La costante dei gas (rappresentata dalla lettera R), nota anche come costante dei gas ideali, è una funzione della pressione (P), del volume (V), della temperatura (T) e delle moli di un gas (n) in una stechiometrica equazione. L’equazione PV = nRT è nota come legge dei gas ideali. Il valore di R può essere trovato riorganizzando l’equazione per leggere R = (PV) / (nT). In altre parole, la costante del gas è la pressione del gas moltiplicata per il suo volume, divisa per il numero di moli del gas moltiplicato per la sua temperatura in Kelvin.
I gas ideali sono ipotetici: obbediscono rigorosamente a tutte le semplici leggi sui gas e hanno un volume molare di 22.4141 litri a temperatura e pressione standard (STP), che è 273 Kelvin, 1 atmosfera. A STP, tuttavia, la maggior parte dei gas si comporta come gas ideali, quindi il valore di R è generalmente 0.0821 L atm / mol K o 8.3145 J / mol K. Ad esempio, la legge dei gas ideali e la costante dei gas possono essere utilizzate per trovare la pressione di 0.508 moli di ossigeno in un contenitore da 15 litri a 303 Kelvin. Sono noti il volume, la temperatura e il numero di moli.
P = (nRT) / V = (0.508 mol x 0.0821 L atm x 303 K) / 15.0 L mol K = 0.842 atm
Le cose cambiano quando un gas è a bassa temperatura o ad alta pressione. In queste condizioni, le molecole di gas si muovono più vicine e più lentamente, quindi le forze intermolecolari, chiamate van der Waals, fanno sì che la pressione misurata sia inferiore al previsto. Quando le molecole sono più vicine tra loro, anche il volume delle molecole reali diventa una frazione maggiore del volume totale del gas.
Per compensare il comportamento dei gas reali, entra in gioco l’equazione di van der Waals. L’espressione (n2a) / V2 compensa le forze di attrazione intermolecolari e l’espressione nb compensa il volume delle molecole di gas. Insieme, questi termini costituiscono l’equazione di van der Waals:
[P + (n2a) / V2] x (V-nb) = nRT
Le espressioni n2a e nb sono dette costanti di van der Waals e devono essere determinate sperimentalmente. L’equazione di van der Waals è necessaria solo quando il gas è ad alta temperatura o bassa pressione. Se il gas è pari o superiore alla temperatura ambiente ea una pressione inferiore a poche atmosfere, si applica la legge del gas ideale.