Ley de los gases ideales

Las partículas de un gas no paran de moverse y rebotar contra las paredes del recipiente, y eso es lo que crea la presión. Comprime el gas en un volumen menor, caliéntalo o añade más partículas, y la presión subirá, porque las moléculas se amontonan o se mueven más rápido y golpean las paredes con más fuerza y más a menudo. La ley de los gases ideales une presión, volumen, cantidad de gas y temperatura en una sola ecuación.

La fórmula

P · V = n · R · T

  • P — presión (Pa): la fuerza por unidad de área que el gas ejerce sobre las paredes del recipiente
  • V — volumen (m³): el espacio que ocupa el gas
  • n — cantidad de sustancia (mol): cuántos moles de partículas de gas hay
  • R — constante de los gases (J/(mol·K)): un número fijo que conecta las unidades de presión, volumen, cantidad y temperatura
  • T — temperatura (K): lo caliente que está el gas, medido en la escala kelvin

Ejemplo resuelto

Un recipiente contiene 1 mol de gas a una temperatura de 300 kelvin, comprimido en un volumen de 3 metros cúbicos. ¿Qué presión ejerce el gas?

  • n = 1 mol
  • T = 300 K
  • V = 3 m³
  1. P = n · R · T / V
  2. P = (1 mol · 8.31 J/(mol·K) · 300 K) / 3 m³

P = 831 Pa

Ponte a prueba

Si la temperatura baja a 200 kelvin mientras el volumen y la cantidad de gas se mantienen, ¿cuál es la nueva presión?
  • Respuesta correcta: 554 Pa
  • 831 Pa
  • 1662 Pa

¡Correcto! Menos temperatura significa menos presión: un mol por ocho coma tres uno por doscientos, entre tres metros cúbicos, iguala quinientos cincuenta y cuatro pascales.

Un globo a presión y cantidad de gas constantes duplica su volumen. ¿Qué debe ocurrir con su temperatura?
  • Se mantiene igual
  • Respuesta correcta: Se duplica
  • Se reduce a la mitad

¡Correcto! A presión constante, el volumen y la temperatura suben juntos, así que duplicar el volumen duplica la temperatura.

Dónde lo ves

Los neumáticos del coche marcan más presión tras un largo viaje de verano — el rodar y el flexionarse calientan el aire de dentro y, a volumen fijo, un gas más caliente significa más choques contra las paredes y más presión. Una bolsa sellada de papas fritas, mientras tanto, se hincha como una almohada en un camino de montaña: con menos aire exterior empujando hacia dentro, el mismo gas atrapado puede empujar la bolsa y agrandarla.

Errores comunes

El error más dañino es introducir Celsius en la ecuación — aquí la temperatura es absoluta, en kelvin, y el comportamiento de un gas depende de lo rápido que se muevan de verdad las moléculas, no de dónde se congela el agua. El segundo es tratar P, V, n y T como cuatro mandos independientes: con el volumen y la cantidad fijos, enfriar de 300 K a 200 K baja la presión en proporción exacta, P = n · R · T / V da (1 mol × 8.31 × 200 K) ÷ 3 m³ = 554 Pa. Si cambias un término, otro tiene que ceder.

Cómo se relaciona

Esta es la ecuación fundacional de la termodinámica — define qué significa la temperatura para un gas (una lectura del movimiento molecular) y cómo ese movimiento se convierte en presión. La calorimetría, que viene a continuación, pregunta cuánta energía cuesta cambiar esa temperatura, y R es la misma constante universal que reaparece a lo largo de toda la termodinámica.

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