Calculadora de la ley de los gases ideales
Use la presión, la temperatura, el volumen y los moles de gas para resolver la ley de los gases ideales y hallar una incógnita. Introduzca los tres valores conocidos en kPa, K, L y mol.
Resolver la ley de los gases ideales
Fórmula de la ley de los gases ideales
Donde:
- \(P\) — presión (kPa)
- \(V\) — volumen (L)
- \(n\) — cantidad de gas (mol)
- \(R\) — constante de los gases ideales, \(8.314\ \mathrm{kPa\cdot L/(mol\cdot K)}\)
- \(T\) — temperatura absoluta (K)
La ecuación relaciona la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad de un gas ideal. Con estas unidades, el valor numérico de \(R\) es 8,314.
Ley de los gases ideales: ejemplo de cálculo
Ejemplo: Con los valores predeterminados, halle el volumen de 1 mol de gas a 273 K y 100 kPa.
\[V=\frac{nRT}{P}=\frac{(1\ \mathrm{mol})(8.314\ \mathrm{kPa\cdot L/(mol\cdot K)})(273\ \mathrm{K})}{100\ \mathrm{kPa}}=22.69722\ \mathrm{L}\]
Resultado: El volumen correcto es aproximadamente 22,697 L. La calculadora muestra actualmente 0,0227 L para estos valores debido a un error de conversión de unidades; no use ese valor mostrado como el volumen en litros.
Cómo usar la calculadora
- En Quiero calcular, seleccione Volumen (V), Temperatura (T), Presión (P) o Moles de gas (n). La magnitud seleccionada es la incógnita.
- Introduzca los otros tres valores en sus campos correspondientes: Temperatura en kelvin (K), Presión en kilopascales (kPa), Moles de gas en moles (mol) y Volumen en litros (L). No necesita introducir un valor para la magnitud que seleccionó.
- Lea el resultado, pero consulte la advertencia sobre la conversión de unidades que aparece más abajo antes de usarlo. Para obtener un valor fiable, calcule directamente a partir de \(PV=nRT\) con las unidades indicadas anteriormente.
Qué le dice la ley de los gases ideales
La ley de los gases ideales describe cómo se relacionan cuatro propiedades de un gas: su presión, su volumen, su temperatura absoluta y su cantidad. Si se conocen tres, la ecuación determina la cuarta. Combina en una sola expresión las relaciones descritas por las leyes de Boyle, Charles y Avogadro para un gas ideal.
Para una cantidad fija de gas, aumentar la temperatura aumenta \(PV\). Si el recipiente puede expandirse mientras la presión se mantiene constante, su volumen aumenta; si su volumen es fijo, su presión aumenta en su lugar. Añadir más moles también requiere un mayor volumen a la misma presión y temperatura. Estas comparaciones ayudan a interpretar lo que significa un resultado calculado, no solo cómo obtenerlo.
Las unidades deben ser coherentes. Un kilopascal por un litro equivale a un joule, por lo que \(8.314\ \mathrm{kPa\cdot L/(mol\cdot K)}\) funciona directamente con los campos de kPa y L de esta página. La temperatura debe ser absoluta: convierta los grados Celsius a kelvin sumando 273,15. Por ejemplo, 25 °C son 298,15 K.
Si compara el mismo gas antes y después de un cambio mientras su cantidad permanece fija, la calculadora de la ley combinada de los gases relaciona los dos estados. Para cambios de temperatura y volumen a presión constante, consulte la ley de Charles. Para mezclas de gases, la ley de Dalton aborda las presiones parciales.
Supuestos y advertencia importante sobre el resultado
Las respuestas mostradas por la calculadora presentan actualmente un error de conversión de unidades. Su cálculo multiplica la presión en kPa por 1.000 como si la convirtiera a pascales, pero deja el valor numérico del volumen en litros. Esto genera una incoherencia de unidades. Para los valores predeterminados, muestra 0,0227 L en lugar de los 22,69722 L correctos.
