¿Cuál es la ecuación universal de los gases ideales? ¿Qué establece?
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Respuesta:
Los gases son complicados. Están llenos de miles de millones moléculas energéticas de gas que pueden colisionar y posiblemente interactuar entre ellas. Dado que es difícil describir de forma exacta un gas real, la gente creó el concepto de gas ideal como una aproximación que nos ayuda a modelar y predecir el comportamiento de los gases reales. El término gas ideal se refiere a un gas hipotético compuesto de moléculas que siguen unas cuantas reglas:
Las moléculas de un gas ideal no se atraen o repelen entre ellas. Suponemos que las únicas interacciones de las moléculas que componen un gas ideal son las colisiones elásticas entre ellas y con las paredes del contenedor.
¿Qué es una colisión elástica?
Las móleculas de un gas ideal, en sí mismas, no ocupan volumen alguno. El gas tiene volumen, ya que las moléculas se expanden en una gran región del espacio, pero las moléculas de un gas ideal son aproximadas por partículas puntuales que en sí mismas no tienen volumen.
Si esto te suena demasiado ideal para ser verdad, estás en lo correcto. No existen gases que sean exactamente ideales, pero hay un montón de ellos que se comportan casi de esa manera, de tal modo que aproximarlos por un gas ideal es muy útil en numerosas situaciones. De hecho, para temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y presiones cercanas a la presión atmosférica, muchos de los gases de los que nos ocupamos son prácticamente ideales.
Si la presión del gas es muy grande (por ejemplo, cientos de veces mayor que la presión atmosférica) o la temperatura es muy baja (por ejemplo, -200 \text { C}−200 Cminus, 200, start text, space, C, end text), pueden haber desviaciones significativas de la ley del gas ideal. Para más sobre gases no-ideales, lee este artículo.
La presión, PPP, la temperatura, TTT, y el volumen, VVV, de un gas ideal, están relacionados por una simple fórmula llamada la ley del gas ideal. La simplicidad de esta relación es una razón por la que típicamente tratamos a los gases como ideales, a menos que haya una buena justificación para no hacerlo.
\Large PV=nRTPV=nRTP, V, equals, n, R, T
Donde PPP es la presión del gas, VVV es el volumen que ocupa, TTT es su temperatura, RRR es la constante del gas ideal, y nnn es el número de moles del gas.
¿Qué es un mol?
\text{Los moles } nstart text, L, o, s, space, m, o, l, e, s, space, end text, n
1 \text{ mole}1, start text, space, m, o, l, e, end text6{.}02 \times 10^{23} \text{ moléculas}6, point, 02, times, 10, start superscript, 23, end superscript, start text, space, m, o, l, e, with, \', on top, c, u, l, a, s, end textN_AN, start subscript, A, end subscript\text{moles}start text, m, o, l, e, s, end text\text{moléculas}start text, m, o, l, e, with, \', on top, c, u, l, a, s, end text
N_A=6{.}02\times 10^{23} \dfrac{\text{moléculas}}{\text{ mol}}N, start subscript, A, end subscript, equals, 6, point, 02, times, 10, start superscript, 23, end superscript, start fraction, start text, m, o, l, e, with, \', on top, c, u, l, a, s, end text, divided by, start text, space, m, o, l, end text, end fraction
1000 \text{ moles}1000, start text, space, m, o, l, e, s, end text
1000 \times 6{.}02 \times 10^{23} \text{ moléculas}=6{.}02\times 10^{27} = \text{ seis mil billones de billones de moléculas de gas}1000, times, 6, point, 02, times, 10, start superscript, 23, end superscript, start text, space, m, o, l, e, with, \', on top, c, u, l, a, s, end text, equals, 6, point, 02, times, 10, start superscript, 27, end superscript, equals, start text, space, s, e, i, s, space, m, i, l, space, b, i, l, l, o, n, e, s, space, d, e, space, b, i, l, l, o, n, e, s, space, d, e, space, m, o, l, e, with, \', on top, c, u, l, a, s, space, d, e, space, g, a, s, end text
Tal vez lo más confuso acerca de usar la ley del gas ideal es asegurarnos de utilizar las unidades correctas al sustituir los números en la ecuación. Si usas la constante del gas ideal R=8{.}31 \dfrac{J}{K\cdot mol}R=8.31K⋅molJR, equals, 8, point, 31, start fraction, J, divided by, K, dot, m, o, l, end fraction, entonces debes sustituir la presión PPP en \text{pascales, } Papascales, Pastart text, p, a, s, c, a, l, e, s, comma, space, end text, P, a, el volumen VVV en m^3m3m, cubed, y la temperatura TTT en \text{kelvins, } Kkelvins, Kstart text,