Ecuación general de los gases perfectos

A partir de los parámetros de presión, P, volumen, V, temperatura T, y número de moles, n, y de lo establecido en las leyes de los gases, se puede determinar una ecuación que defina el estado general de los gases perfectos (también llamados ideales), entendidos éstos como modelos idealizados de comportamiento que siguen sin variaciones los principios de la teoría cinético-molecular y que, en condiciones normales, no presentan desviaciones significativas respecto a los reales.

En este contexto, según las leyes previamente expuestas, a las que se incorpora una constante de proporcionalidad, R, puede exponerse que:

O lo que es lo mismo:

Tal es la formulación de la ecuación general de los gases ideales, y en la que, además de las variables ya conocidas, se incorpora R, la constante universal de los gases, cuyo valor puede determinarse en función de la propia ecuación con los valores de condiciones normales, P = 1 atmósfera, V = 22,4424 l, n = 1 mol y T = 0 °C = 273 K.

Así pues, el valor de R es:

Sobre esta base es posible conocer cualquiera de las variables incluidas en la ecuación para cualquier masa gaseosa.

Gases reales: desviación del comportamiento ideal

En condiciones normales la mayor parte de los gases reales se comportan idealmente, por lo que su presión y su volumen pueden deducirse de la ecuación general de los gases ideales. Sin embargo, en condiciones de baja temperatura o presión elevada (con valores próximos a aquéllos en los que el gas se licua) el comportamiento no ideal de un gas se hace más significativo.

A baja temperatura, la energía cinética de las moléculas del gas es escasa, por lo que cabe la posibilidad de que algunas de ellas queden adheridas a otras por fuerzas de atracción entre ellas. Por su parte, a presión elevada, las moléculas están mucho más próximas entre sí, por lo que el volumen libre es una fracción más pequeña del volumen total.

Para este tipo de situaciones, el holandés Johannes v an der Waals estableció una reformulación de la ecuación general de los gases, en la que introdujo dos factores de corrección, nb, y n 2 a:

Ésta es la llamada ecuación de Van der Waals, que, como la ecuación general de los gases ideales, se considera una ecuación de estado, en tanto que describe una forma de agregación de la materia. En ella n es el número de moléculas y a y b son las denominadas constantes de Van der Waals, que presentan valores predeterminados para cada compuesto molecular gaseoso. La primera se correlaciona con los valores de presión y la segunda con los de volumen.