Boyle, Robert (1627 - 1691)
Científico británico, uno de los primeros defensores de los métodos científicos y uno de los fundadores de la química moderna.
Estudió en Ginebra. Se estableció en Inglaterra y se dedicó a la investigación científica. Boyle es considerado uno de los fundadores de los métodos científicos modernos porque creyó en la necesidad de la observación objetiva y de los experimentos verificables en los laboratorios, al realizar los estudios científicos.
Boyle fue el primer químico que aisló un gas. Perfeccionó la bomba de aire y sus estudios le condujeron a formular, independientemente de su colega francés Edme Mariotte, la ley de física conocida hoy como "ley de Boyle - Mariotte". En el campo de la química, Boyle observó que el aire se consume en el proceso de combustión y que los metales ganan peso cuando se oxidan. Reconoció la diferencia entre un compuesto y una mezcla, y formuló su teoría atómica de la materia basándose en sus experimentos de laboratorio.Boyle fue uno de los miembros fundadores de la Sociedad Real de Londres.
Ley de Boyle-Mariotte
En 1643, el científico italiano Evangelista Torricelli (1608-1674), al trabajar con un dispositivo de su invención, posteriormente llamado barómetro, demostró que una columna de gas podía ejercer presión y que ésta podía medirse. Este trabajo atrajo la atención del químico inglés Robert Boyle (1627-1691) y lo motivó a realizar estudios precisos sobre los cambios de volumen de muestras gaseosas causados por variaciones de presión. En 1662 reportó los resultados de sus experimentos llegando a la conclusión de que “el volumen de una cantidad fija de un gas a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión del gas”. Este enunciado se conoce actualmente como la ley de Boyle.
Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.
Esta ley es una simplificación de la ley de los gases ideales o perfectos particularizada para procesos isotermos de una cierta masa de gas constante.
Junto con la ley de Charles, la ley de Gay-Lussac, la ley de Avogadro y la ley de Graham, la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de un gas ideal. Las tres primeras leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases.
Expresión matemática de la Ley de Boyle
En 1660 Robert Boyle encontró una relación inversa entre la presión y el volumen de un gas cuando su temperatura se mantiene constante
La expresión matemática de la ley de Boyle indica que el producto de la presión de un gas por su volumen es constante:
PV= K
Donde k es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.
Esta expresión implica que siempre que se tenga una cantidad fija de un gas a temperatura constante, el producto de la presión por el volumen siempre será igual a una constante k.
Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:
P1V1 = P2V2
Donde:
P1 = Presión inicial
P2 = Presión final
V1 = Volumen inicial
V2 = Volumen final
P1 = Presión inicial
P2 = Presión final
V1 = Volumen inicial
V2 = Volumen final
Esta expresión implica que siempre que se tenga una cantidad fija de un gas a temperatura constante, el producto de la presión por el volumen siempre será igual a una constante k.
Como muestra la figura 1, Cuando se somete un gas a una presión de 4 atmósferas el volumen del gas disminuye. Por lo tanto, A mayor presión, menor volumen.
Figura 1. Gas sometido a presión de 4 atmosferas.
En la figura 2, se observa que cuando se disminuye la presión a 1 atmósfera, el volumen aumenta, debido a que los gases son compresibles. Por lo tanto A menor presión Mayor volumen.
Figura 2. Gas sometido a presión de 1 atmósfera.
EJERCICIOS
Se desea comprimir 10 litros de oxígeno, a temperatura ambiente y una presión de 30 kPa, hasta un volumen de 500 mL. ¿Qué presión en atmósferas hay que aplicar?
P1 = 30 kPa (1 atm / 101.3kPa) = 0.3 atm
500 mL= 0.5L.
P1 V1 = P2 V2
P1 = 0.3 atm
V1 = 10 L
V2 = 0.50 L
500 mL= 0.5L.
P1 V1 = P2 V2
P1 = 0.3 atm
V1 = 10 L
V2 = 0.50 L
Despejamos P2 y sustituimos.
P2 = P1 (V1 / V2)
P2 = 0.3 atm (10L / 0.50L)
P2 = 6 atm
P2 = P1 (V1 / V2)
P2 = 0.3 atm (10L / 0.50L)
P2 = 6 atm
Una masa de helio contenida en un globo de 0.4 m3 soporta una presión de 49x10-5 N/m2 en su estado inicial. ¿Cuál será su volumen al duplicar la presión?
P1 V1 = P2 V2
P1 = 49x10-5 N/m2
V1 = 0.4 m3
P2 = 2P1 = 98x10 -5 N/m2
V2 = ?
P1 = 49x10-5 N/m2
V1 = 0.4 m3
P2 = 2P1 = 98x10 -5 N/m2
V2 = ?
Despejamos V2 y sustituimos.
V2 = V1 (p1 / p2)
V2 = 0.4 m3 (49x10-5 N/m2 / 98x10 -5 N/m2)
V2 = V1 (p1 / p2)
V2 = 0.4 m3 (49x10-5 N/m2 / 98x10 -5 N/m2)
V2 = 0.2 m3
