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Calculadora de la ley de los gases ideales

Resuelve la ley de los gases ideales PV = nRT para la presión, el volumen, los moles o la temperatura en cualquier unidad, o halla un nuevo estado con la ley combinada de los gases.

Redactado con herramientas de redacción con IAActualizado Ejemplos verificados: 6

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Volumen
L
Volumen: 22,414 L
Cifras significativas: 6; Al más cercano; empates alejándose de cero
Presión
101,325kPa / 1atm
Cantidad de gas
1mol
Temperatura
273,15K / 0°C
Volumen molar V/n
22,414L/mol
Número de moléculas
6,02214 × 10²³

El gas ideal (1 mol) a 273,15 K (0 °C) y 101,325 kPa ocupa 22,414 L: 22,414 L por mol.

Isoterma que pasa por este estado (P–V)

01002003004000204060Volumen (L)Presión (kPa)101,3 kPa y 22,41 L
Cómo se calcula S
  1. Convertir a unidades del SI

    P=101,325 Pa, V=0.022414 m3, n=1 mol, T=273.15 KP = 101{,}325\ \mathrm{Pa},\ V = 0.022414\ \mathrm{m^3},\ n = 1\ \mathrm{mol},\ T = 273.15\ \mathrm{K}

    En las leyes de los gases la temperatura siempre es absoluta: K = °C + 273,15.

  2. Resolver PV = nRT para V

    V=nRTP=(1)(8.314462618)(273.15)101,325=0.022414 m3=22.414 LV = \frac{nRT}{P} = \frac{(1)(8.314462618)(273.15)}{101{,}325} = 0.022414\ \mathrm{m^3} = 22.414\ \mathrm{L}

Acerca de Calculadora de la ley de los gases ideales

La ley de los gases ideales, PV = nRT, relaciona la presión, el volumen, la cantidad de sustancia y la temperatura absoluta de un gas mediante la constante molar de los gases R = 8,314 462 618… J/(mol·K). Elige la incógnita e introduce las otras tres magnitudes en cualquier unidad; la calculadora las convierte a pascales, metros cúbicos, moles y kelvin antes de resolver. El modo de la ley combinada mantiene fija la cantidad de gas y usa P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂ para calcular una nueva presión, un nuevo volumen o una nueva temperatura.

Sirve para calcular el volumen de gas que desprende una reacción o para estimar cuánto gas contiene un depósito. Con los valores iniciales, 1 mol a 0 °C y 1 atm ocupa 22,414 L, el volumen molar de un gas ideal en esas condiciones según CODATA.

La ley no tiene en cuenta el tamaño de las moléculas ni sus atracciones. El dióxido de carbono a 25 °C y 1 atm se aparta de ella en torno a un 0,5 %; la calculadora avisa por encima de 100 bar o por debajo de 150 K, donde la ecuación de van der Waals o una ecuación del virial se ajustan mejor.

Cómo usar la ley de los gases ideales PV = nRT

La ecuación PV = nRT relaciona la presión, el volumen, la cantidad de sustancia y la temperatura absoluta de un gas mediante la constante molar de los gases, R = 8,31446 J/(mol·K), siempre que se trabaje en pascales, metros cúbicos y kelvin. Con los valores iniciales, 1 mol a 0 °C y 1 atm, la calculadora obtiene V = 1 × 8,31446 × 273,15 ÷ 101 325 = 0,022414 m³, es decir, 22,414 L. La ecuación describe bien los gases a baja presión y a temperaturas muy por encima de su punto de condensación.

Resolver PV = nRT paso a paso

  1. Pasa los datos al SI: la presión a Pa (1 atm = 101 325 Pa; 1 bar = 100 000 Pa), el volumen a m³ (1 L = 0,001 m³) y la temperatura a kelvin (K = °C + 273,15).
  2. Despeja la incógnita: P = nRT/V, V = nRT/P, n = PV/(RT) o T = PV/(nR).
  3. Sustituye los valores y convierte el resultado a la unidad que necesites.

Tres casos resueltos con la calculadora; el libro OpenStax Chemistry, §9.2 trae más ejercicios del mismo tipo:

  • Presión: 2 mol en 10 L a 300 K dan P = 2 × 8,31446 × 300 ÷ 0,01 = 498 868 Pa, o sea, 498,9 kPa (4,92 atm). El volumen molar resulta de 5 L por mol.
  • Cantidad: 1 m³ a 100 kPa y 25 °C contiene n = 100 000 ÷ (8,31446 × 298,15) = 40,34 mol.
  • Temperatura: 1 mol en 24,465 L a 1 atm está a T = 101 325 × 0,024465 ÷ 8,31446 = 298,145 K, que son 25,0 °C.

