La Ley del Gas Ideal es una ecuación matemática que puede usar para resolver problemas relacionados con la temperatura, el volumen y la presión de los gases. Aunque la ecuación es una aproximación, es muy buena y es útil para una amplia gama de condiciones. Utiliza dos formas estrechamente relacionadas que explican la cantidad de un gas de diferentes maneras.
TL; DR (demasiado largo; no leído)
La ley del gas ideal es PV \u003d nRT , donde P \u003d presión, V \u003d volumen, n \u003d número de moles de gas, T es la temperatura y R es una constante de proporcionalidad, generalmente 8.314. La ecuación le permite resolver problemas prácticos con los gases.
Gas real versus ideal
Usted trata con gases en la vida cotidiana, como el aire que respira, el helio en un globo de fiesta o metano, el " gas natural "que utiliza para cocinar alimentos. Estas sustancias tienen propiedades muy similares en común, incluida su forma de responder a la presión y al calor. Sin embargo, a temperaturas muy bajas, la mayoría de los gases reales se convierten en líquidos. Un gas ideal, en comparación, es más una idea abstracta útil que una sustancia real; Por ejemplo, un gas ideal nunca se convierte en líquido, y su compresibilidad no tiene límite. Sin embargo, la mayoría de los gases reales están lo suficientemente cerca de un gas ideal que puede usar la ley del gas ideal para resolver muchos problemas prácticos.
Volumen, temperatura, presión y cantidad
Las ecuaciones de la ley del gas ideal tienen presión y volumen en un lado del signo igual y cantidad y temperatura en el otro. Esto significa que el producto de la presión y el volumen se mantiene proporcional al producto de la cantidad y la temperatura. Si, por ejemplo, aumenta la temperatura de una cantidad fija de gas en un volumen fijo, la presión también debe aumentar. O, si mantiene la presión constante, el gas debe expandirse a un volumen mayor.
Gas ideal y temperatura absoluta
Para utilizar correctamente la ley del gas ideal, debe emplear unidades absolutas de temperatura. Los grados Celsius y Fahrenheit no funcionarán porque pueden ir a números negativos. Las temperaturas negativas en la ley del gas ideal le dan presión o volumen negativos, que no pueden existir. En su lugar, use la escala Kelvin, que comienza en cero absoluto. Si trabaja con unidades inglesas y desea una escala relacionada con Fahrenheit, use la escala Rankine, que también comienza en cero absoluto.
Formulario de ecuación I
La primera forma común de la ecuación de gas ideal es, PV \u003d nRT, donde P es presión, V es volumen, n es el número de moles de gas, R es una constante de proporcionalidad, típicamente 8.314, y T es temperatura. Para el sistema métrico, use pascales para presión, metros cúbicos para volumen y Kelvins para temperatura. Para tomar un ejemplo, 1 mol de gas helio a 300 Kelvins (temperatura ambiente) está por debajo de 101 kilopascales de presión (presión a nivel del mar). ¿Cuánto volumen ocupa? Tome PV \u003d nRT y divida ambos lados entre P, dejando V por sí mismo en el lado izquierdo. La ecuación se convierte en V \u003d nRT ÷ P. Un mol (n) por 8.314 (R) por 300 Kelvins (T) dividido por 101,000 pascales (P) da 0.0247 metros cúbicos de volumen, o 24.7 litros.
Ecuación Forma II
En las clases de ciencias, otra forma común de ecuación de gas ideal que verá es PV \u003d NkT. La gran "N" es el número de partículas (moléculas o átomos), y k es una constante de Boltzmann, un número que le permite usar el número de partículas en lugar de moles. Tenga en cuenta que para helio y otros gases nobles, utiliza átomos; para todos los demás gases, use moléculas. Use esta ecuación de la misma manera que la anterior. Por ejemplo, un tanque de 1 litro contiene 10 23 moléculas de nitrógeno. Si baja la temperatura a 200 Kelvins, ¿cuál es la presión del gas en el tanque? Tome PV \u003d NkT y divida ambos lados entre V, dejando P por sí mismo. La ecuación se convierte en P \u003d NkT ÷ V. Multiplicar 10 23 moléculas (N) por la constante de Boltzmann (1.38 x 10 -23), multiplicar por 200 Kelvins (T) y luego dividir por 0.001 metros cúbicos (1 litro ) para obtener la presión: 276 kilopascales.
