Practica n 1 Ley de Boyle Ok (1)

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM

Fisicoquímica Fisicoqu ímica - Laboratorio

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Fisicoquímica - Laboratorio

PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº : LEY DE BOYLE

1. RESUMEN: Se analizó la presión a alturas diferente, se tomaba las altura haciendo referencia el mercurio correspondiente de un lado al igual que al otro lado, la cual nos sirvió para calcular la presión y volumen. Se realizó la gráfica Presión vs el inverso del volumen, de esta gráfica se halló la pendiente que representa a k (magnitud de la constante). Al medir variaciones de volumen frente a variaciones de presión con objeto de comprobar si el comportamiento del gas puede ser descrito mediante la Ley de Boyle. Es decir, si se explora el comportamiento físico de un ga s de acuerdo con la ley de Boyle y asumiendo comportamiento ideal, se puede concluir que, a temperatura constante: 

Si se duplica la presión sobre una masa dada de gas, su volumen se reduce a la mitad.



Si el volumen de una masa dada de gas se triplica, la presión se reduce en un tercio.

Es usual en los experimentos sobre la ley de Boyle obtener un conjunto de datos de presión y volumen, los cuales se pueden representar gráficamente para obtener el valor de k.

2



2. OBJETIVO.Comprobar experimentalmente la ley de Boyle y aplicar regresión l ineal

3. FUNDAMENTO TEÓRICO.MARCO TEORICO Robert Boyle (1627-1691): Científico británico, uno de los primeros defensores de los métodos científicos y uno de los fundadores de la química moderna. Nació en Lismore, Irlanda, y estudió en Ginebra, Suiza. Se estableció en Inglaterra y se dedicó a la investigación científica. Boyle es considerado uno de los fundadores de los métodos científicos modernos porque creyó en la necesidad de la observación objetiva y de los experimentos verificables en los laboratorios, al realizar los estudios científicos. Boyle fue el primer químico que aisló un gas. Perfeccionó la bomba de aire y sus estudios le condujeron a formular, independientemente de su colega francés Edme Mariotte, la ley de física conocida hoy como “ley de Boyle-Mariotte”. Esta ley establece que a una temperatura constante, la presión y el volumen de un gas son inversamente proporcionales. En el campo de la química, Boyle observó que el aire se consume en el proceso de combustión y que los metales ganan peso cuando se oxidan. Reconoció la diferencia entre un compuesto y una mezcla, y formuló su teoría atómica de la materia basándose en sus experimentos de laboratorio. En su obra El químico escéptico (1661), Boyle atacó la teoría propuesta por el filósofo y científico griego Aristóteles (384-322 a.C.) según la cual la materia está compuesta por cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua. Propuso que partículas diminutas de materia primaria se combinan de diversas maneras para formar lo que él llamó corpúsculos, y que 3



todos los fenómenos observables son el resultado del movimiento y estructura de los corpúsculos. Boyle fue también el primero en verificar las diferencias entre ácidos, bases y sales. Entre sus obras están Origen de formas y características según la filosofía corpuscular (1666) y Discurso de las cosas más allá de la razón (1681). Boyle fue uno de los miembros fundadores de la Royal Society de Londres. La relación matemática que existe entre la presión y el volumen de un cantidad dad de un gas a una cierta temperatura fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Boyle encerró una cantidad de aire en el extremo cerrado de un tubo en forma de U, utilizando mercurio como fluido de retención. Boyle descubrió que el producto de la presión por volumen de una cantidad fija de gas era un valor aproximadamente constante. Notó que si la presión de aire se duplica su volumen era la mitad del volumen anterior y si la presión se triplicaba el volumen bajaba a una tercera mitad del inicial. También observo que al calentar un gas aumentaba su volumen si la presión se mantenía constante, a este proceso se le llama proceso isoborico. La ley de Boyle se puede expresar como:

Hoy, después de numerosas confirmaciones del trabajo de Boyle y experimentos adicionales, la relación entre el volumen y la presión de un gas se conoce como Ley de Boyle. Si aumenta la presión de un gas. El volumen disminuye proporcionalmente; por lo tanto, si la presión disminuye, el volumen aumenta. Si dos cantidades son inversamente proporcionales, cuando una aumenta la otra disminuye.

4


Ley de Boyle:


A temperatura constante. El volumen de una misma masa de gas es inversamente proporcional a la presión.