Desde la revisión del SI de 2019, R tiene el valor exacto 8,31446261815324 J/(mol·K), producto de la constante de Avogadro por la constante de Boltzmann, que también son exactas. Si prefieres trabajar en litros y atmósferas, usa R = 0,082057 L·atm/(mol·K); la calculadora evita esa elección porque convierte todo al SI antes de operar.

Volumen molar en condiciones normales: ¿22,414 L o 22,711 L?

Un mol de gas ideal ocupa:

  • 22,414 L a 0 °C y 1 atm (101,325 kPa), el volumen molar que publica CODATA
  • 22,711 L a 0 °C y 1 bar (100 kPa), la presión estándar que la IUPAC recomienda desde 1982
  • 24,465 L a 25 °C y 1 atm
  • 24,790 L a 25 °C y 1 bar

Las siglas CN o STP no designan las mismas condiciones en todos los libros, y los dos valores a 0 °C difieren en un 1,3 %. Antes de comparar tu resultado con el de un solucionario, comprueba qué presión de referencia usa tu curso o la norma que sigues. En la calculadora basta cambiar la unidad de presión de atm a bar para pasar de 22,414 L a 22,711 L con el mismo mol a 0 °C.

Ley combinada de los gases: P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂

Si la cantidad de gas no cambia, el producto nR es igual en los dos estados y se cancela. Al mantener constante una de las variables se obtienen las leyes clásicas:

  • Ley de Boyle-Mariotte (T constante): P₁V₁ = P₂V₂
  • Ley de Charles (P constante): V₁/T₁ = V₂/T₂
  • Ley de Gay-Lussac (V constante): P₁/T₁ = P₂/T₂

Este es el caso por defecto del modo combinado. Si comprimes 2 L de gas a 100 kPa y 20 °C hasta 150 kPa mientras se calienta a 40 °C, el volumen final es V₂ = 2 × (100/150) × (313,15/293,15) = 1,4243 L. A 20 °C constantes, la misma compresión daría 2 × 100/150 = 1,33333 L: el calentamiento compensa una parte de la reducción de volumen.

Un recipiente rígido y cerrado se calcula igual, con el volumen fijo. Para que 100 kPa a 20 °C pasen a 150 kPa hay que calentar el gas hasta 293,15 × 150/100 = 439,725 K, es decir, 166,6 °C.

Comparación de los ejemplos

Las filas corresponden a 1 mol a 0 °C y 1 atm (valores iniciales), a la compresión hasta 150 kPa con calentamiento a 40 °C (volumen con la ley combinada) y a la misma compresión a 20 °C constantes (compresión isoterma).

EscenarioVolumen
Valores iniciales22,414 L
Volumen con la ley combinada1,4243 L
Compresión isoterma1,33333 L

De moles a moléculas y a masa

El número de moléculas se obtiene multiplicando la cantidad por la constante de Avogadro: N = n × 6,02214076 × 10²³, de modo que 1 mol contiene 6,022 × 10²³ moléculas. En un gas monoatómico, como el argón, las partículas que se cuentan son átomos.

Para la masa, multiplica n por la masa molar del gas. Los 40,34 mol que caben en 1 m³ a 100 kPa y 25 °C pesarían 1130 g si fueran nitrógeno (N₂, 28,014 g/mol). La calculadora de masa molar da M para cualquier fórmula química.

Cuándo los gases reales se apartan de PV = nRT

La ecuación trata las moléculas como puntos que no se atraen entre sí (OpenStax University Physics). Ninguna de las dos hipótesis se cumple del todo.

El dióxido de carbono a 25 °C y 1 atm ya se desvía alrededor de un 0,5 %, y el error crece a presión alta y cerca de la condensación. La calculadora avisa por encima de 100 bar o por debajo de 150 K; en esas condiciones conviene usar la ecuación de van der Waals o una ecuación de estado del virial.

Errores frecuentes

  • Presión manométrica. Un manómetro de bombona indica la presión por encima de la atmosférica. Para 10 L a 200 kPa manométricos y 20 °C, la presión absoluta a nivel del mar es 301,325 kPa y la cantidad, 1,236 mol; con la lectura del manómetro se obtienen 0,821 mol, un 34 % de menos.
  • Grados Celsius en la fórmula. 1 mol a 1 atm y 20 °C ocupa 24,06 L. Si se escribe T = 20, salen 1,64 L, casi 15 veces menos.
  • Litros con pascales. R = 8,31446 va con m³ y Pa, o con litros y kPa; combinar litros con Pa desplaza el resultado un factor de 1000.
  • Gas que entra o sale. La ley combinada exige una cantidad fija; una fuga, un rellenado, una reacción o una condensación entre los dos estados la invalidan.

