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Ley de los Gases Ideales

Ley de los Gases Ideales

La ley de los gases ideales combina la ecuación de los gases ideales con la teoría cinética de los gases para explicar cómo se comporta un gas ideal. También nos muestra la relación entre la presión, el volumen y la temperatura de un gas.

  • En este artículo hablaremos de la relación entre las propiedades de un gas.
  • Aprenderás sobre la ley de los gases ideales y cómo utilizar la ecuación de los gases ideales.
  • Veremos las suposiciones de la Teoría Cinética de los Gases y aprenderemos la diferencia entre los gases reales y los gases ideales.
  • Por último, conocerás las limitaciones de la ley de los gases ideales.

Los Gases

Los gases tienen tres propiedades naturales: volumen, presión y temperatura. Los científicos saben desde hace tiempo que existe una relación entre estas tres propiedades. Las partículas del gas se mueven constantemente en una dirección hasta que chocan con algo. Cuando se pone un gas en un recipiente -por ejemplo, un bote de spray- las partículas se mueven dentro, chocando con los lados del bote de spray. Cuando las partículas de un gas rebotan en el interior de un recipiente, se crea una presión. La presión depende de la frecuencia y la velocidad de las partículas que rebotan en las paredes de un recipiente.

El aumento de la temperatura del gas incrementa la presión. Cuanto más calientes están las moléculas de gas, más rápido se mueven y más a menudo chocan con las paredes de un recipiente. Por eso los botes de aerosol explotan cuando se calientan.Puedes aumentar la presión haciendo el recipiente más pequeño. Las moléculas de gas no tienen tanto espacio para desplazarse, por lo que chocan con las paredes más a menudo.También puedes aumentar la presión en un recipiente de gas añadiendo más gas. Más gas significa más partículas que rebotan en la pared del recipiente, lo que aumenta la presión.

Factores que afectan al volumen de un gas

Cuando hablamos del volumen que ocupa un gas, debemos tener en cuenta algunas cosas: la temperatura, la presión y la cantidad de gas.

  • Las partículas de gas a mayor temperatura se mueven más rápido y ocupan más espacio.

  • Los gases a alta presión se comprimen y ocupan menos espacio.

  • Cuantas más partículas (o moles) haya en un gas, más volumen ocupará.

Podemos resumir esto diciendo:

  • La temperatura y el volumen tienen una relación proporcional (a medida que uno aumenta también lo hace el otro).
  • El número de moles y el volumen tienen una relación proporcional.
  • La presión y el volumen tienen una relación inversa (a medida que uno aumenta el otro disminuye).

1 mol de cualquier gas tiene el mismo volumen que 1 mol de otro gas a la misma temperatura y presión. Esto también se conoce como la Ley de Avogadro.

Definición de la ley de los gases ideales

La ley de los gases ideales combina la ecuación de los gases ideales con la teoría cinética de los gases para explicar cómo se comporta un gas ideal. También nos muestra la relación entre la presión, el volumen y la temperatura de un gas en condiciones estándar.

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado, fundamental o constitutiva, de un gas ideal.

Un gas ideal es un gas hipotético que se usa para generalizar y simplificar el comportamiento de los gases reales.

La ley de los gases ideales: Ecuación

La ecuación de los gases ideales es:PV = nRT

  • P= presión

  • V= volumen

  • n = número de moles

  • R = la constante de los gases

  • T = temperatura

Las magnitudes de la ecuación de los gases ideales se pueden expresar mediante diferentes unidades, entre estas las más importantes son las unidades estándar del Sistema Internacional (SI): presión en Pascales (Pa), volumen en metros cúbicos (m3) y la constate de los gases ideales (R) en . Sin embargo, en los cálculos de los gases ideales frecuentemente se emplean otras unidades de uso común: Presión en atmósferas (atm), volumen en litros (L) y la Constate de los gases ideales R en

Presión

La presión estándar de un gas ideal es igual a 1 atm o 101325 Pa (101,325 KPa). Dada la ecuación de los gases ideales, la presión es igual a

Volumen

En condiciones estándar de temperatura (275,15 ºK) y presión (1 atm), o TPE, un mol de un gas ideal tendrá un volúmen de 22,8 L. Despejando el volumen en la ecuación de los gases ideales, tenemos que

Número de moles

El número de moles de un gas es igual al cociente de la masa de la muestra, en este caso la masa del gas, dividido entre la masa molar, que es la masa de 1mol del gas, por lo que su fórmula es . Y se puede calcular como

Constante de los gases ideales

La constante de los gases ideales es una constante fìsica universal resultado de la relación entre las diferentes variables que constituyen la ley de los gases ideales: número de moles, presión, temperatura y volumen. Más adelante veremos en detalle el procedimiento para calcular esta constante.

