Cómo calcular el volumen en CNPT
Escrito por Estefanía Mac ; última actualización: March 08, 2019
En el mundo de la física y la dinámica de fluidos y gases es común tener que calcular el volumen de un gas en determinadas condiciones. Una de estas ocasiones es cuando toca calcular el volumen de un gas en CNPT.
Decimos que un gas está en CNPT para referirnos a que se encuentra en "Condiciones Normales de Presión y Temperatura". Esto significa que el gas se encuentra a 0 grados Celsius de temperatura y 1 atmósfera (atm) de presión.
Estas condiciones normales se usan para tabular los valores termodinámicos de los gases, así como también en el cálculo de otros valores físicos y químicos, según lo establece la Ley de los Gases Ideales.
Esta ley es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos. Esto significa que existe una conservación de momento y energía cinética entre sus partículas.
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En un gas ideal, la energía cinética es directamente proporcional a la temperatura. Los gases que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.
¿Cómo calcular el volumen de un gas en CNPT?
Para calcular el volumen de un gas en CNPT debemos entender que la presión ejercida por una fuerza física es inversamente proporcional al volumen de una masa gaseosa, siempre y cuando su temperatura se mantenga constante, o en términos más sencillos a temperatura constante, el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a la presión que este ejerce.
Para esto usaremos la fórmula que describe la Ley de los Gases Naturales, la cual es V = (n x R x T) / P.
En esta fórmula "P" representa la presión, "V" el volumen, 'n' el número de moles de un gas, "R" la constante molar y "T" la temperatura.
Ejemplo del cálculo del volumen de un gas en CNPT
Como ejemplo, calcularemos el volumen de 56 gramos de gas nitrógeno (N2) en CNPT, es decir, en condiciones normales de presión y temperatura, que son 0 grados Celsius de temperatura y una presión de 1 atmósfera.
Para esto usaremos la fórmula que describe la Ley de los Gases Naturales, la cual es V = (n x R x T) / P. En esta fórmula "P" representa la presión, "V" el volumen, n el número de moles de un gas, "R" la constante molar y "T" la temperatura.
Tomaremos la constante molar del gas nitrógeno para definir el valor de "R", en este caso 8,314472 J/mol.K. Es de destacar que la constante del gas se expresa en unidades del Sistema Internacional de Unidades, basado en el antiguo sistema métrico decimal. Por lo tanto, los demás parámetros de la ecuación deben estar en unidades del mismo sistema.
Ahora multiplicaremos la presión estándar de 1 atmósfera (atm) por 101.325 para convertirla a Pascales (Pa), que es una unidad de presión del sistema internacional.
Por lo tanto 1 atm = 101.325 Pa.
Suma el valor 273,15 a la temperatura estándar de 0°C para convertirla a grados Kelvin (K), 273,15 + 0 = 273,15 K.
Multiplica la temperatura (273,15 K) y la constante del gas, y luego divide por la presión de 101.325 Pa para obtener el valor de "(R x T) / P". En este caso, (R x T) / P = (8,314472 x 273,15) / 101.325 = 0,022414 m3 / mol.
Sustituye "(R x T) / P" por el valor hallado en el paso anterior para obtener V = (0,022414 x n). Nota que el volumen en condiciones estándares es función de la cantidad de gas en moles.
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Divide la masa del gas por su masa molar para calcular el número de moles. En nuestro ejemplo, 56 g / 28 g = 2 moles de gas nitrógeno. La masa molar del N2 es de 28 gramos por mol.
Multiplica el coeficiente 0,022414 por el número de moles para calcular el volumen del gas (en metros cúbicos) a temperatura y presión estándar. En nuestro ejemplo, la fórmula sería V = 0,022414 x 2 = 0,044828 m³.
Como 1 m³ = 1.000 litros, podemos multiplicar este resultado por dicha equivalencia y así tendremos que el volumen de los 56 gramos de N2 usados en este ejemplo es de 44,828 litros.
