Reacciones en fase gaseosa

Cuando los reactivos o los productos de una reacción química son gases, además del número de moles de las sustancias que reaccionan o se producen, intervienen otras magnitudes, como el volumen ocupado por los gases, la presión ejercida y la temperatura a la que dichos gases se encuentran.

Todas estas magnitudes están relacionadas mediante las leyes de los gases, que ya estudiaste en cursos anteriores. A su vez, estas leyes son casos particulares de otra ley más amplia: la ley de los gases ideales, que relaciona las cuatro magnitudes mediante las expresiones:

En estas fórmulas, n es el número de moles de gas y R es la constante de los gases ideales, cuyo valor es de 0,082 atm L/K mol. Por tanto, la presión debe ir en atmósferas, el volumen, en litros y la temperatura, en Kelvin.

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Calcula el volumen que ocupan 5 moles de nitrógeno (N2) a una presión de 3 atm y una temperatura de 25 °C.

Partimos de la ecuación de los gases ideales, de la que vamos a despejar el volumen: p V

5 mol · 0,082 atm L/K mol · 298,15 K 3 atm = 40,7 L

El volumen correspondiente a 5 moles del gas en esas condiciones de presión y temperatura es de 40,7 L.

La hipótesis de Avogadro

A partir de la ley de los gases ideales, puede deducirse fácilmente que la naturaleza del gas no interviene en la relación existente entre n y V. En concreto, un mol de cualquier gas, si la temperatura es de 273,15 K (es decir, 0 °C), y la presión ejercida es de 1 atm, ocupa un volumen de 22,4 L.

Este volumen correspondiente a 1 mol de gas en estas condiciones, se conoce como volumen molar en condiciones normales (0 °C y 1 atm).

El hecho de que, con independencia de cuales sean, el volumen molar de dos gases diferentes sea el mismo si se encuentran en las mismas condiciones de presión y temperatura, ya fue descubierto por Avogadro en el siglo xviii, quien lo formuló como hipótesis.

Hipótesis de Avogadro. En un mismo volumen de diferentes gases, medidos en idénticas condiciones de presión y temperatura, hay el mismo número de moléculas.

Esta hipótesis, ya validada, explica las relaciones de estequiometría en volumen descubiertas por Gay-Lussac, que puedes consultar en el código QR de esta misma página.

15. Un recipiente contiene gas argón (Ar) a una temperatura de 40 °C y 1,2 atm de presión. Teniendo en cuenta que el volumen del recipiente es de 4 L, ¿cuántos moles de gas hay en el recipiente?

16. La presión, en unidades del SI, se mide en pascales. No obstante, es habitual utilizar en química unidades como la atmósfera (atm) y el milímetro de mercurio (mmHg).

a) Calcula la presión que ejercen 5 mol de gas nitrógeno (N2), en un recipiente de 10 L a una temperatura de 20 °C.

b) Investiga la equivalencia entre atm y mmHg, y expresa la presión calculada en mmHg.