos seguir jugando con ella. ¡Está rota! Bueno, en realidad, la pelota no está rota, sino que el plástico está un poco abollado: no hay ningún agujero, es decir, el aire sigue dentro. ¡Eh! ¡Sé cómo solucionarlo! ¡Tenemos que meterla en agua caliente!

Leon tiene razón: calentar una pelota abollada puede servir para arreglarla. Y ¿eso cómo puede ser? Pues se debe a la relación que hay entre la presión, el volumen y la temperatura del gas que hay en el interior de la pelota. Fijémonos primero en el volumen y la temperatura. La pelota de ping pong es una esfera de plástico que contiene una cantidad determinada de aire.

Una vez dentro, el aire ya no entra ni sale de la pelota. Al poner la pelota abollada en agua caliente, el aire en su interior se calienta y se expande. El aire en expansión ocupa más espacio por lo que empuja desde el interior contra las paredes de la pelota y obliga al plástico abollado a moverse hacia fuera. Y volvemos a tener una pelota redonda. La relación entre el volumen y la temperatura de un gas se conoce como la Ley de Charles.

Según esta ley, la relación entre el volumen y la temperatura de una cantidad determinada de gas es constante cuando la presión es constante. Eso significa que si la presión se mantiene siempre igual, el volumen de una cantidad determinada de gas aumenta proporcionalmente al aumento de la temperatura. Por otro lado, si la temperatura baja, causará un descenso proporcional del volumen. Vale. Ya sabemos de qué manera están relacionados la temperatura y el volumen pero, ¿y la temperatura y la presión?

Necesitaremos otro ejemplo. ¿Te has fijado alguna vez que los sprays y aerosoles - los sprays de pintura, por ejemplo - tienen una señal de aviso que dice que hay que mantenerlos alejados de las fuentes de calor? ¿No te has preguntado nunca por qué? Los sprays contienen ingredientes a muy alta presión. Si quedan expuestos a altas temperaturas, la presión del gas en el interior del bote podría aumentar. Pasado algún tiempo, el gas ejerce tanta presión contra las paredes del bote que explota. Esto es un ejemplo de que cuando el volumen es constante, la temperatura en aumento hace que también aumente la presión.

La relación entre la presión y la temperatura de un gas se describe en la Ley de Amonton, también conocida como la Ley de Gay-Lussac. Esta ley establece que la presión de un gas con masa fija y volumen fijo es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas. Dicho de otra forma: la relación entre la presión y la temperatura es constante si el volumen es constante. Volvamos de nuevo a la presión y al volumen y tomemos de nuevo el ejemplo del spray. Dentro del bote hay dos ingredientes principales: un gas y un material de pintura.

El gas está a una presión muy alta por lo que ocupa muy poco espacio. Pero al apretar la boquilla, la presión disminuye drásticamente y el volumen del gas aumenta. De ahí que con un solo bote de pintura se pueda cubrir una gran superficie. Este ejemplo muestra que disminuir el volumen de un gas contenido aumenta su presión, y aumentar el volumen disminuye su presión. Y cuando la presión disminuye, aumenta el volumen.

Esta relación queda establecida en la Ley de Boyle: El volumen de una cantidad determinada de gas a una temperatura constante es inversamente proporcional a la presión a la que se mide. Las relaciones descritas por las leyes de Charles, Gay.Lussac y Boyle son tres de las llamadas leyes de los gases. Las leyes de los gases pueden aplicarse más o menos a todos los gases. ¡La pelota ya está arreglada! ¿Otra partida, Michael? ¡Por supuesto!