Calculator STP: legea gazului ideal (PV = nRT)

Un calculator pentru legea gazului ideal determină presiunea, volumul, temperatura sau cantitatea unui gaz folosind ecuația PV = nRT. Utilizatorul introduce oricare trei dintre cele patru valori, iar calculatorul o determină pe cea lipsă.

Ce este STP?

STP este abrevierea pentru temperatură și presiune standard. Este un punct de referință fix utilizat în chimie, astfel încât măsurătorile gazelor din experimente diferite să poată fi comparate în aceleași condiții. Acest calculator definește STP ca 0 °C (273,15 K) și 1 atmosferă (atm) presiune, conform convenției mai vechi încă folosite în majoritatea manualelor. IUPAC utilizează un standard diferit pentru presiune din 1982: 0 °C și 100 kPa, valoare puțin mai mică decât 1 atm (101,325 kPa).

Formula legii gazului ideal

Legea gazului ideal este:

PV = nRT

Fiecare literă reprezintă o proprietate a gazului:

• P este presiunea, exprimată în atmosfere (atm)
• V este volumul, exprimat în litri (L)
• n este cantitatea de gaz, exprimată în moli (mol)
• T este temperatura, exprimată în kelvini (K)
• R este constanta gazelor. Acest calculator folosește R = 0,0820574 L·atm/(mol·K)

Constanta gazelor are o valoare exactă în unități SI: R = 8,31446261815324 J/(mol·K). O atmosferă standard este, de asemenea, exactă, având 101.325 Pa. Împărțirea uneia la cealaltă convertește R în unitățile folosite de acest calculator: 8,31446261815324 ÷ 101,325 = 0,08205736608 L·atm/(mol·K). Multe manuale rotunjesc această valoare la 0,08206, ceea ce modifică rezultatul cu aproximativ 0,003 %.

Pentru ca ecuația să funcționeze, temperatura trebuie exprimată în kelvini. Calculatorul solicită temperatura în grade Celsius și o convertește intern adăugând 273,15 (K = °C + 273,15).

Cum se calculează presiunea, volumul, temperatura sau numărul de moli

Ecuația poate fi rearanjată pentru a determina valoarea necunoscută.

• Presiunea: P = nRT / V
• Volumul: V = nRT / P
• Temperatura: T = PV / (nR), apoi rezultatul în kelvini este convertit înapoi în grade Celsius
• Numărul de moli: n = PV / (RT)

Pentru a utiliza calculatorul, selectați valoarea care trebuie determinată, apoi completați celelalte trei câmpuri. Presiunea, volumul și numărul de moli trebuie să fie fiecare mai mari decât zero. Temperatura trebuie să fie mai mare decât zero absolut, -273,15 °C.

Exemplu: determinarea presiunii la STP

O probă de gaz are 1 mol (n = 1), un volum de 22,4 litri (V = 22,4 L) și o temperatură de 0 °C, care este egală cu 273,15 K.

P = nRT / V P = (1 × 0,0820574 × 273,15) / 22,4 P = 1,0006 atm

Rezultatul este apropiat de 1 atm, ceea ce este de așteptat: un mol de gaz ideal ocupă aproximativ 22,4 litri la STP.

Exemplu: determinarea volumului

O probă de gaz are 1 mol (n = 1), o presiune de 1 atm și o temperatură de 25 °C, care este egală cu 298,15 K.

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

Volumul este mai mare decât la STP deoarece temperatura este mai ridicată.

De unde provine formula

Legea gazului ideal combină trei relații mai vechi. Legea lui Boyle descrie modul în care presiunea și volumul se modifică împreună atunci când temperatura rămâne constantă. Legea lui Charles descrie modul în care volumul și temperatura se modifică împreună atunci când presiunea rămâne constantă. Legea lui Avogadro descrie modul în care volumul se modifică odată cu cantitatea de gaz atunci când presiunea și temperatura rămân constante. Combinarea celor trei relații conduce la PV = nRT.

Când este precisă legea gazului ideal

Legea gazului ideal tratează particulele de gaz ca pe niște puncte care nu se atrag și nu se resping între ele. Gazele reale se comportă astfel doar în anumite condiții. Formula funcționează cel mai bine la presiune scăzută și temperatură ridicată, departe de punctul în care un gaz s-ar transforma în lichid. La presiune foarte ridicată sau temperatură foarte scăzută, comportamentul gazelor reale se abate de la formulă, astfel încât rezultatele devin mai puțin exacte.

Utilizări frecvente

Studenții la chimie folosesc legea gazului ideal pentru a verifica problemele din manuale și laborator. Personalul de laborator o utilizează pentru a corela presiunea, volumul și temperatura unei probe de gaz în timpul unui experiment. Inginerii o folosesc pentru estimări aproximative în activități precum dimensionarea spațiilor de stocare a gazelor sau anticiparea modificării volumului unui gaz odată cu temperatura.

Întrebări frecvente

Ce este constanta gazelor R?

R este 0,0820574 L·atm/(mol·K) când presiunea este măsurată în atmosfere, iar volumul în litri. Aceeași constantă este 8,31446261815324 J/(mol·K) în unități SI, valoare stabilită exact prin revizuirea SI din 2019.

Calculatorul folosește temperatura în grade Celsius sau în kelvini?

Folosește grade Celsius. Calculatorul convertește automat valoarea în kelvini înainte de a rezolva ecuația.

De ce trebuie ca temperatura să fie mai mare decât -273,15 °C?

-273,15 °C, sau 0 K, este zero absolut, cea mai scăzută temperatură posibilă. Legea gazului ideal nu este definită sub această temperatură.

Ce este temperatura și presiunea standard (STP)?

STP este 0 °C (273,15 K) și 1 atm. Aceasta oferă oamenilor de știință un punct de referință comun pentru compararea măsurătorilor gazelor.

Câți litri ocupă un mol de gaz la STP?

22,4140 litri la 0 °C și 1 atm. Setarea calculatorului pentru a determina volumul, cu n = 1 mol, P = 1 atm și T = 0 °C, returnează această valoare, care corespunde volumului molar publicat al unui gaz ideal.

Presiunea, volumul sau numărul de moli pot fi zero sau negative?

Nu. O probă de gaz nu poate avea presiune, volum sau cantitate zero ori negativă, astfel încât calculatorul solicită ca fiecare dintre aceste trei câmpuri să fie mai mare decât zero.