Una ecuación para casi todos los gases
La ley de los gases ideales reúne en una sola ecuación las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac y la hipótesis de Avogadro. Describe muy bien el comportamiento del aire, el oxígeno, el nitrógeno o el helio en las condiciones de la vida diaria, y es la base de los cálculos de gases en física y química.
La fórmula
PV = nRT
- P: presión en pascales.
- V: volumen en metros cúbicos.
- n: cantidad de sustancia en moles.
- R = 8,314462618 J/(mol·K), la constante de los gases.
- T: temperatura absoluta en kelvin, T = °C + 273,15.
Despejando se obtiene cualquier magnitud: V = nRT/P, P = nRT/V, n = PV/RT y T = PV/nR. La calculadora convierte las unidades por ti: kPa, bar, atm, psi o mmHg; litros, mililitros o metros cúbicos; °C, °F o K.
Masa de gas = n × masa molar y densidad = P × M ÷ (R × T).
Ejemplo resuelto
Un mol de aire a 20 °C y a la presión atmosférica normal, 101,3 kPa, ocupa 1 × 8,314 × 293,15 ÷ 101.300 = 0,0241 m³, es decir, 24,1 litros. Pesa 28,97 g y su densidad es de 1,20 kg/m³. Si encierras ese mismo mol en un recipiente rígido de 10 litros a 25 °C, la presión sube a unos 248 kPa, casi 2,5 atmósferas.
Valores de referencia útiles
- Volumen molar a 0 °C y 1 atm: 22,41 L/mol.
- Volumen molar a 25 °C y 1 bar: 24,79 L/mol.
- Densidad del aire seco a 20 °C a nivel del mar: unos 1,2 kg/m³.
- El helio, con 4 g/mol, es siete veces menos denso que el aire: por eso flotan los globos.
Cuándo falla el modelo
Un gas ideal supone que las moléculas no ocupan volumen y no se atraen entre sí. Esto deja de ser cierto:
- a presiones altas, por encima de unos 10 bar, como en botellas de buceo o de gas comprimido;
- a temperaturas bajas, cerca del punto de condensación del gas;
- con gases muy polares o fácilmente licuables, como el amoniaco o el vapor de agua cerca de la saturación.
En esos casos se usan ecuaciones de gases reales, como la de Van der Waals, o tablas de propiedades.
Errores frecuentes
El fallo más habitual es usar grados Celsius en lugar de kelvin: a 0 °C la ecuación daría un volumen nulo. También es frecuente mezclar litros con pascales sin pasar a metros cúbicos. Elegir las unidades en los desplegables evita ambos problemas.