Temperatura

La temperatura generalmente se expresa en grados Kelvin (K), recordando que el valor estándar de la temperatura es 273,15 °K o 0 °C. Para convertir grados Celsius a grados Kelvin, aplicamos la fórmula ºK = ºC + 273,15. La temperatura de un gas es

Las condiciones estándar de temperatura y presión de los gases (TPE en español o STP en inglés) son condiciones normalizadas utilizadas como puntos de referencia para realizar mediciones experimentales. Estos valores permiten hacer comparaciones entre diferentes gases.

¿Cómo calcular la constante de los gases ideales?

Para calcular la constante de los gases ideales, debemos despejar R de la ecuación y resolver la ecuación usando los valores estándar de cada una de las variables de la ecuación.

La ecuación reordenada en función de la constante es

Al reemplazar cada una de las variables, tenemos que:

Para convertir R a las unidades del SI, realizamos la siguiente operación:

y son unidades equivalentes cuya relación es: 1 Pa (pascal) = 1 N (newton)/m2, entonces 1 Pa.m3 = 1 N∙m = 1 J (Joule). O de forma más explícita:

Ley de los gases ideales: Ejemplos

Podemos utilizar la ecuación de los gases ideales para calcular el volumen molar de un gas. Es decir, el volumen de 1 mol de un gas ideal a 0 °C y 1 atmósfera de presión (temperatura y presión estándar).

0 °C igual a es 237 K

T = 237 K

1 atm es 101325 Pa

P = 101325 Pa

Queremos calcular el volumen de 1 mol

n = 1

R = 8,31441

PV = nRT

V = 0,0224 m3

Por tanto, a temperatura y presión estándar (STP), ¡un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 litros!

También podemos obtener la masa relativa de la fórmula utilizando la ecuación de los gases ideales. Cuidado, ¡esta es un poco complicada!

La densidad del etano es de 1,264 a 20 °C y 1 atmósfera. Calcula la masa relativa de fórmula del etano.

1,264 significa que 1 de etano pesa 1,264 gramos

1 atm es 101325 Pa

P = 101325 Pa

1 = 0.001

R = 8.31441

20 °C = 293 K

PV =nRT

101325 x 0,001 = n x 8,31441 x 293

101325 x 0,001 = masa (g)masa de 1 mol (g) x 8,31441 x 293

101325 x 0,001 = 1,264 (g)masa de 1 mol (g) x 8,31441 x 293

Masa de 1 mol = 1,26 x 8,31441 x 293101325 x 0,001

Masa de 1 mol = 30,4 g

La masa de 1 mol de una sustancia es igual a su masa relativa de fórmula Mr = 30,4

¿Qué es la teoría cinética de los gases?

La teoría cinética de los gases nos ayuda a entender cómo se comportan los gases ideales.Llos gases contienen pequeñas partículas que se mueven al azar, rápida y constantemente, por lo que chocan. regularmente entre sí

La teoría cinética de los gases asume que las moléculas de gas que son esféras cuyo comportamiento se rige por los principios de la mecánica clásica. Es una teoría fisicoquímica que permite describir las propiedades de los gases, principalmente aquellas que derivan de la velocidad molecular.

Supuestos de la teoría cinética

La teoría cinética asume el comportamiento de los gases que cumplen una lista de comprobación definida a temperatura y presión estándar. Estos supuestos son:

  1. Los gases están formados por pequeñas partículas que se mueven aleatoria y constantemente.

  2. Las partículas de gas chocan regularmente entre sí y con las paredes del recipiente.

    Sus colisiones son elásticas: no pierden energía al chocar.

