Calcolatore STP: legge dei gas ideali (PV = nRT)

Un calcolatore della legge dei gas ideali determina la pressione, il volume, la temperatura o la quantità di un gas con l'equazione PV = nRT. Si inseriscono tre qualsiasi dei quattro valori e il calcolatore ricava quello mancante.

Che cos'è lo STP?

STP sta per Standard Temperature and Pressure, cioè temperatura e pressione standard. È un punto di riferimento fisso usato in chimica per poter confrontare su basi uguali le misure dei gas di esperimenti diversi. Questo calcolatore definisce lo STP come 0 °C (273,15 K) e 1 atmosfera (atm) di pressione. Un'atmosfera equivale a 101 325 Pa. Alcuni riferimenti usano invece 0 °C e 100 kPa (1 bar), quindi un valore di STP dichiarato va sempre confrontato con la sua definizione.

La formula della legge dei gas ideali

La legge dei gas ideali è:

PV = nRT

Ogni lettera rappresenta una proprietà del gas:

• P è la pressione, in atmosfere (atm)
• V è il volume, in litri (L)
• n è la quantità di gas, in moli (mol)
• T è la temperatura, in kelvin (K)
• R è la costante dei gas. Questo calcolatore usa R = 0,08206 L·atm/(mol·K), la costante molare dei gas di 8,314 462 618 J/(mol·K) espressa in litri-atmosfera e arrotondata

Perché l'equazione funzioni, la temperatura deve essere in kelvin. Il calcolatore richiede la temperatura in gradi Celsius e la converte internamente aggiungendo 273,15 (K = °C + 273,15).

Come calcolare pressione, volume, temperatura o moli

L'equazione può essere riorganizzata per ricavare il valore sconosciuto.

• Pressione: P = nRT / V
• Volume: V = nRT / P
• Temperatura: T = PV / (nR), quindi il risultato in kelvin viene riconvertito in gradi Celsius
• Moli: n = PV / (RT)

Per usare il calcolatore, scegliere il valore da trovare, quindi compilare gli altri tre campi. Pressione, volume e moli devono essere ciascuno maggiori di zero. La temperatura deve essere superiore allo zero assoluto, -273,15 °C.

Esempio: calcolo della pressione a STP

Un campione di gas ha 1 mole (n = 1), un volume di 22,4 litri (V = 22,4 L) e una temperatura di 0 °C, pari a 273,15 K.

P = nRT / V P = (1 × 0,08206 × 273,15) / 22,4 P = 1,0007 atm

Il risultato è molto vicino a 1 atm, com'era prevedibile: una mole di gas ideale occupa 22,414 litri a 273,15 K e 101,325 kPa. A 100 kPa il valore è di 22,711 litri.

Esempio: calcolo del volume

Un campione di gas ha 1 mole (n = 1), una pressione di 1 atm e una temperatura di 25 °C, pari a 298,15 K.

V = nRT / P V = (1 × 0,08206 × 298,15) / 1 V = 24,4662 L

Il volume è maggiore che a STP perché la temperatura è più alta.

Da dove deriva la formula

La legge dei gas ideali riunisce leggi dei gas più antiche. La legge di Boyle descrive come pressione e volume variano insieme quando la temperatura resta fissa. La legge di Charles descrive come volume e temperatura variano insieme quando la pressione resta fissa. La legge di Avogadro descrive come il volume varia con la quantità di gas quando pressione e temperatura restano fisse. Combinando le tre si ottiene PV = nRT.

Quando la legge dei gas ideali è accurata

La legge dei gas ideali considera le particelle di gas come punti che non si attraggono né si respingono. I gas reali si comportano così solo in certe condizioni. La formula funziona meglio a bassa pressione e ad alta temperatura, lontano dal punto in cui un gas diventerebbe liquido. A pressioni molto alte o a temperature molto basse, il comportamento dei gas reali si discosta dalla formula, quindi i risultati diventano meno esatti.

Usi comuni

Gli studenti di chimica usano la legge dei gas ideali per verificare i problemi dei libri di testo e di laboratorio. Il personale di laboratorio la usa per mettere in relazione pressione, volume e temperatura di un campione di gas durante un esperimento. Gli ingegneri la usano per stime approssimative in attività come il dimensionamento di un serbatoio di gas o la previsione di come varia il volume di un gas con la temperatura.

Domande frequenti

Che cos'è la costante dei gas R?

R vale 0,08206 L·atm/(mol·K) quando la pressione è misurata in atmosfere e il volume in litri.

Il calcolatore accetta la temperatura in gradi Celsius o in kelvin?

Accetta i gradi Celsius. Il calcolatore converte automaticamente il valore in kelvin prima di risolvere l'equazione.

Perché la temperatura deve essere superiore a -273,15 °C?

-273,15 °C, ovvero 0 K, è lo zero assoluto, la temperatura più bassa che possa esistere. La legge dei gas ideali non è definita al di sotto di essa.

Che cosa sono la temperatura e la pressione standard (STP)?

Lo STP corrisponde a 0 °C (273,15 K) e 1 atm. Offre agli scienziati un punto di riferimento condiviso per confrontare le misure dei gas.

Quanti litri occupa una mole di gas a STP?

Circa 22,4 litri a 0 °C e 1 atm. Con R = 0,08206 L·atm/(mol·K) di questo calcolatore, il risultato è 22,4147 L.

Pressione, volume o moli possono essere zero o negativi?

No. Un campione di gas non può avere pressione, volume o quantità pari a zero o negativi, quindi il calcolatore richiede che ciascuno di questi tre campi sia maggiore di zero.

Riferimenti

1. NIST. CODATA Value: standard atmosphere. Atmosfera standard — 1 atm = 101 325 Pa (esatto).
2. NIST. CODATA Value: molar gas constant. Costante molare dei gas — R = 8,314 462 618 J/(mol·K), esatta.
3. NIST. CODATA Value: molar volume of ideal gas (273.15 K, 101.325 kPa). Volume molare a 101,325 kPa — 22,413 969 54 × 10⁻³ m³/mol.
4. NIST. CODATA Value: molar volume of ideal gas (273.15 K, 100 kPa). Volume molare a 100 kPa — 22,710 954 64 × 10⁻³ m³/mol.
5. NASA Glenn Research Center. Equation of State. Equazione di stato — la legge di Boyle e la legge di Charles e Gay-Lussac si combinano nell'equazione di stato dei gas ideali.