¿QUIÉN ES BOYLE?

Robert Boyle fue uno de los químicos más destacados de Europa durante el siglo XVII. Si bien su obra también abarcó otros campos como ser la filosofía y la teología, áreas en las cuales también influyó, sería en la química en la cual mayormente aportaría grandes novedades que lo erigirían en una eminencia de la materia. Su investigación respecto de las propiedades que presentan los gases es lo más destacado de su obra.

Su nacimiento se produjo el 25 de enero del año 1627 en Waterford, en Irlanda , en el seno de una familia aristocrática y económicamente acomodada, situación que le permitió acceder a una formación de elite.

Durante doce años trabajó en la Universidad de Oxford, entre 1656 y 1668 y sería en este lapso que realizaría una serie de experimentaciones claves para determinar las características físicas del aire y el rol clave de éste en procesos como el de la combustión, la respiración y la difusión del sonido.

También durante esta época formula la ley Boyle que sostiene que el volumen que ocupa un gas a una temperatura constante será inversamente proporcional a la presión que presente.

Sus investigaciones y resultados fueron sintetizados en la obra Nuevos experimentos físico-mecánicos acerca de la elasticidad del aire y sus efectos, sin dudas, una de las más relevantes de su autoría.

Otra de las novedades que en materia de química trae Boyle es la de la existencia de partículas fundamentales, las cuales una vez combinadas en diferentes proporciones darán lugar a materias.

Asimismo estudió la calcinación acaecida en algunos metales; distinguió entre sustancias ácidas y sustancias alcalinas, hecho que sentaría las bases de los elementos químicos.

Como bien señalamos líneas arriba, Boyle, fue un notable devoto del protestantismo y entonces por esa enorme pasión por la religión se comprometió activamente en ella y hasta invirtió cuantiosas sumas de dinero para traducir y publicar el Libro del Nuevo Testamento y concretar otras acciones evangelizadoras.

También tuvo un rol fundador en la aparición de la Royal Society de Londres, siendo uno de sus fundadores.

Su fallecimiento se produce en la ciudad de Londres, el 30 de diciembre del año 1691.

En el siglo XVII, Robert Boyle estudio sistemática y cuantitativamente el comportamiento de los gases. En una serie de experimentos, Boyle analizo la relación que hay entre presión y volumen de una muestra de un gas, por medio de un aparato como el que se muestra en la figura.

La presión ejercida sobre el gas por el mercurio que se agrega al tubo como se muestra en la figura a) , es igual a la presión atmosférica.

En tanto en la figura b), debido a la adición mayor de mercurio, conduce a una disminución de volumen del gas y a un desnivel en la columna del mercurio.

Boyle noto que cuando la temperatura se mantiene constante, el volumen de una Cantidad dada de un gas se reduce cuando la presión total que se aplica aumenta.

Esta relación entre presión y volumen es clara en las figuras b), c) y d).

por el contrario si la presión decrece, el volumen del gas aumenta. En la tabla se indican los resultados de presión y volumen:

P(mmHg)	3.0	2.5	2.0	1.5	1.0	0.5
V(L)	10	12	15	20	30	60
P.V	30	30	30	30	30	30

Los datos de P y V registrados en la tabla son congruentes con esta expresión matemática que señala la relación inversa entre la presión y volumen:

P∝1 /V
donde el símbolo ∝ significa proporcional a. Para cambiar el signo ∝ por el de igualdad se escribe:

P = k1 x 1/V

Donde k1 es una constante llamada constante de proporcionalidad. La ecuación es una expresión de la Ley de Boyle. La cual establece que la presión de una cantidad fija de un gas mantenido a temperatura constante es inversamente proporcional al volumen del gas. Reordenando la ecuación se obtiene:

P.V=k1

Esta forma de la Ley de Boyle establece que el producto de la presión y el volumen de un gas a temperatura y cantidad del gas constante, es una constante.

En la figura  se observa una representación esquemática de la ley de Boyle. La cantidad n es el número de moles del gas y R es una constante. Así la constante de proporcionalidad  k1, de la ecuación es igual a nRT.

Aunque los valores individuales de Presión y Volumen pueden variar mucho para una muestra dada de un gas, siempre que la temperatura permanezca constante y la cantidad del gas no cambia, el producto P.V será igual a la misma constante. Por consiguiente, para una muestra de un gas bajo dos condiciones distintas a temperatura constante, se tiene:

P1 V1 = k1 = P2 V2

P1 V1 = P2 V2

Donde V1 y V2 son los volúmenes a la presiones P1 y P2, respectivamente.

Una aplicación de la Ley de Boyle es predecir, con base a la ecuación, en que forma se afectará al volumen de un gas por un cambio de presión, o como impactará la presión ejercida por un gas mediante el cambio d volumen.

Lo ejemplificaremos con un ejercicio:

Una bolsa está inflada. Tiene un volumen de 900ml a una presión de 1atm ¿Qué presión se necesita para que el globo reduzca su volumen 200ml?

Fórmula: V1P1 = V2P2
Despeje: P2 = V1P1/V2
Análisis de datos: 
Voluemn inicial - 900ml
Presión inicial - 1atm = 760mmHg 
Presión final - 200ml menos que la inicial; es decir, 700ml
Sustitución: P2 = V1P1/V2 = (900ml)(760mmHg)/700ml = 684000mlmmHg/700ml = 977.14mmHg

(Chang Raymond, Quimica, McGraw Hill, Colombia)

En la imagen obtenida (simulador PhET) se puede apreciar claramente la proporcionalidad inversa planteada por Boyle, a medida que va disminuyendo el volumen del gas la presión aumenta en la misma proporción (primera fila), y a medida que aumenta el volumen a consecuencia la presión disminuye (segunda fila). Normalmente el volumen es medido en Litros y la presión en Atmosfera.
De esta forma facilemente se puede deducir la forma matemática de esta relación:

P∝1 /V