  3. Hay mucho espacio entre cada partícula. Las partículas son como pequeños puntos en comparación con el espacio que las separa.

  4. Las partículas de gas no tienen fuerzas interactivas (atracción o repulsión) entre ellas.

  5. La velocidad de una partícula de gas depende de la temperatura del gas.

Gases reales y Gases ideales

Un gas ideal es un gas imaginario o teórico. Decimos que un gas es ideal cuando cumple los siguientes criterios:

Las moléculas de un gas ideal actúan como partículas puntuales que rebotan entre sí en colisiones perfectamente elásticas. Consideramos que sus fuerzas intermoleculares son despreciables porque están relativamente alejadas unas de otras.

A temperatura y presión estándar, la mayoría de los gases reales se comportan de forma ideal.

Has aprendido que la mayoría de los gases obedecen las suposiciones de la teoría cinética de los gases y satisfacen la ecuación de los gases ideales a temperatura y presión estándar. Sin embargo, esto no es cierto para todos los gases.

Los gases reales no obedecen la Ley de los Gases Ideales.

Prefieren hacer lo suyo.

Limitaciones de la ecuación de los gases ideales

¿Qué ocurre cuando un gas no se comporta de forma ideal? Los gases ideales existen bajo los supuestos de la teoría cinética de los gases. Bajo ciertas condiciones, dejan de ser ideales.

  • Para empezar, la teoría cinética supone que el volumen que ocupa un gas ideal es despreciable. Pero en realidad, ¡las moléculas de los gases sí ocupan espacio! Esto se nota más cuando se comprime un gas a altas presiones. Imagina que las partículas del gas se aplastan tanto que no tienen por dónde moverse.

Supongamos que el volumen del recipiente de gas es de 500 cm3, pero las partículas solo ocupan 20 cm3. La V en la ecuación de los gases ideales expresa la cantidad de espacio libre en el que se mueve un gas. En este caso, V sería igual a 460cm3, no a 500cm3. Si sigues disminuyendo el volumen y aumentando la presión, el tamaño de las moléculas empezará a importar.

  • Además, la teoría cinética también asume que las moléculas de un gas ideal no tienen fuerzas intermoleculares entre ellas. ¡Eso no puede ser cierto para ningún gas! ¿Cómo podríamos condensar un gas en un líquido si no fuera así? Si la temperatura es lo suficientemente baja, todos los gases se convierten en líquido. Esto se debe a que las moléculas se mueven más lentamente a bajas temperaturas. Lo suficientemente lentas como para que formen fuerzas interactivas entre ellas.

La Ley de los Gases Ideales - Puntos Claves

  • La temperatura y el volumen tienen una relación proporcional. A medida que una aumenta, también lo hace la otra.
  • El número de moles y el volumen tienen una relación proporcional.
  • La presión y el volumen tienen una relación inversa. A medida que uno aumenta, el otro disminuye.
  • 1 mol de cualquier gas tiene el mismo volumen que 1 mol de otro gas a la misma temperatura y presión.
  • La ecuación de los gases ideales se expresa PV = nRT donde P es la presión, V es el volumen, n es el número de moles, R es la constante de los gases y T es la temperatura. Al utilizar la ecuación de los gases ideales debes utilizar unidades internacionales estándar.
  • La teoría cinética de los gases supone que los gases están formados por pequeñas partículas que se mueven constantemente. Las partículas de gas chocan regularmente entre sí y con las paredes de un recipiente. Hay mucho espacio entre cada partícula. Las partículas son como puntos diminutos en comparación con el espacio que las separa. Las partículas de gas no tienen fuerzas interactivas (atracción o repulsión) entre ellas. La velocidad de una partícula de gas depende de la temperatura del gas.
  • Las moléculas de un gas ideal actúan como partículas puntuales que rebotan entre sí en colisiones perfectamente elásticas. Consideramos que sus fuerzas intermoleculares son despreciables porque están relativamente alejadas unas de otras.
  • Los gases reales no se comportan según la teoría cinética de los gases.
  • A altas presiones y bajas temperaturas, los gases ideales dejan de comportarse de forma ideal.