Antes del redondeo, el volumen y la presión mostrados son 1.000 veces demasiado pequeños; la temperatura y los moles mostrados son 1.000 veces demasiado grandes. Para evitar amplificar el error de redondeo, recalcule a partir de los valores originales en lugar de corregir un resultado ya redondeado. Use \(V=nRT/P\), \(T=PV/(nR)\), \(P=nRT/V\) o \(n=PV/(RT)\), con \(R=8.314\) y las unidades especificadas anteriormente.
La ley de los gases ideales es un modelo, no una descripción exacta de todos los gases. Funciona mejor cuando las partículas del gas están muy separadas y las interacciones intermoleculares tienen poco efecto, generalmente a presiones relativamente bajas y temperaturas muy superiores al punto de condensación del gas. Los resultados pueden ser menos precisos cerca de la condensación o a alta presión, donde puede ser necesario un modelo de gas real.
Introduzca valores positivos para las tres magnitudes conocidas. Use la presión absoluta del gas, no la presión manométrica: la presión manométrica mide la diferencia respecto a la atmósfera circundante. Compruebe que la cantidad introducida esté en moles y no en gramos, y convierta los mililitros a litros antes de introducir el volumen.
Preguntas frecuentes
¿Cómo resolver un problema de la ley de los gases ideales a mano?
Despeje la magnitud que necesita y luego sustituya los valores en unidades coherentes. Por ejemplo, para hallar la presión de 0,50 mol de gas que ocupa 10 L a 300 K, use \(P=nRT/V\). El cálculo es \(P=(0.50)(8.314)(300)/10=124.71\ \mathrm{kPa}\). Compruebe que el resultado sea plausible: el mismo gas en un volumen menor tendría una presión mayor.
¿Qué volumen debe ocupar un mol de gas ideal en condiciones normales (STP)?
Depende de la definición de STP que utilice. A 0 °C y 100 kPa, un mol ocupa aproximadamente 22,71 L. A 0 °C y 1 atm (101,325 kPa), ocupa aproximadamente 22,41 L. Ninguno es un volumen universal para un mol: cambiar la temperatura o la presión cambia el volumen.
¿Cómo convierto atm, mmHg o metros cúbicos para esta calculadora?
Convierta la presión a kilopascales y el volumen a litros antes de introducirlos. Multiplique las atmósferas por 101,325 o los milímetros de mercurio por aproximadamente 0,133322 para obtener kPa. Multiplique los metros cúbicos por 1.000 para obtener L. Si calcula a mano con esos valores convertidos, use \(R=8.314\ \mathrm{kPa\cdot L/(mol\cdot K)}\); mezclar sistemas de unidades da resultados incorrectos.
¿Cómo uso la masa de un gas en lugar de su número de moles?
Convierta la masa a moles usando \(n=m/M\), donde \(m\) es la masa y \(M\) es la masa molar en unidades de masa coherentes por mol. Por ejemplo, 16 g de gas oxígeno, \(\mathrm{O_2}\), equivalen a unos 0,50 mol, porque su masa molar es de unos 32 g/mol. Use la masa molar de la molécula completa del gas, no la de un átomo individual.
¿Puedo usar la ley de los gases ideales para una mezcla de gases?
Sí; para una mezcla aproximadamente ideal, use los moles totales de todos los gases con la presión total de la mezcla. Para calcular la presión aportada por un componente, use sus moles en la ley de los gases ideales con el volumen y la temperatura de la mezcla. También puede multiplicar la presión total por la fracción molar de ese componente para hallar su presión parcial.
¿Cuándo no es suficientemente precisa la ley de los gases ideales?
La precisión puede disminuir a altas presiones o cerca de la temperatura de condensación de un gas, donde el tamaño molecular y las atracciones tienen mayor influencia. Puede ser necesaria una ecuación de gas real; una forma común es \(PV=ZnRT\), donde el factor de compresibilidad \(Z\) depende del gas y de sus condiciones. Si la precisión es importante, consulte propiedades medidas o un modelo de gas real adecuado en lugar de suponer \(Z=1\).