Ley de Gay-Lussac: concepto y fórmula

La ley de Gay-Lussac se refiere a la relación entre la temperatura y la presión del volumen de un gas, en especial cuándo dicho volumen se mantiene constante. Esta ley fue formulada por el químico francés Joseph-Louis Gay-Lussac y es una de las leyes principales de los gases ideales.

En Química, la Ley de Gay-Lussac, suele estar relacionada también con la Ley de Boyle-Mariotte y la Ley de Charles. Cada una de estas leyes se refiere a las variables de presión, temperatura absoluta y volumen en los gases.

Gay-Lussac fue el primero en formular la Ley de Charles, basada en el trabajo de Jacques Charles, y la Ley que más adelante llevaría su nombre, a principios del siglo XIX.

Ecuación de la Ley de Gay-Lussac

Durante sus experimentos, Gay-Lussac descubrió algunos datos interesantes. Uno de ellos fue que la temperatura y la presión de un gas aumentaban de forma proporcional si se mantenía constante su volumen. Así surgió la Ley de Gay-Lussac, que establece que, a volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura. Este concepto se expresa a través de la siguiente ecuación:

P ₁ / T ₁ = P ₂ / T ₂

donde:

• P ₁ es la presión inicial;
• T ₁ es la temperatura absoluta inicial;
• P ₂ es la presión final;
• T ₂ es la temperatura absoluta final.

Además, las unidades de la temperatura absoluta se expresan en grados Kelvin (K) y las unidades de presión se expresan en pascales (Pa).

Ejemplos de la Ley de Gay-Lussac

La Ley de Gay-Lussac explica el funcionamiento de diferentes artefactos del hogar, como la olla a presión. En este caso, a mayor temperatura se produce mayor presión. Otro objeto cotidiano donde se aplica la Ley de Gay-Lussac es la llanta de un coche. Por ejemplo, si la temperatura disminuye, también disminuye la presión de la llanta del coche. En ese caso, se debe añadir aire para aumentar la presión.

Problema para aplicar la Ley de Gay-Lussac

Un problema concreto que puede resolverse aplicando la Ley de Gay-Lussac sería encontrar la temperatura necesaria, en grados Celsius, para cambiar la presión de 10 litros de un gas que tiene una presión de 97.0 kPa a 25°C a la presión estándar, que es 101.325 kPa (kilopascales).

Para resolver este problema correctamente, primero debes convertir 25°C a Kevin. Esto es muy importante, ya que la escala Kelvin mide la temperatura absoluta. En ambas escalas, 100 grados separan los puntos de congelación y evaporación del agua, y 0°C se corresponden con 273,15 K. Por lo tanto, 25°C equivale a 298,15 K. 

Teniendo en cuenta que la presión de un gas con volumen constante es directamente proporcional a su temperatura, debemos reemplazar la ecuación de la Ley de Gay-Lussac con estos valores:

97,0 kPa / 298,15 K = 101,325 kPa / X

Para saber cuál es el valor de X, debemos realizar las siguientes operaciones:

X = (101,325 kPa)x(298,15 K)/(97,0 kPa). Con lo cual obtenemos que: X = 311,44 K

Luego sólo queda restarle 273,15 para obtener la respuesta en grados Celsius: X = 38,29° C

Recapitulando, es importante tener en cuenta que:

• El volumen y la cantidad del gas deben ser constantes.
• Si la temperatura del gas aumenta, la presión aumenta.
• Si la temperatura disminuye, la presión también disminuye.
• La temperatura en Celsius de debe convertir a Kelvin para poder realizar la ecuación de forma correcta.

Bibliografía

• Borneo, R. Gases. Problemas resueltos. Serie: Problemas resueltos en Química. Parte 1. Gases ideales, leyes de los gases. (2020). España. Rafael Borneo.
• Planas, O. (2021, 8 de diciembre). Ley de Gay-Lussac: fórmula, enunciado y descubridor. Energía-nuclear.net. Disponible aquí.
• Quimitube. (2021, 19 de mayo). Leyes de los gases (III): Ley de Gay-Lussac. Disponible aquí.