La ley de los gases ideales (IV)

En muchos procesos que pasan de un estado inicial a uno final podemos usar la relación de la ley de los gases ideales en los estados respectivos y eliminar R como sigue (el subíndice 1 designa el estado inicial, y el 2, el final);

Observe que en la ecuación (4.2) intervienen cocientes de la misma variable. Este resultado de la aplicación de la ley de los gases ideales tiene la característica útil de que las presiones se pueden expresar en cualquier sistema de unidades que se elija, como kPa, pulg Hg, mm Hg, atm, etc., siempre que se utilicen las mismas unidades para ambas condiciones de presión (olvide que la presión debe ser presión absoluta en ambos casos). De manera similar, el cociente de las temperaturas absolutas y el de los volúmenes dan razones adimensionales. Observe cómo se elimina la constante de los gases ideales R al obtener el cociente del estado inicial y el final.

Veamos cómo podemos aplicar la ley de los gases ideales a los problemas, tanto en la forma de la ecuación (4.2) como en la de la ecuación (4.1)

Cálculo de R

Obtenga el valor de la constante universal de los gases R para la siguiente combinación de unidades: 1 g mol de gas ideal cuando la presión está en atm, el volumen en cm³ y la temperatura en K.

La ley de los gases ideales (III)

Podemos aplicar directamente la ley de los gases ideales, ecuación (4.1), introduciendo valores para tres de las cuatro cantidades n, p, T y V y despejando la cuarta. Para ello, es preciso buscar o calcular R en las unidades apropiadas. En la segunda de forros de este libro puede encontrar valores de R para diferentes combinaciones de unidades. El ejemplo 4.2 ilustra la forma de calcular el valor de R en cualquier conjunto de unidades deseado a partir de los valores de p, T y ^v en condiciones estándar.

Ejemplo empleo de condiciones estandar

Calcule el volumen, en metros cúbicos, que ocupan 40kg de CO2 en condiciones estándar.

Solución.

Base de cálculo: 40 kg de CO2.

Observe en este problema cómo se aplica la información de que 22.42m³ en C.E. = 1kg mol para transformar un número conocido de moles en un número equivalente de metros cúbicos.

Por cierto, siempre que use una medida cúbica para el volumen, deberá establece  las condiciones de temperatura y presión en las que existe dicha medida cúbica de volumen, ya que los términos "m³" o "ft³", por sí solos, no corresponden realmente a una cantidad específica de material.

La ley de los gases ideales (II)

Se acostumbra escoger varios estados estándar de temperatura y presión arbitrariamente especificados (denominados condiciones estándar o C.E.). En la tabla 4.1 se presentan los más comunes. El hecho de que una sustancia no pueda existir como gas a 0°C y 1 atm no tiene importancia. Así, como veremos más adelante, el vapor de agua a 0°C no puede existir a una presión mayor que su presión de saturación de 0.61 kPa (0.18 pulg Hg) sin que haya condensación. Sin embargo, el volumen imaginario en condiciones estándar es una cantidad tan útil para el cálculo de relaciones volumen/mol como si existiera. En lo que sigue, el símbolo V representará el volumen total el símbolo V el volumen por mol o por unidad de masa.


Ya que las condiciones estándar en los sistemas internacional, científico universal y estadounidense de ingeniería son idénticas, podemos usar los valores de la tabla 4.1 con sus unidades para cambiar de un sistema de unidades a otro. El conocimiento de las condiciones estándar facilita también el trabajo con mezclas de unidades de diferentes sistemas.

El siguiente ejemplo ilustra la forma de usar las condiciones estándar para convertir masa o moles en volumen. Puede recordar la forma de convertir volumen en moles o masa?

La ley de los gases ideales (I)

Cuando la distancia media entre la moléculas de una sustancia es lo bastante grande como para ignorar los efectos de las fuerzas intermoleculares y el volumen de las moléculas mismas, un gas se puede considerar como gas ideal. En términos más correctos, un gas ideal es un gas imaginario que obedece exactamente la siguiente relación:

pV = nRT

donde p = presión absoluta del gas
V = volumen total ocupado por el gas
n = número de moles del gas
R = constante de los gases ideales en las unidades apropiadas
T = temperatura absoluta del gas

A veces, la ley de los gases ideales se escribe como

pV = RT

donde V es el volumen específico (volumen por mol o por masa) del gas. La figura 4.1 ilustra la superficie generada por la ecuación (4.1a) en términos de las tres propiedades p, V y T. La ecuación (4.1) se puede aplicar a un compuesto puro o a una mezcla.

Temas por tratar Ley de los gases ideales

En esta sección explicaremos cómo usar la ley de los gases ideales (perfectos) para calcular la presión, temperatura, volumen o número de moles de una cantidad dada de un gas. También veremos cómo calcular el peso específico relativo la densidad de un gas.