Post on 01-Feb-2016
description
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
1
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
2
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 gas 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.
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
3
2. OBJETIVO.-
Comprobar experimentalmente la ley de Boyle y aplicar regresión lineal
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
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
4
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.
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
5
Ley de Boyle: A temperatura constante. El volumen de una misma masa de
gas es inversamente proporcional a la presión.
PV
1 V P = K V1 P1 = V2 P2
Volumen molar: 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.
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
6
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
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
7
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; donde ∆V es el nuevo cambio de volumen.
P3 = P1-∆h; donde ∆h es la nueva altura equivalente a 1 m de agua pero en
mm Hg.
Anote los datos a obtener:
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
8
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
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
9
2. Ajustar a una recta de mínimos cuadrados (Ordenar de menor a mayor
según la presión)
n X (P) Y (V) X2 X Y Y
2
1 661.9 57.4 438111.61 37993.06 3294.76
2 669.25 56.1 447895.5625 37544.925 3147.21
3 676.6 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= 541.6ΣX
2=
6489500.095ΣX Y=378280.06 ΣY
2=24556.58
Y = a + bX ΣY = an + b ΣX
ΣXY = a ΣX + b ΣX2
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
10
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
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
11
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.
V1 = 10L
T 1= 25 ºC
P 1= 1atm
V2 = ?
P 2= 2.4atm
𝑉2 =𝑉1𝑃1
𝑃2=
(10𝐿)(1𝑎𝑡𝑚)
(2,4𝑎𝑡𝑚)= 4.16𝐿
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.
V1 = 10L
P 1= 480mmHg = 0.63atm
V2 = 15L
P 2= ?
𝑃2 =𝑃1𝑉1
𝑉2=
(0.6315𝑎𝑡𝑚)(10𝐿)
(15𝐿)= 0.421𝑎𝑡𝑚 = 320𝑚𝑚𝐻𝑔
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.
V1 = 10L
T 1= 87 ºC = 360.15 K
V2 = ?
T 2= 127 ºC = 400.15K
𝑉2 =𝑇2𝑉1
𝑇1=
(400.15𝐾)(10𝐿)
(360.15𝐾)= 11.11 𝐿
UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio
12
5. Calcular la masa de 1 litro de Cl2 en CN.
V = 1L
T = 273.15 K
P = 1 atm
m = ?
𝑛 =𝑃𝑉
𝑅𝑇=
(1𝑎𝑡𝑚)(1𝐿)
(0.082𝑎𝑡𝑚. 𝐿𝑚𝑜𝑙. 𝐾
)(273.15𝐾)= 0.044𝑚𝑜𝑙
𝑚 = 𝑛. 𝑃𝑀
𝑚 = (0,044𝑚𝑜𝑙) (70.9𝑔
𝑚𝑜𝑙) = 3.12𝑔
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.
V1 = 20L
T 1= 5 ºC = 278.15K
P 1= 760mmHg = 1atm
V2 = ?
T 2= 30 ºC = 303.15K
P 2= 800mmHg = 1.053atm
𝑉2 =𝑇2𝑉2
𝑇1=
(305.15𝐾)(20𝐿)
(278.15𝐾)= 21.94𝐿
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
𝑛 =𝑃𝑉
𝑅𝑇=
(0.1𝑎𝑡𝑚)(50000𝐿)
(0.082𝑎𝑡𝑚. 𝐿𝑚𝑜𝑙. 𝐾
)(298.15𝐾)= 204.26𝑚𝑜𝑙
𝑀𝑚 =𝑔𝑟
𝑛=
0.0286𝑔
204,2𝑚𝑜𝑙= 1.40𝑥10−4 𝑔 𝑚𝑜𝑙⁄