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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad De Ingeniería Química

Introducción

Ya sabemos que hay muchas sustancias formadas por moléculas, qué es una molécula, y que una sustancia determinada puede presentarse en tres distintos estados de agregación. Para que un sistema gaseoso quede correctamente determinado no alcanza simplemente con conocer la masa de gas, o la cantidad de gas (que se mide en moles). Se deben conocer otras tres variables, que son: temperatura, presión y volumen. Un gas no tiene volumen propio, por lo tanto ocupará todo el volumen del recipiente que lo contenga. Estas cuatro variables no son independientes, lo cual significa que a lo sumo se podrán poner arbitrariamente tres de ellas, y, automáticamente la cuarta quedará fijada. Cuando se quiere estudiar experimentalmente un gas, al existir cuatro variables, no se pueden cambiar todas juntas, porque no se llegaría a ninguna conclusión. Lo que se puede hacer experimentalmente es dejar fijas dos de ellas, y ver como varía la tercera en función de la cuarta. Eso fue lo que hicieron Robert Boyle (1627 – 1691) y Edme Mariotte (1620 – 1684) por un lado y Jacques A. Charles (1746 – 1823) y Joseph L. Gay Lussac (1778 – 1850) por el otro. En este informe trataremos de explicar un poco el trabajo realizado por los primeros y las conclusiones a las que llegaron.

1 Laboratorio N°1 Gases ley de Boyle

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Objetivos



Investigar experimentalmente la validez de la ley de boyle.

PV =CTE



Analizar con base en el grafico obtenido a partir de los datos experimentales de presión y volumen, qué tanto se ajusta el aire al comportamiento ideal a las condiciones de trabajo en el laboratorio.

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Fundamento teórico Los átomos y moléculas, en el estado gaseoso, se comportan como centros puntuales de masa que sólo en el rango de las altas presiones y bajas temperaturas son afectadas por las fuerzas atractivas. Fuera de estos límites, las propiedades físicas de un gas se deben principalmente al movimiento independiente de sus moléculas. Si se considera a un gas contenido en un recipiente, la presión que éste ejerce es la fuerza por unidad de área sobre las paredes debida a los impactos elásticos de las moléculas. Robert Boyle descubrió en 1662 la relación matemática entre la presión y el volumen de una cantidad fija de gas a temperatura constante. Según la ley de Boyle, el volumen de una masa dada de gas varía en forma inversamente proporcional a la presión cuando la temperatura se mantiene en un valor fijo. La expresión matemática de la ley se escribe: P× V =K

La magnitud de la constante

K

(Proceso isotérmico) es función de la cantidad química de gas y

de la temperatura. Para dos estados diferentes 1 y 2, la ley implica: P1 V 1=P 2 V 2 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.

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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. Un gráfico de P versus V da como resultado una hipérbola característica. Si se repite el experimento a temperaturas diferentes se genera una familia de hipérbolas, y debido a que la temperatura es constante a lo largo de cada línea, éstas curvas se denominan isotermas.

Representamos gráficamente lo descrito anteriormente como:

Para encontrar el valor de k, se representa la presión como una función del inverso del volumen con el fin de obtener una línea recta.

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La forma que más utilizamos para representar la Ley de Boyle corresponde a la primera gráfica, donde se muestra a una rama de una hipérbola equilátera.

Fundamento experimental A.- EQUIPOS Y MATERIALES Pisceta con agua

Aire atmosférico

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Termómetro

Equipo de medición isotérmica

B.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL  





Verificar el estado óptimo del equipo con el que se va a trabajar; en este caso el equipo de medición isotérmica. Medir la temperatura del agua de la pisceta, puesto que es a esta temperatura la que se va a mantener constante y con la que vamos a trabajar. Realizar los apuntes correspondientes. Vaciar agua de la pisceta en el tubo que contiene el medidor de volumen del equipo de medición isotérmica, hasta que este quede totalmente cubierto. Empezar a tomar medidas de la presión de aire para un volumen determinado de este, se empezara desde 4 cm 3, ir descendiendo hasta un volumen aproximado de 0.5 cm 3 ó 0.3 cm3. Tomar apuntes de las medidas puesto que con estas realizaremos cálculos y graficaremos.

C.- REGISTRO DE MEDICIONES Las mediciones obtenidas se presentan en la siguiente tabla: Tabla 1 6 Laboratorio N°1 Gases ley de Boyle

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Medición 1

Presión (Pa) 5 0,5 ×10

Volumen (cm3) 4

Medición 2

0,5 ×105

3.5

Medición 3

1× 105

3

Medición 4

1,5 ×10

Medición 5

2,5 ×105

Medición 6

4 × 10

Medición 7

7 ×105

1

Medición 8

16.5× 105

0.5

5

5

2.5 2 1.5

Para realizar la gráfica de P vs 1/V tenemos: Tabla 2 1/V (cm -3) 0,25

Medición 1

Presión (Pa) 0,5 ×105

Medición 2

0,5 ×10

0,28

Medición 3

1× 105

0,33

Medición 4

1,5 ×105

0,4

Medición 5

2,5 ×105

0,5

Medición 6

5

4 × 105

0,66 5

Medición 7

7 ×10

1

Medición 8

16,5× 105

2

Observación -

Como el trabajo consiste en graficar un proceso isotérmico, se ha medido una temperatura constante igual a 22° C .

D.- CALCULOS De acuerdo a la teoría: 7 Laboratorio N°1 Gases ley de Boyle

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PV =K Luego por la experimentación la pendiente de la grafica

P vs 1/V

es

K ;

entonces: K=PV =nRT =923669,71 Pa/cm−3 Luego con la ecuación de los gases ideales calcularemos la cantidad de moles de aire con la que hemos trabajado y posteriormente la masa del mismo. nRT =923669,71 Pa/cm −3 Despejando R=

n :

923669,71 Pa /cm−3 nT

Calculamos el n° de moles n=

Vi Vm

Como el gas está a C.N en 1 mol de gas hay 22.4 lt Vm=22.4lt/mol

Vi=4cm3=4ml

Por lo tanto: n=

4 ml 22,415