Calculadora de STP: Lei dos gases ideais (PV = nRT)

Uma calculadora da lei dos gases ideais encontra a pressão, o volume, a temperatura ou a quantidade de um gás usando a equação PV = nRT. A pessoa informa três dos quatro valores, e a calculadora resolve aquele que está faltando.

O que é STP?

STP significa temperatura e pressão padrão. É um ponto de referência fixo usado em química para que as medições de gases de diferentes experimentos possam ser comparadas em condições equivalentes. Esta calculadora define STP como 0 °C (273,15 K) e pressão de 1 atmosfera (atm), a convenção mais antiga ainda usada na maioria dos livros didáticos. Desde 1982, a IUPAC usa uma pressão padrão diferente: 0 °C e 100 kPa, um valor ligeiramente inferior a 1 atm (101,325 kPa).

Fórmula da lei dos gases ideais

A lei dos gases ideais é:

PV = nRT

Cada letra representa uma propriedade do gás:

• P é a pressão, em atmosferas (atm)
• V é o volume, em litros (L)
• n é a quantidade de gás, em mols (mol)
• T é a temperatura, em kelvins (K)
• R é a constante dos gases. Esta calculadora usa R = 0,0820574 L·atm/(mol·K)

A constante dos gases tem um valor exato nas unidades do SI: R = 8,31446261815324 J/(mol·K). Uma atmosfera padrão também é exata, com 101325 Pa. Dividir um valor pelo outro converte R para as unidades usadas por esta calculadora: 8,31446261815324 ÷ 101,325 = 0,08205736608 L·atm/(mol·K). Muitos livros didáticos arredondam esse valor para 0,08206, o que altera um resultado em aproximadamente 0,003%.

A temperatura deve estar em kelvins para que a equação funcione. A calculadora solicita a temperatura em Celsius e faz a conversão internamente adicionando 273,15 (K = °C + 273,15).

Como calcular pressão, volume, temperatura ou mols

A equação pode ser reorganizada para encontrar qualquer valor desconhecido.

• Pressão: P = nRT / V
• Volume: V = nRT / P
• Temperatura: T = PV / (nR); depois, o resultado em kelvins é convertido novamente para Celsius
• Mols: n = PV / (RT)

Para usar a calculadora, escolha qual valor deve ser encontrado e preencha os outros três campos. A pressão, o volume e a quantidade em mols devem ser maiores que zero. A temperatura deve estar acima do zero absoluto, -273,15 °C.

Exemplo: encontrando a pressão em STP

Uma amostra de gás tem 1 mol (n = 1), volume de 22,4 litros (V = 22,4 L) e 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

O resultado fica próximo de 1 atm, como esperado: um mol de um gás ideal ocupa aproximadamente 22,4 litros em STP.

Exemplo: encontrando o volume

Uma amostra de gás tem 1 mol (n = 1), pressão de 1 atm e temperatura de 25 °C, que equivale a 298,15 K.

V = nRT / P
V = (1 × 0,0820574 × 298,15) / 1
V = 24,4654 L

O volume é maior que em STP porque a temperatura é mais alta.

De onde vem a fórmula

A lei dos gases ideais combina três relações mais antigas. A lei de Boyle descreve como a pressão e o volume variam juntos quando a temperatura permanece fixa. A lei de Charles descreve como o volume e a temperatura variam juntos quando a pressão permanece fixa. A lei de Avogadro descreve como o volume varia com a quantidade de gás quando a pressão e a temperatura permanecem fixas. A combinação das três resulta em PV = nRT.

Quando a lei dos gases ideais é precisa

A lei dos gases ideais considera as partículas do gás como pontos que não atraem nem repelem umas às outras. Os gases reais só se comportam dessa forma em determinadas condições. A fórmula funciona melhor em baixa pressão e alta temperatura, longe do ponto em que um gás se transformaria em líquido. Em pressão muito alta ou temperatura muito baixa, o comportamento dos gases reais se afasta da fórmula, e os resultados se tornam menos exatos.

Usos comuns

Estudantes de química usam a lei dos gases ideais para conferir exercícios de livros didáticos e de laboratório. Profissionais de laboratório usam a lei para relacionar a pressão, o volume e a temperatura de uma amostra de gás durante um experimento. Engenheiros usam a fórmula para estimativas aproximadas em tarefas como dimensionar o armazenamento de gases ou prever como o volume de um gás varia com a temperatura.

Perguntas frequentes

O que é a constante dos gases R?

R é 0,0820574 L·atm/(mol·K) quando a pressão é medida em atmosferas e o volume, em litros. A mesma constante vale 8,31446261815324 J/(mol·K) nas unidades do SI, um valor definido exatamente pela revisão do SI de 2019.

A calculadora usa a temperatura em Celsius ou em kelvins?

Ela usa Celsius. A calculadora converte automaticamente o valor para kelvins antes de resolver a equação.

Por que a temperatura deve estar acima de -273,15 °C?

-273,15 °C, ou 0 K, é o zero absoluto, a temperatura mais baixa que pode existir. A lei dos gases ideais não é definida abaixo desse valor.

O que é temperatura e pressão padrão (STP)?

STP corresponde a 0 °C (273,15 K) e 1 atm. Esse padrão oferece aos cientistas um ponto de referência comum para comparar medições de gases.

Quantos litros um mol de gás ocupa em STP?

22,4140 litros a 0 °C e 1 atm. Configurar a calculadora para encontrar o volume com n = 1 mol, P = 1 atm e T = 0 °C retorna esse valor, que corresponde ao volume molar publicado de um gás ideal.

A pressão, o volume ou a quantidade em mols pode ser zero ou negativa?

Não. Uma amostra de gás não pode ter pressão, volume ou quantidade zero ou negativa. Por isso, a calculadora exige que cada um desses três campos seja maior que zero.