Robert Boyle, un químico irlandés que vivió entre 1627 y 1691, fue la primera persona en relacionar el volumen de un gas en un espacio confinado con el volumen que ocupa. Descubrió que si aumenta la presión (P) en una cantidad fija de gas a una temperatura constante, el volumen (V) disminuye de tal forma que el producto de presión y volumen permanece constante. Si baja la presión, el volumen aumenta. En términos matemáticos: PV = C, donde C es una constante. Esta relación, conocida como Ley de Boyle, es una de las piedras angulares de la química. ¿Por qué pasó esto? La respuesta habitual a esa pregunta implica conceptualizar un gas como una colección de partículas microscópicas que se mueven libremente.

TL; DR (Demasiado largo; No lo leyó)

La presión de un gas varía inversamente al volumen porque las partículas de gas tienen una cantidad constante de energía cinética a una temperatura fija.

Un gas ideal

La Ley de Boyle es uno de los precursores de la ley de los gases ideales, que establece que PV = nRT, donde n es la masa del gas, T es la temperatura y R es la constante del gas. La ley de los gases ideales, como la Ley de Boyle, es técnicamente válida solo para un gas ideal, aunque ambas relaciones proporcionan buenas aproximaciones a situaciones reales. Un gas ideal tiene dos características que nunca ocurren en la vida real. El primero es que las partículas de gas son 100 por ciento elásticas, y cuando se golpean entre sí o contra las paredes del contenedor, no pierden energía. La segunda característica es que las partículas de gas ideales no ocupan espacio. Son puntos esencialmente matemáticos sin extensión. Los átomos y moléculas reales son infinitesimalmente pequeños, pero ocupan espacio.

¿Qué crea presión?

Puedes entender cómo un gas ejerce presión sobre las paredes de un contenedor solo si no lo haces. t hacer la suposición de que no tienen extensión en el espacio. Una partícula de gas real no solo tiene masa, tiene energía de movimiento o energía cinética. Cuando junta un gran número de partículas en un contenedor, la energía que transmiten a las paredes del contenedor crea presión sobre las paredes, y esta es la presión a la que se refiere la Ley de Boyle. Suponiendo que las partículas son por lo demás ideales, continuarán ejerciendo la misma cantidad de presión sobre las paredes siempre y cuando la temperatura y el número total de partículas permanezcan constantes, y usted no modifique el contenedor. En otras palabras, si T, n y V son constantes, entonces la ley de los gases ideales (PV = nRT) nos dice que P es constante.

Altere el volumen y usted modifique la presión

Supongamos ahora permite que el volumen del contenedor aumente Las partículas tienen un camino más lejos en su viaje a las paredes del contenedor, y antes de alcanzarlas es probable que sufran más colisiones con otras partículas. El resultado global es que menos partículas golpean las paredes del contenedor, y las que lo hacen tienen menos energía cinética. Aunque sería imposible rastrear partículas individuales en un contenedor, ya que su número es del orden de 10 ^{23, podemos observar el efecto general. Ese efecto, según lo registrado por Boyle y miles de investigadores después de él, es que la presión en las paredes disminuye.}

En la situación inversa, las partículas se amontonan cuando se reduce el volumen. Mientras la temperatura se mantenga constante, tienen la misma energía cinética, y la mayoría de ellos golpean las paredes con mayor frecuencia, por lo que la presión aumenta.