Come calcolare il volume di un gas

Molto spesso in chimica generale viene richiesto ad uno studente di calcolare il volume di un gas (può essere indicato anche come volume molare). Questo è il volume occupato dalla sostanza volatile (che sia questo un elemento oppure un composto chimico) nelle condizioni date da una determinata temperatura e pressione. Per calcolarlo è necessario dividere la massa molare (M) per la densità di massa. L'unità di misura che andrete ad utilizzare è il metro cubo su mole (m³/mol). Molte volte però è più semplice usare il decimo cubo su mole (dm³/mol) soprattutto se si prendono in considerazione ambienti più ristretti. In questa guida vi sarà spiegato nel dettaglio come calcolare il volume di un gas.

Prima di procedere è necessario che prendiate in considerazione la formula e che cerchiate di capire tutte le sue variabili. La formula di cui stiamo parlando è l'equazione di stato dei gas perfetti PV = nRT. Con la lettera V viene indicato il volume del gas che stiamo prendendo in considerazione. V dipende dalla temperatura T che viene espressa in Kelvin; con la lettera P si indica la pressione presente nel sistema e con n la quantità di gas espressa in moli. La lettera R invece rappresenta una costante chiamata costante dei gas che ha un valore fisso pari a 0,08206. In alcune variabili di questa equazione è possibile utilizzare la temperatura e la pressione standard usando come temperatura 273 gradi Kelvin ed un valore di pressione pari a 760 bar.

Ora potete leggere il vostro problema ed inserire mano a mano nell'equazione tutti i dati che avete a disposizione. R già lo conoscete. Se avete a disposizione i valori di tre delle altre variabili che fanno parte dell'equazione potete utilizzare un semplice calcolo algebrico per ricavare il dato che vi manca. Per capire meglio è opportuno fare un esempio. Supponete che il problema che dovete risolvere sia il seguente: qual è il volume del gas in 3 grammi di elio, una pressione di 800 bar a 296 gradi kelvin? In questo caso sapete i valori di quantità (n), pressione (P) e della temperatura (T). È ora possibile cominciare il calcolo che vi porterà a trovare il volume (V).

Per prima cosa è necessario convertire i bar in modo che alla fine resti come unità di misura il litro (tutte le altre unità di misura si annulleranno tra di loro per semplificazione. Questo significa convertire la pressione in atmosfere ottenendo come risultato 0,95 atm.

Ora dovete trasformare i grammi in moli. Per fare quest'operazione dovete munirvi di tavola periodica in modo che possiate trovare la massa molare dell'elemento che state studiando. In questo caso stiamo prendendo in considerazione l'elio; se la sua massa molare è 4 grammi per moli n sarà uguale a 0,75 moli.

Ora potete finalmente calcolare il volume del gas. Per ottenere questo dato moltiplicare le moli (n) per la costante del gas (R) e la temperatura (T), e dividere tale prodotto per la pressione (P). Nell'esempio visto: V = nRT / P o V = (0,75 x 0,08206 x 296) / 0,95. Secondo questo calcolo il volume sarà pari a 19,17 litri.