Densidad y Volumen molar

Densidad de un gas

La densidad (d) es el cociente entre la masa (m) y el volumen (V). En el caso de los gases, como no tienen volumen fijo y adoptan el volumen del recipiente que los contiene, la densidad de un gas es el cociente entre su masa y el volumen del recipiente.

 d = m / V     (unidades: g / dm³)

Utilizando la ecuación de los gases ideales, se puede llegar a una ecuación que permita calcular la densidad de un gas conociendo la presión y la temperatura.

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     1) Sabiendo que la masa molar (M) es la masa (m) de 1 mol de sustancia (n):

M = m /n  ­­­­ ----(o lo que es lo mismo)---- >     n = m /M   (n=número de moles)    

       

      2) Reemplazando el número de moles en la ecuación de los gases ideales:

PV = m RT               PM = m RT  =  d  R T                     d = P M
        M                               V                                                 R T

Nota: si el recipiente es rígido (volumen constante), entonces la densidad del gas no se modifica con la presión ni la temperatura.

Volumen molar

Es el volumen ocupado por un mol de sustancia (sea esta sólida, líquida o gaseosa). 

Ejemplo, el volumen molar del agua líquida es el volumen que ocupa 1 mol de moléculas de agua en estado líquido, o sea el volumen que ocupan 18 g de agua. Como la densidad del agua en estado líquido (a 25 ºC) es 1 g/cm3; el volumen molar va a ser:  V_M(agua) = 18 cm³.

En el caso de los gases, para establecer el volumen molar es necesario además definir las condiciones de presión y temperatura.

Condiciones normales de presión y temperatura (CNPT): corresponden a una presión de 1 atm y a una temperatura de 0 ºC (273,15 K). El volumen molar determinado en estas condiciones se denomina volumen molar normal (V_MN).

Utilizando la ecuación de los gases ideales, se puede calcular facilmente el volumen molar normal de un gas:

Condiciones: n (número de moles) = 1 mol

                        T (temperatura) = 273,15 K

                        P (presión) = 1 atm 

Vmn = n RT = 1 mol x 0,082 atm dm³  x 273,15 K = 22,4 dm³

               P                 1 atm x   mol K 

Como se observa, ¡¡ el volumen molar normal es independiente de la naturaleza del gas!!

Por ejemplo, al comparar los datos del volumen molar y la densidad de tres gases distintos: se observa que si bien la densidad aumenta a mayor masa molar, el volumen molar normal es el mismo en los tres casos.

	Metano (CH4)	Etano (CH3-CH3)	Propano (CH3-CH2-CH3)
Presión y Temperatura	CNPT (1 atm, 273,15 K)	CNPT	CNPT
Masa molar (g/mol)	16	30	44
Volumen molar (dm3)	22,4	22,4	22,4
Densidad (g/dm3)	0,717	1,338	1,962