La ecuación de Van der Waals simplificada
Conceptos básicos de la ecuación de Van der Waals
En este artículo, conocerás una de las ecuaciones de estado que se pueden utilizar para describir el estado de un gas no ideal: la ecuación de Van Der Waals.
Temas tratados en otros artículos
- Ley de Charles
- Ley de Avogadro
- Ley de Boyle
- Ley del gas ideal
- Teoría cinética molecular
Introducción a la ecuación de Van der Waals
La mayoría de las leyes de los gases que probablemente hayas aprendido sólo se aplican a los gases ideales. Los gases ideales implican una serie de supuestos que puedes conocer en nuestro artículo sobre la ley de los gases ideales, La ley de los gases ideales. Sin embargo, estos supuestos no se aplican realmente a algunos gases que puedes experimentar. Así que vamos a aprender sobre la ecuación de Van der Waals.
Johannes Diderik van der Waals, químico neerlandés (1923)
Para que un gas sea ideal, la presión debe ser baja, idealmente cercana a la presión atmosférica, de modo que el volumen de las partículas de gas sea despreciable en comparación con el volumen del sistema.
Además, la temperatura debe ser alta para que la energía cinética de las partículas de gas no se vea muy afectada por las fuerzas intermoleculares. A bajas temperaturas, las fuerzas intermoleculares tienen un mayor impacto en el movimiento de las partículas, pero a medida que aumenta la energía cinética, el impacto disminuye.
Factores de corrección
En rangos de presión y temperatura fuera del rango del gas ideal, necesitamos añadir factores de corrección a la ecuación del gas ideal para tenerlos en cuenta.
El primer factor de corrección es tener en cuenta el volumen que ocupa un gas real. Si consideramos todo el volumen del recipiente, el volumen del gas le restará. Por lo tanto, podemos añadir un factor de corrección a la ecuación:
P(Vm – b) = RT
Donde Vm es el volumen molar del gas, y b es el volumen ocupado por un mol del gas.
El segundo término de corrección que hay que añadir son las interacciones intermoleculares añadiéndolas a la presión. Ahora podemos reescribir la ecuación como:
(P + a/V2m ) (Vm – b) = RT
Se trata de la ecuación de estado de Van der Waals, que puede utilizarse para gases no ideales, como en este ejemplo. También existen otras funciones de estado, y la que debas utilizar dependerá de la situación.
Problemas de práctica de la fórmula de Van der Waals
Problema 1
O2 tiene los siguientes factores de corrección de Van der Waals:
H2O : a = 1.364atm ∗ dm6 ∗ mol-2 b = 3.1910-2 ∗ dm3 ∗ mol-1
Tienes 100mol de O2 en un 4.00m3 recipiente rígido a 298K. Calcula la presión.
Problema 2
El H2O gaseoso y el eteno (C2H4) tienen los siguientes factores de corrección de Van der Waals:
H2O : a = 5.464atm ∗ dm6 ∗ mol-2 b = 3.0510-2 ∗ dm3 ∗ mol-1
C2H6 : a = 4.552atm ∗ dm6 ∗ mol-2 b = 5.8210-2 ∗ dm3 ∗ mol-1
A igualdad de temperatura, volumen y moles, ¿qué gas tiene mayor presión?
Soluciones a problemas de práctica de la Fórmula de Van der Waals
1: 0.611atm
2: Eteno