Ecuación de estado del gas idealecuación

En 1834, Émile Clapeyron unificó las leyes experimentales de Boyle, Charles y Gay-Lussac en la ecuación única pV = nRT. Esta elegante fórmula describe el estado de equilibrio de un gas ideal, un modelo donde las moléculas se consideran puntuales y sin interacción entre sí. Funciona como un «conmutador» entre el volumen, la presión y la temperatura del gas, permitiendo predecir el comportamiento de los gases reales en condiciones ordinarias.

Los gases están formados por partículas diminutas (moléculas) que se mueven caóticamente. La presión del gas es la suma de sus choques contra las paredes. La ecuación relaciona cuatro magnitudes: presión (fuerza por área), volumen (espacio que ocupa), temperatura (medida de la energía de las moléculas) y cantidad de sustancia (número de moléculas). Si se calienta un gas a volumen constante, la presión aumenta porque las moléculas golpean más a menudo y con más fuerza.

El gas ideal es un modelo teórico donde las partículas no tienen volumen propio y no interactúan a distancia, experimentando solo colisiones elásticas. La ecuación de estado pV = nRT establece la relación entre los parámetros macroscópicos. Se deduce de la teoría cinética de los gases, donde la presión se expresa a partir de la energía cinética media de las moléculas: p = (2/3) n ⟨E_k⟩. La energía interna de un gas ideal depende solo de la temperatura: para un gas monoatómico U = (3/2) nRT. La ley es un caso límite para gases reales a bajas presiones y altas temperaturas.