En una publicación anterior se habló de la Ley de gases ideales y se habían nombrado algunas aplicaciones. En esta oportunidad se utiliza la ley para calcular la densidad y el peso molecular de un gas.
Cálculos de la densidad
Reacomodando la ecuación de los gases ideales se obtiene:
n/V= P/RT
El número de moles del gas (n) esta dador por:
n= m/PM
donde m es la masa del gas y PM, el peso molecular. Reemplazando en la ley:
m/(PM)V= P/RT
Dado que la densidad está dada por la masa de un gas por unidad de volumen, se puede escribir:
ρ= m/V= P*(PM)/(RT)
A diferencia de líquidos y sólidos, las moléculas gaseosas están separadas por distancias que son amplias en comparación con su tamaño. Como consecuencia, la densidad de los gases es muy baja en condiciones atmosféricas y se expresa en unidades de gramos por litro (g/L).
Cálculos del peso molecular
Si bien el peso molecular de una sustancia se determinando examinando su fórmula molecular; muchas veces se trabaja con sustancias desconocidas o parcialmente definidas, y lo anterior no puede aplicarse.
Si la sustancia desconocida es un gas, se puede encontrar su peso molecular con la ley de gases ideales. Todo lo que se necesita es determinar el valor experimental de la densidad (con la masa y el volumen) del gas a una presión y temperatura dada. Al reordenar la ecuación se obtiene:
PM= ρRT/P
En un experimento típico, un bulbo de volumen conocido se llena del gas en estudio. Se registran la temperatura y presión del gas, y se determina la masa total del bulbo y del gas. Luego, el bulbo se vacía y se determina su masa. La diferencia entre ambos pesos da la masa del gas. Su densidad será su masa dividida el volumen del bulbo. Determinada la densidad, se calcula su peso molecular. Lógicamente un espectrómetro de masas es el elemento ideal para determinar la composición de una sustancia desconocida, pero el método anterior es útil para una primera aproximación o para cuando no se cuento con el equipo.