Ecuación de estado de Van der Waals vs. Gas Ideal — Isotermas P-V
a = 3.61 L²·atm/mol² · b = 0.0429 L/mol · Tc = 304.1 K
Volumen del recipiente
Temperatura absoluta del gas
Moles del gas (o masa si se conoce la masa molar)
—
atm—
La ley del gas ideal describe el comportamiento de un gas hipotético donde las moléculas no interactúan entre sí y no ocupan volumen propio. La ecuación de estado es:
donde P es la presión, V el volumen, n la cantidad de sustancia en moles, R la constante universal de los gases (0.0820574 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹, valor NIST redondeado a 7 cifras significativas) y T la temperatura absoluta en Kelvin.
En 1873, Johannes Diderik van der Waals propuso una modificación que incorpora dos correcciones al modelo ideal:
Las constantes a y b son específicas de cada gas y se determinan experimentalmente. Gases con fuerzas intermoleculares fuertes (como el H₂O) tienen valores de a altos, mientras que gases nobles como el He tienen valores cercanos a cero.
El factor de compresibilidad mide la desviación del comportamiento ideal:
La temperatura crítica (Tc) es la temperatura por encima de la cual un gas no puede licuarse por compresión, sin importar la presión aplicada. Cuando T < Tc, la ecuación de Van der Waals puede predecir regiones donde coexisten las fases líquida y gaseosa (lazo de Van der Waals), y la ecuación pierde validez cuantitativa en esa zona.
Presión:
Volumen (cúbica):
Temperatura:
| Gas | a | b | Tc (K) |
|---|---|---|---|
| He | 0.0346 | 0.0238 | 5.2 |
| N₂ | 1.370 | 0.0387 | 126.2 |
| O₂ | 1.364 | 0.0318 | 154.6 |
| CO₂ | 3.610 | 0.0429 | 304.1 |
| H₂O | 5.460 | 0.0305 | 647.1 |
Unidades: a en L²·atm/mol², b en L/mol.
Atkins, P. W., & de Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10.ª ed.). Oxford University Press. Capítulo 1: Las propiedades de los gases.