V

1 

P

Volumen molar:



VP=K



V1 P1 = V2 P2

En condiciones normales (T = 0°C , P = 1 atm)

Un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 litros y tiene 6,023 x 1023 moléculas del gas.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Experiencia Nº 1. Comprobación de la ley de Boyle: Relación Presión- Volumen a Temperatura Constante 1.- Mida el volumen muerto de la bureta (Vm), comprendido entre la marca final de la escala y la llave. Para lo cual ponga agua de caño hasta la mitad de la bureta previamente sujeta al soporte. Coloque un vaso de 250 mL debajo de la bureta y abra la llave dejando caer el agua hasta la marca final (aplique su conocimiento de la lectura del menisco). Luego reemplace el vaso por una probeta limpia y seca de 10 ml y deja caer el agua que contiene el volumen muerto y anote este volumen.

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2.- Arme su equipo según como se muestra en la gráfica (vierta agua de caño por la pera de nivel hasta la marca 10 y a esta misma altura asegure la pera, de tal manera que el agua que contiene la pera esté al mismo nivel con el agua de la bureta)

3.- Antes de iniciar, asegúrese que no haya burbujas de aire en el tubo de goma y no exista escape de aire en el sistema. Para esto levante la pera de nivel hasta la marca 10, teniendo la llave abierta. Luego cierre la llave y alternadamente eleve o baje la pera unas dos veces. Al volver a nivelar el agua (sin abrir la llave) la marca en la bureta debe ser de nuevo 10. Si no es así, revise todas las conexiones y consulte con el profesor.

4.- Nuevamente abra la llave y baje la pera hasta que el nivel se detenga en la marca 10; luego cierre la llave.

5.- Determine el volumen inicial (V1) según la siguiente ecuación: V1 = Vb - 10

+ Vm

donde: Vb es el volumen de la bureta y Vm es el volumen muerto.(lea el volumen con precisión de 0,1 mL). La presión inicial P1 es la presión atmosférica actual del laboratorio (si no se tiene un manómetro, podemos tomar como P1 la presión promedio standar para Tacna que es aproximadamente 960 g/cm2 ó 706 mmHg).

6.- Suba la pera, (sin abrir la llave de la bureta) hasta que obtenga un desnivel de 10cm. Lea el cambio de volumen (∆V), o sea la diferencia entre la lectura de la

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bureta y la anterior. (Hacer varias mediciones: subir la pera 20, 30, 40, 50 y 60 cm)

Por lo tanto el volumen V2 será igual a:

V2 = V1 -∆V

; donde ∆V es el cambio de volumen.

P2 = P1+ ∆h

; ∆h es la altura equivalente a 10 cm de agua en mmHg.

10cm de agua = 7,35 mm Hg.

7.- Repetir el procedimiento, pero ésta vez bajando la pera de agua hasta obtener un desnivel aproximadamente de 10 cm (Hacer varias mediciones: bajar la pera 20, 30, 40, 50 y 60 cm). Hallar el volumen V3, según:

V3 = V1 - ∆V; P3 = P1-∆h;

donde ∆V es el nuevo cambio de volumen. donde ∆h es la nueva altura equivalente a 1 m de agua pero en

mm Hg.

Anote los datos a obtener :

7



REGLA

NIVEL DEL LÍQUIDO

VOLUMEN (ml)

PRESION (mmHg)

0

20

32.5

706

+10 cm

20.5

32

713.35

+20 cm

21.1

31.4

720.7

+30 cm

21.8

30.7

728.05

+40 cm

23

29.5

735.4

+50 cm

24.1

28.4

742.75

+60 cm

24.9

27.6

750.1

-10 cm

19.5

53

698.65

-20 cm

19.1

53.4

691.3

-30 cm

18.1

54.4

683.95

-40 cm

17.2

55.3

676.6

-50 cm

16.4

56.1

669.25

-60 cm

15.1

57.4

661.9

1. Reporte sus datos del experimento Nº 1 en el siguiente cuadro. V (mL)

P (mmHg)

P.V

32.5

706

22945

32

713.35

22827.2

31.4

720.7

22629.98

30.7

728.05

22351.135

29.5

735.4

21694.3

28.4

742.75

21094.1

27.6

750.1

20702.76

53

698.65

37028.45

53.3

691.3

36846.29

54.4

683.95

37206.88

55.3

676.6

37415.98

56.1

669.25

37544.925

57.4

661.9

37993.06

8



2. Ajustar a una recta de mínimos cuadrados (Ordenar de menor a mayor según la presión)

n

X (P)

