Calculadora de la ecuación de estado del gas ideal (PV=nRT)
Con la ecuación de estado del gas ideal PV=nRT, introduce 3 de los valores de presión, volumen, cantidad de sustancia (moles) y temperatura para calcular el que falta.
Qué es la ecuación de estado de los gases ideales (PV=nRT)
La ecuación de estado de los gases ideales enlaza cuatro magnitudes de estado de un gas —presión (P), volumen (V), cantidad de sustancia (n) y temperatura absoluta (T)— en una sola ecuación, PV=nRT. Es una aproximación válida bajo las hipótesis del gas ideal: el volumen propio de las moléculas es despreciable y entre ellas no actúa ninguna fuerza. En las cercanías de la temperatura y la presión ordinarias reproduce bien el comportamiento de los gases reales, y por eso funciona como la relación más básica en los cálculos de química y física.
Introduzca tres de las cuatro magnitudes de estado y esta herramienta obtiene la cuarta automáticamente mediante la constante de los gases R (R = 0,082057 L·atm/(mol·K)). La temperatura debe introducirse necesariamente como temperatura absoluta en kelvin; emplear un valor en grados Celsius tal cual arroja un resultado erróneo. Todo el cálculo se realiza dentro de su navegador y los números introducidos nunca se envían a un servidor.
Cómo usar la calculadora de la ley de los gases
- Elija la magnitud a calcular En la magnitud a calcular, señale la que busca entre presión, volumen, cantidad de sustancia y temperatura absoluta. El campo de entrada correspondiente se oculta automáticamente.
- Introduzca las otras tres magnitudes En los tres campos visibles anote la presión (atm), el volumen (L), la cantidad de sustancia (mol) y la temperatura absoluta (K) conocidas.
- Convierta los grados Celsius a kelvin si hace falta Si solo dispone de un valor en grados Celsius, súmele 273,15 para convertirlo en temperatura absoluta antes de introducirlo: 25 °C pasa a 298,15 K.
- Consulte el resultado En cuanto las tres magnitudes están puestas, la cuarta aparece en el campo del resultado. Cambie una entrada y el resultado se recalcula al instante.
Consejos para aprovecharla mejor
- Introduce siempre la temperatura en temperatura absoluta (Kelvin, K). Si introduces directamente valores en Celsius, el resultado será incorrecto.
- La constante de los gases utilizada aquí es R=0.082057 L·atm/(mol·K). La presión se unifica en atm y el volumen en L.
- Esta ecuación es una aproximación que asume un "gas ideal". A alta presión y baja temperatura, el comportamiento de los gases reales puede desviarse de ella.
- Al cambiar el "valor a calcular", ese campo se oculta y se calcula automáticamente a partir de los otros tres valores introducidos.
Cuándo resulta útil la ecuación de estado de los gases ideales
Comprobar ejercicios y exámenes de química
Para los problemas de gases de bachillerato o de primer curso universitario, verifica la presión, el volumen, la cantidad de sustancia o la temperatura obtenidos a mano. Alinee las unidades en atm, L, K y mol y la comparación es directa.
Estimar las condiciones antes de un experimento
Sirve para estimar con antelación el volumen de recipiente necesario para producir una cantidad de gas dada, o el límite superior de presión dentro de un recinto cerrado.
Preparar el cálculo de presiones parciales de una mezcla
Empléela cuando, antes de abordar un sistema de varios gases mezclados, quiera confirmar primero las magnitudes de estado de un solo componente. Para la presión parcial de cada componente utilice la herramienta de presión parcial.
Estimar una cantidad de gas cuando cuenta la presión de vapor
Para un gas en equilibrio con un líquido, obtenga aquí un orden de magnitud como gas ideal; para examinar de cerca el efecto de la presión de vapor saturado, la del agua en particular, el uso conjunto de la herramienta de presión de vapor profundiza la comprensión.
Presión de los neumáticos y cantidad restante en una bombona
Ofrece una referencia para estimar de forma aproximada cómo se desplaza la presión de los neumáticos o la del interior de una bombona de alta presión al variar la temperatura del aire, a volumen y cantidad de sustancia constantes.
El vocabulario de la ecuación de estado de los gases ideales
- Gas ideal
- Un gas teórico del que se supone despreciable el volumen propio de las moléculas y entre las cuales no actúa ninguna fuerza de atracción ni de repulsión. Bajo esa hipótesis PV=nRT se cumple con rigor. Los gases reales se apartan tanto más cuanto mayor es la presión y menor la temperatura.
- Cantidad de sustancia (número de moles)
- Una magnitud que expresa el número de átomos o moléculas, con unidad el mol. Un mol designa un conjunto del número de Avogadro de partículas, unas 6,02×10²³. Dividir la masa de un gas por su masa molar da la cantidad de sustancia.
- Constante de los gases R
- La constante de proporcionalidad que figura en PV=nRT, cuyo valor numérico depende del sistema de unidades. Esta herramienta emplea R = 0,082057 L·atm/(mol·K), acorde con presión en atm, volumen en L y temperatura en K. En unidades SI R = 8,314 J/(mol·K).
- Condiciones normales (STP)
- Las condiciones de referencia para comparar las propiedades de los gases; según la definición actual de la IUPAC, 0 °C (273,15 K) y 100 kPa. Definiciones más antiguas emplean a veces 1 atm = 101,325 kPa. En esas condiciones un mol de gas ideal ocupa unos 22,4 L.
- Ley de Boyle
- La ley según la cual, a temperatura constante, el producto de la presión y el volumen de un gas (P×V) se mantiene constante. Robert Boyle la descubrió en 1662; después se reunió con la ley de Charles y la de Avogadro para dar PV=nRT.
- Ley de Charles
- La ley según la cual, a presión constante, el volumen de un gas dividido por su temperatura absoluta (V/T) se mantiene constante. Descubierta por Jacques Charles, expresa cómo el volumen de un gas se contrae al bajar la temperatura.
- Ley de Avogadro
- La ley según la cual, a igual temperatura, presión y volumen, el número de moléculas es el mismo sea cual sea la clase de gas. Por su mediación, la idea de obtener la cantidad de sustancia a partir del volumen de un gas quedó incorporada a PV=nRT.
Preguntas frecuentes
A propósito — Cómo se unificaron las leyes de los gases
La ecuación de estado del gas ideal PV=nRT en realidad combina en una sola varias leyes descubiertas por separado entre los siglos XVII y XIX. La ley de Boyle (P×V constante a temperatura constante), la ley de Charles (V/T constante a presión constante) y la ley de Avogadro (volúmenes iguales de gas a la misma temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas, sin importar el tipo de gas) fueron reglas empíricas descubiertas de forma independiente que se unificaron en una sola ecuación a mediados del siglo XIX.
Se atribuye esta unificación al ingeniero francés Émile Clapeyron. En 1834 combinó la ley de Boyle y la ley de Charles para publicar una ecuación de la forma PV=RT (por mol), que más tarde se perfeccionó incorporando la ley de Avogadro hasta llegar a la forma actual PV=nRT.
La suposición del "gas ideal" no es más que una aproximación que ignora las interacciones entre las moléculas del gas y el tamaño de las propias moléculas, pero en condiciones cercanas a la temperatura y presión estándar reproduce sorprendentemente bien el comportamiento de los gases reales. Esta combinación de sencillez y utilidad práctica es la razón por la que, casi 200 años después, sigue siendo de lo primero que se enseña en la educación de química y física.