Gases Ideales

Ecuación de estado del gas ideal. (1834)

Cualquier ecuación que relacione la presión, la temperatura y el volumen específico de una sustancia se denomina ecuación de estado. Las relaciones de propiedades que comprenden a otras pertenecientes a una sustancia que se halla en estados de equilibrio, también se conocen como ecuaciones de estado. Hay varias ecuaciones de estado, algunas sencillas y otras muy complejas: la más sencilla y mejor conocida para sustancias en la fase gaseosa es la ecuación de estado de gas ideal, la cual predice el comportamiento P - - T de un gas con bastante exactitud, dentro de cierta región elegida adecuadamente.

Las palabras gas y vapor a menudo se utilizan como sinónimos y comúnmente a la fase de vapor de una sustancia se le llama gas cuando su temperatura es más alta que la temperatura crítica. El vapor normalmente implica un gas que no se encuentra muy alejado del estado de condensación.

En 1662 el inglés Robert Boyle observó durante sus experimentos con una cámara de vacío que la presión de los gases es inversamente proporcional a su volumen. En 1802, los franceses J. Charles y J. Gay-Lussac determinaron de modo experimental que a bajas presiones el volumen de un gas es proporcional a su temperatura. Es decir,

(1.7)

P = presión, kPa

V = volumen, m3

n = número de moles, kmol

R = constante universal de los gases, 8.314 J/mol K, 8.314 kJ/kmol K, 1 kJ = 1 kPa m3

T = temperatura absoluta, K

Existen otras variantes para la ecuación de estado del gas ideal. Tomando en cuenta que:

(1.8)

Donde: m = masa del gas, kg

= peso molecular del gas, kg/kmol (molecular weight)

(1.9)

, volumen molar, m3 / kmol (1.10)

(1.11)

= volumen específico, m3 / kg (1.12)

= constante específica del gas, kJ/kg K, (1.13)

(1.14)

= densidad, kg/m3 (1.15)

Un gas ideal es una sustancia imaginaria que obedece a la relación . Experimentalmente, se ha observado que la relación de gas ideal se aproxima mucho al comportamiento P - - T de los gases reales a bajas densidades: ya que bajo condiciones que implican presiones bajas y temperaturas altas la densidad de un gas disminuye y se comporta como gas ideal. La presión o temperatura de una sustancia es alta o baja en relación con su temperatura o presión críticas.

Para intereses prácticos, muchos gases familiares como el aire, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, helio, argón, neón, criptón e incluso algunos más pesa- dos como el dióxido de carbono, pueden tratarse como gases ideales con un margen de error insignificante (con frecuencia menor a 1 por ciento). Sin embargo, los gases densos, como el vapor de agua en las centrales eléctricas y el vapor de refrigerante en los refrigeradores, no deben considerarse

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