Y (V)

1

661.9

57.4

2

669.25

3

2

2

XY

Y

438111.61

37993.06

3294.76

56.1

447895.5625

37544.925

3147.21

676.6

55.3

457787.56

37415.98

3058.09

4

683.95

54.4

467787.6025

37206.88

2959.36

5

691.3

53.3

477895.69

36846.29

2840.89

6

698.65

53

488111.8225

37028.45

2809

7

706

32.5

498436

22945

1056.25

8

713.35

32

508868.2225

22827.2

1024

9

720.7

31.4

519408.49

22629.98

985.96

10

728.05

30.7

530056.8025

22351.135

942.49

11

735.4

29.5

540813.16

21694.3

870.25

12

742.75

28.4

551677.5625

21094.1

806.56

13

750.1

27.6

562650.01

20702.76

761.76

ΣX= 9178

ΣY= 541.6

X

ΣX

2

=

ΣX Y=378280.06

6489500.095

Y = a + bX

ΣY

2

=24556.58

ΣY = an + b ΣX ΣXY = a ΣX + b ΣX2

9



DISCUSIÓN: A medida que la presión sobre el aire disminuía, aumentaba el volumen del aire, con lo cual se comprobó que la presión es inversamente proporcional al volumen para cualquier gas, y cumple la relación PV=K, lo cual representa una constante que se mantiene al variar los valores de presión y volumen de cualquier gas.

CONCLUSIONES Se pudo demostrar la Ley de Boyle, el cual estable una relación entre el volumen y la presión (el volumen es inversamente proporcional a la presión) . Se determinó la ley de Boyle, en todas las situaciones el producto de presión y volumen será constante: P x V = cte El volumen de la cámara de aire, siempre será proporcional a la longitud h del tramo de tubo que ocupa el gas encerrado.

CUESTIONARIO 1. Graficar en papel milimetrado la presión (abcisa) vs. Volumen( ordenada), que conclusiones obtiene al analizar sus gráficos

10



2. A 25°C una muestra de gas ocupa 10 l a la presión de 1 atm. Cuál será el volumen cuando se aplica 2,4 atm. V 1 = 10L T 1= 25 ºC

V 2 = ?

P 1= 1atm

P 2 = 2.4atm

 =  = (10)(1) (2,4) = 4.16  3. Una masa de gas ocupa 10 l a la presión de 480 mm de Hg. A que presión el volumen será de 15 l.

V 1 = 10L

V 2 = 15L

P 1= 480mmHg = 0.63atm

P 2 = ?

 =  = (0.6315)(10) = 0.421 = 320 (15)  4. Si se calienta 10 litros de una determinada masa de gas desde 87°C hasta 127°C . Cuál será el volumen final del gas.

V 1 = 10L

V 2 = ?

T 1= 87 ºC = 360.15 K

T 2 = 127 ºC = 400.15K

 =  = (400.15)(10) (360.15) = 11.11  

11



5. Calcular la masa de 1 litro de Cl2 en CN. V = 1L T = 273.15 K P = 1 atm m=?

 =   =  = .

(1)(1) = 0.044 . (0.082 .)(273.15)

  = 3.12  = (0,044) 70.9 

6. Una masa de gas ocupa 20 l a 760 mm de Hg y 5°C. Determinar el volumen a 30°C y 800 mm de Hg.

V 1 = 20L

V 2 = ?

T 1= 5 ºC = 278.15K

T 2 = 30 ºC = 303.15K

P 1= 760mmHg = 1atm

P 2 = 800mmHg = 1.053atm

 =  = (305.15)(20) (278.15) = 21.94  7. La masa de un gas es 0,0286 g, ocupa un volumen de 50 cm3 a 76 cm de Hg y 25°C. Cuál es el peso molecular del gas. V = 50m3= 50.000L T = 25ºC = 298.15 K P = 76 mmHg = 0.1 atm m = 0.0286 g

 =   =

(0.1)(50000) = 204.26 . )(298.15) (0.082 .

0.0286 = 1.4010− ⁄  =  = 204,2 12

Practica n 1 Ley de Boyle Ok (1)

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