Preguntas frecuentes sobre Ley de los Gases Ideales

La ecuación de los gases ideales es:
PV = nRT, donde:


  • P= presión

  • V= volumen

  • n = número de moles

  • R = la constante de los gases

  • T = temperatura

Entonces, el número de moles (n) se puede despejar al mover las variables RT, que multiplican a n, hacia el otro lado de la ecuación, dividiendo PV.

 n = PV/RT

La fórmula del gas ideal PV = nRT relaciona la presión, el volumen, las moles y la temperatura de un gas ideal, teniendo en cuenta una constante R.

Podemos despejar cada una de estas variables en función de lo que queramos calcular.

P = nRT/V

V = nRT/P

n = PV/RT

T = PV/nR

Un gas ideal es un gas hipotético que sigue la Ley de los gases ideales en todas las condiciones de temperatura y presión. Se usa para generalizar y simplificar el comportamiento de los gases reales.  

La presión, la temperatura y el volumen son magnitudes que determinan las propiedades de los gases. Las leyes de los gases relacionan estas tres magnitudes:

  • La Ley de Boyle: A temperatura constante, la presión y el volumen son inversamente proporcionales.
  • La Ley de Gay-Lussac: A presión constante, la temperatura y el volumen son directamente proporcionales.
  • La ley de Charles: La presión y la temperatura son directamente proporcionales.

En conjunto, estas se conocen como ley combinada o ecuación general de los gases.

El valor de la constante de los gases ideales es 0,0821 atm L/mol K u 8,3144 J/mol K, en unidades del Sistema Internacional, SI.

Cuestionario final de Ley de los Gases Ideales

Pregunta

El aumento de la temperatura de un gas ______ la presión.

Mostrar respuesta

Answer

Incrementa.

Show question

Pregunta

Cuanto más calientes están las moléculas de gas, menor es la frecuencia con la que chocan contra las paredes del recipiente que las contiene.

Mostrar respuesta

Answer

FALSO.

Show question

Pregunta

Con respecto a los gases, ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

Mostrar respuesta

Answer

Las partículas de gas a mayor temperatura se mueven más rápido y ocupan más espacio.

Show question

Pregunta

Los gases ideales son gases de origen natural que nos permiten estudiar de forma exacta y precisa el comportamiento de los gases reales.

Mostrar respuesta

Answer

No, los gases ideales son gases hipotéticos que se usan generalizar y simplificar el comportamiento de los gases reales.

Show question

Pregunta

¿Cuáles de las siguientes magnitudes no hacen parte de la ecuación de los gases ideales?

Mostrar respuesta

Answer

Volumen.

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Pregunta

En condiciones estándar de temperatura (275,15 ºK) y presión (1 atm), o TPE, ¿Cuál es el volumen de un mol de un gas ideal?

Mostrar respuesta

Answer

22,8L.

Show question

Pregunta

¿Cuál es el valor de las condiciones estándar de presión y temperatura?

Mostrar respuesta

Answer

1 atm.

Show question

Pregunta

La teoría cinética de los gases asume que las moléculas de gas que son esferas cuyo comportamiento se rige por los principios de la mecánica clásica.

Mostrar respuesta

Answer

VERDADERO.

Show question

Pregunta

La velocidad de una partícula de gas depende de la ______ del gas.

Mostrar respuesta

Answer

Temperatura.

Show question

Pregunta

Los gases están formados por pequeñas partículas que se mueven de forma:

Mostrar respuesta

Answer

Aleatoria y constante.

Show question

Pregunta

Según la teoría cinética de los gases, ¿Cómo son las colisiones entre las partículas?

Mostrar respuesta

Answer

Las partículas de gas chocan regularmente entre sí y con las paredes del recipiente.

Sus colisiones son elásticas: no pierden energía al chocar.

Show question

Pregunta

Las partículas de gas ___ tienen fuerzas interactivas (atracción o repulsión) entre ellas.

Mostrar respuesta

Answer

No.

Show question

Pregunta

¿El volumen que ocupa un gas ideal es realmente despreciable?

Mostrar respuesta

Answer

No. Aunque la teoría cinética asume que el volumen que ocupa un gas ideal es despreciable, en realidad ¡las moléculas de los gases sí ocupan espacio!

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Pregunta

Los gases reales obedecen la Ley de los Gases Ideales.

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

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