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Química (secundario y CBC)
Gases ideales: ecuación de estado y presiones parciales
Gases parece fácil porque es una sola fórmula, PV = nRT. Pero ahí mismo están los errores más repetidos: temperatura en Celsius, volumen en mililitros, una R con unidades que no coinciden con las del problema. Y cuando aparece una mezcla de gases, muchos no saben si usar los moles totales o los de cada gas.
El tema
Para arrancar
En el CBC gases ideales es una unidad propia, con mezclas, presiones parciales y fracción molar. En el secundario aparecen las leyes de los gases en Fisicoquímica o en la química del ciclo superior, según la escuela. En clase trabajamos con un control de unidades antes de cada cuenta, que es lo que más puntos salva.
Conceptos clave
Lo que tenés que entender
Variables de estado
Presión, volumen, temperatura y cantidad de gas. Con tres de ellas se puede calcular la cuarta.
Unidades
Con R = 0,082 atm·L/(mol·K), la presión va en atmósferas, el volumen en litros y la temperatura en kelvin. T (K) = T (°C) + 273.
Ecuación general
PV = nRT relaciona todas las variables. Las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac son casos donde algunas se mantienen constantes.
Hipótesis de Avogadro
A igual presión y temperatura, volúmenes iguales de gases tienen igual número de moléculas. De ahí sale el volumen molar.
Teoría cinético-molecular
Explica el comportamiento de los gases a partir de partículas en movimiento que chocan. La temperatura se relaciona con la energía cinética media.
Mezclas y presiones parciales
Cada gas de una mezcla ejerce su presión como si estuviera solo. La suma de las presiones parciales es la presión total.
Fracción molar
Es moles de un gas sobre moles totales. Multiplicada por la presión total da la presión parcial de ese gas.
Paso a paso
Un ejercicio como los de la prueba
Resuelto como lo hacemos en clase: primero la idea, después la cuenta.
Ejercicio resuelto
En un recipiente rígido de 5 L a 27 °C se colocan 8,8 g de CO₂ y 0,3 mol de N₂. Calculá: a) la presión total, b) la fracción molar de cada gas, c) la presión parcial del CO₂. (C 12, O 16; R = 0,082 atm·L/(mol·K))
- Masa molar del CO₂: 12 + 2 × 16 = 44 g/mol. Moles de CO₂: 8,8 g / 44 g/mol = 0,2 mol.
- Moles totales: 0,2 + 0,3 = 0,5 mol.
- Temperatura en kelvin: 27 + 273 = 300 K.
- Presión total: P = nRT / V = 0,5 × 0,082 × 300 / 5 = 12,3 / 5 = 2,46 atm.
- Fracciones molares: x(CO₂) = 0,2 / 0,5 = 0,4 y x(N₂) = 0,3 / 0,5 = 0,6.
- Presión parcial del CO₂: 0,4 × 2,46 atm = 0,984 atm.
Resultado La presión total es 2,46 atm, las fracciones molares son 0,4 para el CO₂ y 0,6 para el N₂, y la presión parcial del CO₂ es 0,984 atm (la del N₂, 1,476 atm).
Ojo con esto
Los errores típicos
- Usar la temperatura en grados Celsius en la ecuación.
- Dejar el volumen en mililitros con una R que está en litros.
- Calcular la presión de una mezcla con los moles de un solo gas.
- Sumar fracciones molares que no dan 1 y no revisar la cuenta.
- Confundir el volumen molar de 22,4 L, que vale en condiciones normales, y usarlo a cualquier temperatura.
En clase
Cómo lo trabajamos con Gabriela
En clase empezamos cada problema con una lista de datos en las unidades de R antes de tocar la calculadora. Practicamos gases puros, mezclas, cambios de estado con P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂ y problemas que combinan gases con estequiometría, que es donde suelen aparecer en los parciales del CBC. Si tu cátedra usa R en otras unidades, trabajamos con la que te van a dar.
¿Por qué la temperatura tiene que estar en kelvin?
Porque las leyes de los gases dicen que el volumen o la presión son proporcionales a la temperatura absoluta. En Celsius el cero es arbitrario y podés tener temperaturas negativas, lo que daría presiones o volúmenes negativos. En kelvin el cero es el mínimo posible y las proporciones funcionan.
¿Qué R tengo que usar?
La que coincida con las unidades del problema. La más usada en el CBC es 0,082 atm·L/(mol·K). Si la presión está en otras unidades, como hPa o mmHg, o pasás los datos a atmósferas o usás la R correspondiente. Lo que no podés es mezclar unidades.
¿Cómo calculo la presión parcial de un gas en una mezcla?
Tenés dos caminos que dan lo mismo. Podés usar PV = nRT con los moles de ese gas solo y el volumen total del recipiente. O podés calcular la fracción molar del gas y multiplicarla por la presión total. Conviene saber los dos para verificar el resultado.
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