Datos que conviene revisar

  • La presión debe ser absoluta, la introduzcas en kPa, atm, bar, psi, mmHg o Pa.
  • Las temperaturas en °C o °F se convierten a kelvin antes de resolver; un valor por debajo del cero absoluto se rechaza.
  • La cantidad admite µmol, mmol, mol o kmol; 1000 mmol equivalen a 1 mol y dan los mismos 22,414 L en las condiciones iniciales.

Calculadoras relacionadas

Para pasar una muestra pesada a moles, usa la calculadora de gramos a moles. Si necesitas el calor para calentar un material, recurre a la calculadora de transferencia de calor.

Ejemplos resueltos

1 mol a 0 °C y 1 atm

Ley
PV = nRT
Qué calcular
Volumen
Presión P
1 atm
Cantidad de gas n
1
Unidad de cantidad
mol
Temperatura T
0 °C
Volumen
22,414 L

Fuente de comprobación: Volumen molar de un gas ideal según CODATA 2022 a 273.15 K y 101.325 kPa: 22.413 969 54 L/mol

Presión de 2 mol en 10 L a 300 K

Ley
PV = nRT
Qué calcular
Presión
Volumen V
10 L
Cantidad de gas n
2
Unidad de cantidad
mol
Temperatura T
300 K
Presión
498,868 kPa

Fuente de comprobación: 2 × 8.31446261815324 × 300 / 0.01 = 498867.757 Pa

Moles en 1 m³ a 100 kPa y 25 °C

Ley
PV = nRT
Qué calcular
Cantidad de gas
Presión P
100 kPa
Volumen V
1 m³
Temperatura T
25 °C
Cantidad de gas
40,3395 mol

Fuente de comprobación: 100000 / (8.31446261815324 × 298.15) = 40.3395455

Temperatura de 1 mol en 24,465 L a 1 atm

Ley
PV = nRT
Qué calcular
Temperatura
Presión P
1 atm
Volumen V
24,465 L
Cantidad de gas n
1
Unidad de cantidad
mol
Temperatura
298,145 K

Fuente de comprobación: 101325 × 0.024465 / 8.31446261815324 = 298.14508 K

Preguntas

¿Cuál es el valor de R en PV = nRT?

R = 8,314 462 618 153 24 J/(mol·K), exacta desde la revisión del SI de 2019 porque es el producto de dos constantes fijadas, la constante de Avogadro y la constante de Boltzmann. En otras unidades vale 0,082 057 L·atm/(mol·K), 8,314 L·kPa/(mol·K) y 62,364 L·mmHg/(mol·K). Usa la versión que corresponda a tus unidades de presión y volumen, o convierte todo al SI como hace esta calculadora.

¿Qué volumen ocupa un mol de gas en condiciones normales (STP)?

Depende de qué condiciones normales se usen. A 0 °C y 1 atm (101,325 kPa), un mol de gas ideal ocupa 22,414 L; a 0 °C y 100 kPa, la presión estándar que recomienda la IUPAC desde 1982, ocupa 22,711 L; a 25 °C y 1 atm ocupa 24,465 L. Comprueba qué definición usa tu libro o tu examen, porque las dos primeras difieren en un 1,3 %.

¿Por qué la temperatura debe expresarse en kelvin?

La presión y el volumen de un gas son proporcionales a la temperatura absoluta, que empieza en el cero absoluto, −273,15 °C. Pasar de 10 °C a 20 °C parece duplicar la temperatura, pero la temperatura absoluta solo sube de 283,15 K a 293,15 K, un 3,5 %, así que a presión constante el gas se dilata un 3,5 %, no un 100 %. La calculadora convierte °C y °F a kelvin antes de resolver.

¿Qué es la ley combinada de los gases?

P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂ para una cantidad fija de gas. Reúne la ley de Boyle (PV constante a temperatura fija), la ley de Charles (V/T constante a presión fija) y la ley de Gay-Lussac (P/T constante a volumen fijo). Calentar un recipiente rígido y cerrado de 20 °C a 40 °C eleva 100 kPa a 106,8 kPa, porque la presión aumenta en la proporción 313,15 K ÷ 293,15 K.

Acerca de esta calculadora

PV=nRT, R=8.314 462 618… J mol−1 K−1 (exact);P1V1T1=P2V2T2PV = nRT,\ R = 8.314\,462\,618\ldots\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}}\ (\text{exact});\qquad \frac{P_1V_1}{T_1} = \frac{P_2V_2}{T_2}

Fuentes

  1. CODATA 2022 — molar gas constant R and molar volume of an ideal gas (22.413 969 54 L/mol at 273.15 K, 101.325 kPa)
  2. OpenStax Chemistry 2e, §9.2 Relating pressure, volume, amount, and temperature: the ideal gas law

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Esta calculadora incluye 6 ejemplos resueltos con respuestas de fuentes independientes. Forman parte del conjunto de pruebas y también puedes ejecutarlos aquí.

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