Las leyes de gases como la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay Lussac nos dan una idea elemental del cambio en las propiedades físicas de los gases con cambios en las funciones del estado (presión, temperatura y volumen). Un gas que sigue estas leyes, como la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Avogadro, se conoce como gas ideal. El gas ideal es generalmente hipotético, ya que no considera las fuerzas intermoleculares entre las moléculas de gas. Los gases reales también se comportan como gases ideales, pero bajo ciertas condiciones específicas cuando las moléculas gaseosas tienen fuerzas de interacción insignificantes entre ellas. Se ha derivado una ecuación general con la ayuda de las leyes de gases para los gases ideales. Esta ecuación se conoce mejor como ecuación de gas ideal. La ecuación de gas ideal nos ayuda a correlacionar valores de presión, temperatura, volumen y número de moles. A continuación se analiza una derivación general para la ecuación de gas ideal con la ayuda de las leyes de gas:
De acuerdo con la Ley de Boyle, a temperatura constante, para un número fijo de moles de un gas, el volumen de gas varía inversamente con su presión.
V ∝ 1P ————— (1)
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Dónde,
V = volumen
P = presión
Según la Ley de Charles, a presión constante, el volumen de una masa fija de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
V ∝ T – ———————- (2)
Donde, T = temperatura
De acuerdo con la Ley de Avogadro, a la misma temperatura y presión, el mismo volumen de gases contiene el mismo número de moléculas.
V ∝ n ———————— (3)
Donde, n = número de moles de gases
Forme la ecuación (1), (2) y (3), podemos deducir que,
V ∝ nTP
⇒ V = RnTP
Donde, R se conoce como constante de gas universal. La ecuación anterior se conoce comúnmente como ecuación de gas ideal. El valor de R se puede calcular a STP (presión de temperatura estándar) para un mol de gas como:
Volumen a STP = 22.710981 L / mol
Presión en STP = 1 bar = 105 Pa
Temperatura a STP = 273.15
R = 22.710981 × 105273.15 = 8.314J / K¹mol¹
