Constante de los gases ideales

La constante universal de los gases ideales ^[1]​ ^[2]​ es una constante física que relaciona entre sí diversas variables de estado gaseoso, estableciendo esencialmente una relación entre el volumen, la presión, la temperatura y la cantidad de materia.

Introducción

En su forma más particular la constante se emplea en la relación de la cantidad de materia en un gas ideal, medida en número de moles (n), con la presión (P), el volumen (V) y la temperatura (T), a través de la ecuación de estado de los gases ideales^[3]​ ^[4]​ ^[5]​ ^[6]​ ^[7]​

${\displaystyle PV=nRT}$ 

El modelo del gas ideal asume que el volumen de la molécula es cero y las partículas no interactúan entre sí. La mayor parte de los gases reales se acercan a esta constante dentro de dos cifras significativas, en condiciones de presión y temperatura suficientemente alejadas del punto de licuefacción o sublimación. Las ecuaciones de estado de gases reales son, en muchos casos, correcciones de la anterior.

Valor de R

El valor de R en distintas unidades es:

${\displaystyle R={\begin{cases}=0,08205746\mathrm {\left[{\frac {atm\cdot L}{mol\cdot K}}\right]} \\=62,36367\mathrm {\left[{\frac {mmHg\cdot L}{mol\cdot K}}\right]} \\=1,987207\mathrm {\left[{\frac {cal}{mol\cdot K}}\right]} \\=8,31446261815324\mathrm {\left[{\frac {J}{mol\cdot K}}\right]} \\\end{cases}}}$ 

${\displaystyle R}$	Unidad	Observación
8,31446261815324 x 10^-3	kJ / (K mol)
8,31446261815324	J / (K mol)
0,08205746	L atm / (K mol)
8,205746 x 10^-5	m^3 atm / (K mol)
8,3144661815324	dm^3 kPa / (K mol)
8,3144661815324	L kPa / (K mol)
8,3144661815324	m^3 Pa / (K mol)
62,36367	L mmHg / (K mol)
62,36365	L Torr / (K mol)
83,144661815324	L mbar / (K mol)
1,987	cal / (K mol)
6,132440	lbf ft / (K g-mol)
10,73159	ft^3 psi / (°R lb-mol)
0,7302413	ft^3 atm / (°R lb-mol)
1,986	Btu / (°R lb-mol)
2,2024	ft^3 mmHg / (K mol)
8,3144661815324 x 10^7	erg / (K mol)
1716	ft lb / (°R slug)	Solo aire, sin vapor de agua
286,9	N m / (kg K)	Solo aire, sin vapor de agua
286,9	J / (kg K)	Solo aire, sin vapor de agua
0,08205746	dm^3 atm / (K mol)
8,3144661815324 x 10^-5	m^3 bar / (K mol)

Relevancia

Si bien la constante se introdujo originalmente en el contexto de los gases, y de ahí su nombre, la constante R aparece en muchos otros contextos que no tienen nada que ver con los gases. Eso se debe a que realmente la constante R está relacionada con la constante de Boltzmann, que es un factor que relaciona en muchos sistemas unidades de energía con unidades de temperatura. Así, cuando la relación se establece con la cantidad de materia entendida como número de partículas, se transforma la constante R en la constante de Boltzmann, que es igual al cociente entre R y el número de Avogadro:

${\displaystyle k_{B}={\frac {R}{N_{A}}}}$ 

Como desde 2019 las constantes de Boltzmann y de Avogadro fueron definidas con valor exacto, ello hace que R también tenga un valor exacto. Además de en la ecuación de estado de los gases ideales, la constante universal R (o en forma de constante de Boltzmann) aparece en muchas expresiones físico-químicas importantes, como la ecuación de Nernst, la de Clausius-Mossotti (conocida también como de Lorentz-Lorentz), la de Arrhenius, la de Van't Hoff, la ley de Dulong-Petit, así como en termodinámica estadística.

Véase también

• Ley de los gases ideales
• Ecuación de Van der Waals
• Ley general de los gases
• Constante de Avogadro
• Teoría cinética

Referencias

1. Virto Albert, Luís (2017). «1.1». Dinámica de gases. Universitat Politècnica de Catalunya. p. 13. ISBN 978-84-9880-692-2. 
2. Movilla Rosell, José Luis; Movilla, José Luis (2005). «7». Termodinámica química. Publicacions de la Universitat Jaume I. p. 164. ISBN 84-8021-524-0. 
3. Química inórganica en Google libros
4. Peter William Atkins; Loretta Jones (2006). «4.8». Principios de química (5 edición). Ed. Médica Panamericana. p. 135. ISBN 978-95-0060-282-2. 
5. Biel Gayé, Jesús (1997). «14.1». Curso Sobre el Formalismo y Los Métodos de la Termodinámica 1 (1 edición). Editorial Reverte. p. 252. ISBN 978-84-291-4343-0. 
6. Joseph W. Kane; Morton M. Sternheim (1989). «10.4». Física (José Casas Vázquez; David Jou Mirabent, trad.) (2 edición). Editorial Reverte. p. 229. ISBN 978-84-291-4318-8. 
7. Charles Kittel (1972). «11». Física térmica. Editorial Reverte. p. 187. ISBN 978-84-291-4076-7. 

Bibliografía

• Peter J. Mohr, and Barry N. Taylor, "CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 1998", Rev. Mod. Phys., Vol 72, No. 2, April 2000
• Levine, I.N. “Physical Chemistry ” (4ª ed.), McGraw-Hill, New York, 1996. “Fisicoquímica” (trad. A. González Ureña, versión de la 4ª ed.), McGraw-Hill/Interamericana, Madrid, 1999.
• “Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química”. J.M. Smith J.M. y H.C. Van Ness. 7a Ed. Mc Graw-Hill

Enlaces externos

• Gas Constant CODATA Value at NIST
• Boltzmann Constant CODATA Value at NIST

•   Datos: Q182333