Louis Proust, amigo personal de Lavoisier, estableció en el año 1795 durante su estancia como profesor en el Real Colegio de Artillería de Segovia, la ley de las proporciones ponderales, según la cual los elementos químicos se combinan para formar compuestos manteniendo siempre una relación de proporcionalidad constante entre sus masas.
Esta ley es la que está detrás de que en las fórmulas de los compuestos químicos se utilizen números enteros como índices y sentó las bases de la teoría atómica de Dalton.
Así es como fue enunciada: "Cien libras de cobre disueltas en ácido sulfúrico o nítrico que precipitan dando lugar a carbonato de sodio o potasio, invariablemente dan lugar a 180 libras de carbonato verde".
La famosa ecuación general de los gases ideales que unifica las leyes de Boyle-Mariotte y de Gay-Lussac fue establecida precisamente por Gay-Lussac a principios del siglo XIX.
P·V = n·R·T
Un gas se considera ideal cuando sus moléculas se comportan como puntos que no ocupan un espacio ni interactúan entre ellas. Los gases cuyo comportamiento mejor se aproxima al de un gas ideal son los monoatómicos y en general bajo condiciones de baja presión y temperatura.
Gran parte de la actividad científica floreció en el siglo XVII en la Royal Society de Londres. Uno de sus miembros, Robert Boyle, mentor de Robert Hooke, formuló una ley que establecía la relación entre el volumen y la presión de un gas ideal.
La Ley de Boyle enuncia que el volumen y la presión de un gas ideal son inversamente proporcionales. También se puede enunciar indicando que el producto de ambas cantidades es constante: P·V = cte.
En aquella época varios habían sido ya los experimentos que se habían realizado para entender mejor y poder medir lo que es la presión de un gas.
En el vídeo de arriba podemos ver un experimento casero en el que un globo se hincha porque aumente la presión al disminuir el volumen de aire de un recipiente (al ser ocupado parcialmente con agua).
Para el estudio de las primeras máquinas de vapor era importante conocer la Ley de los Gases Ideales, ya que en esencia lo que se comprime y expande realizando un trabajo mecánico en una máquina de vapor es un gas ideal.
La Ley de los Gases Ideales es básicamente la síntesis de otras leyes: la ley de Boyle-Mariotte y las leyes de Gay-Lussac.
La Ley de Boyle fue enunciada a mediados del siglo XVII y establece la proporcionalidad inversa entre presión y volumen en un gas ideal a temperatura constante. Surge del interés de Boyle por experimentar con la presión siguiendo la estela de las grandes demostraciones que realizó Otto von Gericke para realizar el vacío en la conocidas como esferas de Magdeburgo. La ley obtuvo finalmente el nombre de Ley de Boyle-Mariotte por las aportaciones que hizo este último de forma paralela y en investigaciones independientes.
P·V = k1
P1/V1 = P2/V2
La primera Ley de Gay-Lussac no es sino el enunciado oficial de la Ley de Charles en la que se establece la proporcionalidad entre volumen y temperatura a presión constante. En otras palabras, Charles ya había descubierto esta ley en 1797 pero no la publicó. Sino que fue Gay-Lussac quien la publicó por primera vez en 1802, aunque eso sí, haciendo mención de los estudios de Charles. Por esto esta ley se conoce indistintamente como Ley de Charles y de Gay-Lussac. De todas maneras, hay referencias de que el primero en dejar constancia escrita de estudios sobre la proporcionalidad del volumen y la temperatura fue un físico e inventor francés llamado Amontons en el año 1702.
V = k2 · T
V1/T1 = V2/T2
La Ley de Charles y Gay-Lussac es la que se puede ver reproducida en el vídeo de youtube que acompaña esta entrada.
La segunda Ley de Gay-Lussac sí que se considera enteramente introducida por sí mismo y establece la proporcionalidad entre la presión y la temperatura a volumen constante. Vamos, lo que le ocurre a una olla exprés, donde el volumen del recipiente cerrado es constante, y vemos que al calentarla aumenta la presión. Lo que hizo Gay-Lussac fue enunciar que esa relación entre P y T es directamente proporcional.
P = k2 · T
P1/T1 = P2/T2
Aunque realmente la relación lineal entre P y T no pasa por el origen y por su corte con el eje de la presión evidencia la existencia de un cero absoluta de temperaturas que extrapolando resulta ser de -273.15 ºC.
La Ley de Charles establece la proporcionalidad entre la temperatura y el volumen en aquellos procesos que se producen a presión constante. Aunque fue establecida por Charles en 1797 no fue sino publicada hasta el año 1802 por Gay-Lussac, por lo que se conoce indistintamente con Ley de Charles y de Gay-Lussac.
