La ley de los gases ideales se deriva de una suposición sobre el sistema: que las moléculas del gas no interactúan y que las moléculas no tienen tamaño (actúan como masas puntuales). Lo que esto esencialmente dice es que la energía potencial del gas es cero y, en cambio, toda la energía del gas se almacena y transfiere de una molécula a otra (a través de colisiones) en forma de energía cinética.
En tal caso, la relación para las propiedades intensivas (independientemente del tamaño / cantidad del sistema) mencionadas en su pregunta, presión (P), volumen (V) y temperatura (T) es la siguiente:
[matemáticas] PV = nRT [/ matemáticas] (1)
donde n representa el número de moles en el sistema (una propiedad extensa) y R es la constante de gas universal con las unidades apropiadas.
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La ley de los gases ideales es esencialmente una aproximación. Ninguna molécula de gas tiene absolutamente cero interacciones o consiste en masas de puntos de colisión, esto es simplemente una idealización. Como tal, puede decir que cualquier gas obedece la ley de gas ideal (incluso si tiene interacciones y moléculas grandes), simplemente si se adhiere al modelo anterior (1). También es común decir que ciertos gases se comportan idealmente dentro de un rango. Por ejemplo, se puede decir que un sistema de estudio se comporta idealmente hasta cierta temperatura donde la desviación del modelo de gas ideal se vuelve demasiado grande.
Eso nos lleva a su pregunta: si se le da P, T y / o V, ¿cómo determinaría si el gas es ideal? La respuesta: si obedece al modelo. Un método potencial (aunque no infalible) para hacerlo:
Si puede medir P , V y T (mientras mantiene constante el número de moles en el sistema) calcule el número de moles mediante:
[matemáticas] n = PV / RT [/ matemáticas] (2)
Luego, simplemente cambie una de las variables (p. Ej .: calentar el sistema para cambiar la temperatura o cambiar el volumen del contenedor, lo cual es bastante fácil si usa un pistón como contenedor) y mida las variables P , V y T una vez más. . En este punto, vuelva a calcular el número de moles. Repita esto varias veces para muchos valores de la variable intensiva modificada.
Finalmente, grafica la variable intensiva modificada (variable independiente), versus los valores de n (variable dependiente) que obtuviste (ej: V vs n , o T vs n ). Debe obtener una línea recta de magnitud n sobre el rango en el que el gas obedece la ley de gas ideal. La no linealidad en la gráfica es indicativa de una desviación del modelo de gas ideal.
Espero que esto sea útil. ¡Comentarios con sugerencias / mejoras son bienvenidos!
Algunos textos que me han ayudado:
Smith, JM, HC Van Ness y MM Abbott. Introducción a la termodinámica de la ingeniería química . 7ma Edición.
McQuarrie, Donald A. Química cuántica .
