• Author / Uploaded
• Pamelitha Alexandra Mañay

Citation preview

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE CIENCIAS CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA LABORATORIO DE QUÍMICA FÍSICA PRÁCTICA No. 1: LEY DE BOYLE 1. DATOS GENERALES: NOMBRES:  Pamela Alexandra Mañay Bonilla  Danny Roberto Ortega Mazón  Erick Ferdinand Silva Olivo  Silvia Janneth Anilema Cepeda  Mónica Belén Reino Taday

CÓDIGOS: 3102 3108 3121 3077

2. OBJETIVOS: 2.1. 

OBJETIVO GENERAL. Confirmar de manera experimental la ley de Boyle.

2.2. 

OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Analizar con base en gráficos obtenidos 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. Comprobar la relación que existente entre la presión y el volumen que se menciona en la ley de Boyle.



3. FUNDAMENTO TEÓRICO LEY DE BOYLE-MARIOTTE El físico irlandés Robert Boyle (1627-1691) y prácticamente a la vez y separadamente el francés Edme Mariotte (1620-1684) en el año 1660 enunciaron la ley que lleva sus nombres y que se enuncia: “A temperatura constante y para la misma masa de gas, las presiones son inversamente proporcionales a los volúmenes”

Esta ley experimental y su comprobación se hace con el tubo de Mariotte. El depósito A de este tubo se llena de un gas, aire por ejemplo, abriendo su llave; cerrada ésta, el nivel del mercurio del interior de A y el depósito B quedan a la misma altura, lo que nos indica que la presión del gas interior e s la atmosférica, la cual determinaremos con un barómetro. El volumen del gas se conoce por la graduación de la bureta A. Elevemos B y el mercurio quedará en una posición como en la de la figura. Esperamos el tiempo suficiente para que la temperatura del gas se iguale a la del medio exterior (temperatura de la experiencia) puesto que en su comprensión se ha calentado y hacemos las medidas. La presión en el punto C (presión del gas) es igual a la del D (teorema general de hidrostática), siendo ésta la atmosférica más la hidrostática correspondiente a la altura h. (Si la atmosférica se ha medido en cm de mercurio, basta sumarle el número de cm de h). El volumen, en esta segunda experiencia, queda determinado igual que en el anterior. Realizando cuantas experiencias deseemos, observamos que, muy aproximadamente, obtenemos: P1⋅V1=P2⋅V2= P3⋅V3=…., con lo que comprobamos la ley de Boyle Mariotte. La representación gráfica en el llamado “diagrama de Clapeyron” (V, p) de los valores obtenidos para los diferentes volúmenes y presiones para una determinada temperatura T del gas coinciden sensiblemente con una hipérbola equilátera cuyas asíntotas son los ejes. Para diversas temperaturas se obtendrá una familia de hipérbolas (isotermas) .

(Burbano y Gracia, 2003, p.268)

TEOREMA GENERAL DE HIDROSTÁTICA Los líquidos no reciben presiones únicamente del exterior. También el propio líquido pesa y esa fuerza peso va siendo mayor a medida que la profundidad medida desde la superficie libre del líquido aumenta. La diferencia de presión entre dos puntos de un mismo líquido es igual al producto del peso específico del líquido por la diferencia de niveles P2-P1=y.(h2-h1) Donde: P2, P1= presión hidrostática en los puntos 2 y 1 respectivamente en N/m2. h2,h1= profundidad a la que se encuentran los puntos 2 y 1 respectivamente. Y= peso específico del fluído, N/m3. (Pancorbo, 2012, p.25)

Figura 1.1. Representación de la ley de Boyle

Figura 1.2. P versus 1/V en la ley de Boyle

4. METODOLOGÍA.

Disponer el montaje adecuado para la ley de Boyle

Medir la altura de la columna hasta la superficie del liquido en el Erlenmeyer

Introducir 0.50 ml el embolo de la jeringa y marcar el nuevo valor del liquido en el capilar

Adicionar un volumen exacto de agua al Erlenmeyer hasta tener sus 2/3 partes.

Señalar con el marcador el tope de la columna de liquido en el capilar

Se repite el proceso cada 0.50 ml hasta obtener un minimo de 10 lecturas

Añadir dos gotas de naranja de metilo para poder visualizar facilmente la columna del liquido.

Iniciar las lecturas con un volumen de aire conocido de aire en la jeringa

Medir la distancia entre marcas para estimar la altura de la columna cada vez que se disminuo el volumen de la jeringa

Figura 3.1 Montaje para la ley de Boyle

5. MATERIALES.         

Naranja de metilo Jeringa Erlenmeyer de 250 mL Tapón de caucho ajustado al erlenmeyer Tubo de vidrio delgado Manguera Marcador de punta fina Probeta de 500 mL Regla graduada

5. RESULTADOS OBTENIDOS E INTERPRETACIÓN Temperatura__21__ °C Presión atmosférica_540_ atm Volumen del erlenmeyer (Ve) _350_ mL Volumen de agua ( VL) _200_ mL Volumen del capilar dentro del erlenmeyer (Vc) _24.4_ mL Tabla I. Datos y resultados de la ley de Boyle Volumen en la Volumen del jeringa (Vj ), mL aire, (Va ), mL 0

