Cos'è la costante di gas?
La costante di gas (rappresentata dalla lettera R), nota anche come costante di gas ideale, è una funzione della pressione (P), del volume (V), della temperatura (T) e delle moli di un gas (n) in uno stechiometrico equazione. L'equazione PV = nRT è nota come legge del gas ideale. Il valore di R può essere trovato riorganizzando l'equazione per leggere R = (PV) / (nT). In altre parole, la costante di gas è la pressione del gas moltiplicata per il suo volume, divisa per il numero di moli del gas moltiplicato per la sua temperatura in Kelvin.
I gas ideali sono ipotetici: obbediscono rigorosamente a tutte le semplici leggi sui gas e hanno un volume molare di 22.4141 litri a temperatura e pressione standard (STP), che è 273 Kelvin, 1 atmosfera. In STP, tuttavia, la maggior parte dei gas si comporta come gas ideale, quindi il valore di R è generalmente 0,0821 L atm / mol K o 8,3145 J / mol K. Ad esempio, la legge del gas ideale e la costante del gas possono essere utilizzate per trovare la pressione di 0,508 moli di ossigeno in un contenitore da 15 litri a 303 Kelvin. Il volume, la temperatura e il numero di moli sono noti.
P = (nRT) / V = (0,508 mol x 0,0821 L atm x 303 K) / 15,0 L mol K = 0,842 atm
Le cose cambiano quando un gas è a bassa temperatura o ad alta pressione. In queste condizioni, le molecole di gas si stanno avvicinando e più lentamente, quindi le forze intermolecolari, chiamate van der Waals, fanno sì che la pressione misurata sia inferiore al previsto. Quando le molecole sono più vicine tra loro, il volume delle molecole effettive diventa anche una frazione maggiore del volume totale del gas.
Per compensare il comportamento dei gas reali, entra in gioco l'equazione di van der Waals. L'espressione (n 2 a) / V 2 compensa le forze intermolecolari di attrazione e l'espressione nb compensa il volume delle molecole di gas. Insieme, questi termini costituiscono l'equazione di van der Waals:
[P + (n 2 a) / V 2 ] x (V-nb) = nRT
Le espressioni n 2 a e nb sono chiamate costanti di van der Waals e devono essere determinate sperimentalmente. L'equazione di van der Waals è necessaria solo quando il gas è ad alta temperatura o bassa pressione. Se il gas è a temperatura ambiente o superiore e ad una pressione inferiore a poche atmosfere, si applica la legge del gas ideale.