Calculadora STP: ley de los gases ideales (PV = nRT)

Una calculadora de la ley de los gases ideales determina la presión, el volumen, la temperatura o la cantidad de un gas mediante la ecuación PV = nRT. Se introducen tres de los cuatro valores y la calculadora resuelve el valor que falta.

¿Qué es STP?

STP son las siglas en inglés de temperatura y presión estándar. Es un punto de referencia fijo que se utiliza en química para comparar en igualdad de condiciones las mediciones de gases de distintos experimentos. Esta calculadora define STP como 0 °C (273,15 K) y una atmósfera (atm) de presión, según la convención antigua que todavía se utiliza en la mayoría de los libros de texto. Desde 1982, la IUPAC utiliza una presión estándar diferente: 0 °C y 100 kPa, ligeramente inferior a 1 atm (101,325 kPa).

Fórmula de la ley de los gases ideales

La ley de los gases ideales es:

PV = nRT

Cada letra representa una propiedad del gas:

• P es la presión, en atmósferas (atm)
• V es el volumen, en litros (L)
• n es la cantidad de gas, en moles (mol)
• T es la temperatura, en kelvin (K)
• R es la constante de los gases. Esta calculadora utiliza R = 0.0820574 L·atm/(mol·K)

La constante de los gases tiene un valor exacto en unidades del SI: R = 8.31446261815324 J/(mol·K). Una atmósfera estándar también es exacta: 101325 Pa. Dividir un valor entre el otro convierte R a las unidades que utiliza esta calculadora: 8.31446261815324 ÷ 101.325 = 0.08205736608 L·atm/(mol·K). Muchos libros de texto redondean este valor a 0.08206, lo que modifica un resultado aproximadamente un 0,003 %.

La temperatura debe expresarse en kelvin para que la ecuación funcione. La calculadora solicita la temperatura en grados Celsius y la convierte internamente sumando 273.15 (K = °C + 273.15).

Cómo calcular la presión, el volumen, la temperatura o los moles

La ecuación se puede reorganizar para resolver el valor desconocido.

• Presión: P = nRT / V
• Volumen: V = nRT / P
• Temperatura: T = PV / (nR); después, el resultado en kelvin se convierte de nuevo a grados Celsius
• Moles: n = PV / (RT)

Para utilizar la calculadora, se selecciona el valor que se desea encontrar y se completan los otros tres campos. La presión, el volumen y la cantidad de moles deben ser mayores que cero. La temperatura debe estar por encima del cero absoluto, -273,15 °C.

Ejemplo: calcular la presión en STP

Una muestra de gas tiene 1 mol (n = 1), un volumen de 22,4 litros (V = 22,4 L) y una temperatura de 0 °C, que equivale a 273,15 K.

P = nRT / V
P = (1 × 0.0820574 × 273.15) / 22.4
P = 1.0006 atm

El resultado se aproxima a 1 atm, como se esperaba: un mol de un gas ideal ocupa aproximadamente 22,4 litros en STP.

Ejemplo: calcular el volumen

Una muestra de gas tiene 1 mol (n = 1), una presión de 1 atm y una temperatura de 25 °C, que equivale a 298,15 K.

V = nRT / P
V = (1 × 0.0820574 × 298.15) / 1
V = 24.4654 L

El volumen es mayor que en STP porque la temperatura es más alta.

De dónde procede la fórmula

La ley de los gases ideales combina tres relaciones anteriores. La ley de Boyle describe cómo cambian conjuntamente la presión y el volumen cuando la temperatura permanece constante. La ley de Charles describe cómo cambian conjuntamente el volumen y la temperatura cuando la presión permanece constante. La ley de Avogadro describe cómo cambia el volumen con la cantidad de gas cuando la presión y la temperatura permanecen constantes. La combinación de las tres da como resultado PV = nRT.

Cuándo es precisa la ley de los gases ideales

La ley de los gases ideales considera que las partículas del gas son puntos que no se atraen ni se repelen entre sí. Los gases reales solo se comportan de esta manera en determinadas condiciones. La fórmula funciona mejor a baja presión y alta temperatura, lejos del punto en el que un gas se convertiría en líquido. A presiones muy altas o temperaturas muy bajas, el comportamiento de los gases reales se desvía de la fórmula y los resultados son menos exactos.

Usos habituales

Los estudiantes de química utilizan la ley de los gases ideales para comprobar problemas de libros de texto y de laboratorio. El personal de laboratorio la usa para relacionar la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas durante un experimento. Los ingenieros la emplean para realizar estimaciones aproximadas en tareas como dimensionar el almacenamiento de gas o predecir cómo cambia el volumen de un gas con la temperatura.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la constante de los gases R?

R es 0,0820574 L·atm/(mol·K) cuando la presión se mide en atmósferas y el volumen en litros. La misma constante es 8,31446261815324 J/(mol·K) en unidades del SI, un valor fijado exactamente por la revisión del SI de 2019.

¿La calculadora utiliza la temperatura en grados Celsius o en kelvin?

Utiliza grados Celsius. La calculadora convierte automáticamente el valor a kelvin antes de resolver la ecuación.

¿Por qué la temperatura debe estar por encima de -273,15 °C?

-273,15 °C, o 0 K, es el cero absoluto, la temperatura más baja que puede existir. La ley de los gases ideales no está definida por debajo de ese valor.

¿Qué son la temperatura y la presión estándar (STP)?

STP corresponde a 0 °C (273,15 K) y 1 atm. Proporciona un punto de referencia común para comparar las mediciones de gases.

¿Cuántos litros ocupa un mol de gas en STP?

22,4140 litros a 0 °C y 1 atm. Al configurar la calculadora para resolver el volumen con n = 1 mol, P = 1 atm y T = 0 °C, se obtiene esa cifra, que coincide con el volumen molar publicado de un gas ideal.

¿La presión, el volumen o la cantidad de moles pueden ser cero o negativos?

No. Una muestra de gas no puede tener una presión, un volumen o una cantidad iguales a cero o negativas, por lo que la calculadora exige que cada uno de estos tres campos sea mayor que cero.