¿Qué es el factor de compresibilidad?
El factor de compresibilidad, representado por Z, indica en qué medida un gas real se aparta del comportamiento de un gas ideal. Para un gas ideal, Z vale exactamente 1. Cuando Z < 1, el gas es más compresible de lo ideal (predominan las fuerzas de atracción); cuando Z > 1, es menos compresible de lo ideal (predominan las fuerzas de repulsión y el volumen finito de las moléculas). Z es una magnitud adimensional y resulta esencial en ingeniería química y petrolera, donde es imprescindible predecir con precisión la densidad y el volumen de los gases.
La fórmula
Z se obtiene al despejar la ecuación de estado de los gases reales PV = ZnRT:
$$Z = \frac{\text{P} \cdot \text{V}}{\text{n} \cdot R \cdot \text{T}}$$
donde P es la presión absoluta (Pa), V es el volumen (m³), n es la cantidad de sustancia (mol), T es la temperatura absoluta (K) y \(R = 8{,}314462618\ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\) es la constante universal de los gases. Recuerda emplear unidades del SI y la temperatura absoluta (en kelvin).
Cómo usar esta calculadora
Introduce la presión, el volumen, el número de moles y la temperatura medidos de tu muestra de gas. La calculadora te devuelve el valor de Z junto con el producto real PV y el producto ideal nRT, para que veas con claridad cómo se comparan ambos.
Ejemplo resuelto
Imagina que 1 mol de gas ocupa 0,0224 m³ a 101325 Pa y 273,15 K. Entonces $$nRT = 1 \times 8{,}314462618 \times 273{,}15 \approx 2271{,}10\ \text{J}$$ y $$PV = 101325 \times 0{,}0224 \approx 2269{,}68\ \text{J}.$$ Por tanto, $$Z = \frac{2269{,}68}{2271{,}10} \approx 0{,}9994:$$ muy próximo al valor ideal, tal como cabía esperar para un gas en condiciones cercanas a las estándar.
Preguntas frecuentes
¿Qué significa que Z = 1? Que el gas se comporta de forma ideal en esas condiciones.
¿Por qué hay que expresar la temperatura en kelvin? La ley de los gases exige usar la temperatura absoluta; emplear grados Celsius o Fahrenheit conduce a resultados erróneos.
¿Puede Z ser mayor que 1? Sí. A presiones elevadas, las fuerzas de repulsión y el volumen finito de las moléculas hacen que muchos gases sean menos compresibles de lo que predice el modelo ideal.
