Constante de gas
Un gas ideal se define como aquel en el que todas las colisiones entre átomos o moléculas son perfectamente elásticas y en el que no existen fuerzas de atracción intermoleculares. Se puede visualizar como un conjunto de esferas perfectamente duras que chocan pero que, por lo demás, no interactúan entre sí. En un gas así, toda la energía interna está en forma de energía cinética y cualquier cambio en la energía interna va acompañado de un cambio en la temperatura. Un gas ideal puede caracterizarse mediante tres variables de estado: presión absoluta (P), volumen (V) y temperatura absoluta (T). La relación
Un mol (abreviado mol) de una sustancia pura es una masa del material en gramos que es numéricamente igual a la masa molecular en unidades de masa atómica (amu). Un mol de cualquier material contendrá el número de moléculas de Avogadro. Por ejemplo, el carbono tiene una masa atómica de exactamente 12,0 unidades de masa atómica, por lo que un mol de carbono tiene 12 gramos. Para un isótopo de un elemento puro, el número de masa A es aproximadamente igual a la masa en amu. Las masas exactas de los elementos puros con sus concentraciones isotópicas normales pueden obtenerse de la tabla periódica. Un mol de un gas ideal ocupará un volumen de 22,4 litros a STP (temperatura y presión estándar, 0°C y una presión de atmósfera). Número de Avogadro Temperatura y presión estándar
Unidades de la ley de los gases ideales
Si recibiste clases formales de química física en la escuela, es probable que entre las primeras cosas que aprendiste estuvieran las leyes de los gases del siglo XVII y XVIII de Mariotte y Gay-Lussac (Boyle y Charles en el mundo anglosajón) y la ecuación que las expresa: PV = kT.
Es posible que los aspectos históricos de lo que hoy se conoce como la ecuación de los gases ideales (perfectos) no se hayan tratado en su formación científica, en cuyo caso le sorprenderá saber que se tardó 174 años en pasar de la ley de presión-volumen PV = k a la ley de los gases combinados PV = kT.
Esta larga escala de tiempo indica que la unión de observaciones estrechamente asociadas no se consideraba una obligación en esta era particular de la investigación científica. El físico e ingeniero de minas francés Émile Clapeyron acabó creando la ecuación de los gases combinados, no por sí misma, sino porque necesitaba una expresión analítica del trabajo presión-volumen realizado en el ciclo de operaciones de la máquina de calor reversible que hoy conocemos como ciclo de Carnot.
Ley de los gases ideales
Isotermas de un gas ideal para diferentes temperaturas. Las líneas curvas son hipérbolas rectangulares de la forma y = a/x. Representan la relación entre la presión (en el eje vertical) y el volumen (en el eje horizontal) para un gas ideal a diferentes temperaturas: las líneas que están más alejadas del origen (es decir, las líneas que están más cerca de la esquina superior derecha del diagrama) corresponden a temperaturas más altas.
Se muestran las colisiones moleculares dentro de un recipiente cerrado (un tanque de propano) (derecha). Las flechas representan los movimientos aleatorios y las colisiones de estas moléculas. La presión y la temperatura del gas son directamente proporcionales: Al aumentar la temperatura, la presión del gas propano aumenta en el mismo factor. Una simple consecuencia de esta proporcionalidad es que, en un día caluroso de verano, la presión del tanque de propano será elevada y, por lo tanto, los tanques de propano deben estar preparados para soportar tales aumentos de presión.
El estado de una cantidad de gas viene determinado por su presión, volumen y temperatura. La forma moderna de la ecuación los relaciona de forma sencilla en dos formas principales. La temperatura utilizada en la ecuación de estado es una temperatura absoluta: la unidad apropiada del SI es el kelvin[4].
Calculadora de la ley de los gases ideales
Esta página examina las suposiciones que se hacen en la Teoría Cinética sobre los gases ideales, y echa un vistazo introductorio a la Ley de los Gases Ideales: pV = nRT. Se trata de una introducción adecuada para estudiantes de química de nivel A del Reino Unido (para jóvenes de 16 a 18 años), por lo que no se intenta deducir la ley de los gases ideales mediante cálculos de tipo físico.
No existe un gas ideal, por supuesto, pero muchos gases se comportan aproximadamente como si fueran ideales a temperaturas y presiones de trabajo ordinarias. Los gases reales se tratan con más detalle en otra página.
En general, es una ecuación fácil de recordar y utilizar. Los problemas residen casi exclusivamente en las unidades. A continuación asumo que trabajas en unidades estrictas del SI (como harás si haces un examen en el Reino Unido, por ejemplo).
Si te equivocas, acabarás con una respuesta tonta, con un factor de mil o un millón. Por lo tanto, normalmente es bastante obvio si has hecho algo mal, y puedes volver a comprobarlo.