125.6

Altura de la columna (hc), mm 5.4

Presión del aire 1 / Va , mL-1 (Pa ), mm de Hg 7.96*10-3

544.22

0.5

126.1

6.8

7.93*10-3

544.32

1.0

126.6

8.8

7.89*10-3

544.46

1.5

127.1

10.5

7.86*10-3

544.59

2.0

127.6

11.3

7.83*10-3

544.65

2.5

128.1

12.7

7.80*10-3

544.75

El volumen de aire (Va) puede calcularse de la ecuación: (1.3) Donde: Ve = 350 ml Vj = Lectura de volumen en la jeringa, mL VL = 200mL Vc = Volumen del capilar dentro del erlenmeyer, mL La presión del aire (Pa) se calcula de la expresión:

Volumen en la Volumen del jeringa (Vj ), mL aire, (Va ), mL 0

125.6

Altura de la columna (hc), mm 5.4

Presión del aire 1 / Va ,

mL-1 (Pa ), mm de Hg

7.96*10-3

544.22

0.3

125.9

5.8

7.94*10-3

544.24

0.6

126.2

6.7

7.92*10-3

544.31

0.9

126.5

7.5

7.90*10-3

544.37

1.2

126.8

8.2

7.88*10-3

544.42

1.5

127.1

9.1

7.86*10-3

544.48

6. ACTIVIDADES POR DESARROLLAR: 

Calcular Va y Pa aplicando las ecuaciones 1.3 y 1.4. Construir un gráfico de Pa versus 1/Va en papel milimetrado. ¿Qué puede concluirse de la gráfica? Podemos concluir que a mayor valor de 1/Va aumenta la presión por tanto es directamente proporcional.  Tomar los valores experimentales de Pa y 1/Va y determinar el valor de k en la ecuación P = m (1/V) + b, utilizando el método de los mínimos cuadrados. (El valor de la pendiente m corresponde al valor de k). P= 2714,28x + 565,81 Por tanto el valor de k= 2714,28 P= -3342,75x + 570,83 Por lo tanto el valor de k=-3342,75  Demostrar que, para todos los datos, PV~k según la ley de Boyle. (Tomar un promedio de los valores PV y compararlos con k). PV=k Ejemplo de un valor promedio 544,22 x 5,4 = 2938, 79 Valor de k= 2714,28 Podemos observar que el valor de k no es tan bajo al promedio de PV 

Calcular la cantidad química de aire y demostrar que no varía durante el experimento. 1 mol de Na2O2 Primera tabla 1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑂2 V(L) 0,1256 𝐿 ∗ = 2,80𝑥10−3 44.8 𝐿 0.1256 1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑂2 0,1261 𝐿 ∗ = 2,81𝑥10−3 0.1261 44.8 𝐿 1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑂2 0,1266 0,1266 𝐿 ∗ = 2,82𝑥10−3 44.8 𝐿 0,1271

0,1276 0,1281

1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑂2 = 2,83𝑥10−3 44.8 𝐿 1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑂2 0,1276 𝐿 ∗ = 2,84𝑥10−3 44.8 𝐿 1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑂2 0,1281 𝐿 ∗ 44.8 𝐿 = 2,85𝑥10−3 0,1271 𝐿 ∗

Segunda V(L) 0.1256 0.1259 0,1262 0,1265 0,1268

1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑂2 = 2,80𝑥10−3 44.8 𝐿 1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑂2 0,1259 𝐿 ∗ = 2,81𝑥10−3 44.8 𝐿 1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑂2 0,1262 𝐿 ∗ = 2,82𝑥10−3 44.8 𝐿 1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑂2 0,1265 𝐿 ∗ = 2,83𝑥10−3 44.8 𝐿 0,1256 𝐿 ∗

0,1271 

X Y

10 271,42

Conocido el valor de k, encontrar los valores de P de la ecuación PV = k para los siguientes valores de V: 10, 20, 50, 70, 100, 120, 140, 160, 180 y 200 mL. Obtener un gráfico en papel milimetrado de P versus V, ¿Qué se puede concluir? P= k/V 20 50 70 100 120 140 160 180 135,71 54,29 38,78 27,14 22.62 19,38 16,96 15,98 El volumen es directamente proporcional a la presión.

200 13,57



¿Debería añadirse el volumen de la manguera como un sumando adicional en la ecuación 1.3? No es necesario debido a que el volumen que tiene la manguera es un volumen despreciable y no interviene en la ecuación.  Teniendo en cuenta que se ha usado una mezcla de gases (aire) y no un gas puro, ¿era de esperarse que esta mezcla obedeciera la ley de Boyle? Explicar. Debido a que el gas (el aire) si obedece a la ley de Boyle debido a que es una mezcla de gases y por lo tanto actúa el peso en función del volumen. 6. CONCLUSIONES  Como conclusión se puede decir que al realizar las tablas con los datos obtenidos tanto de la presión como del volumen se ha comprendido el comportamiento del gas, además durante la práctica se comprendió que la presión atmosférica también influye en los resultados.  Se logró demostrar la ley de Boyle, misma que establece la relación de dos magnitudes en este caso presión y volumen, el volumen es inversamente proporcional a la presión, es decir mientras la presión aumenta el volumen disminuye, y viceversa, además la temperatura es constante. 7. RECOMENDACIONES



Se recomienda que al ingresar al laboratorio se debe hacerlo de forma ordenada, puntual y con vestimenta adecuada para de esta forma evitar accidentes.  Previo a empezar la práctica se debe contar con los materiales, instrumentos y equipos necesarios.  Comprobar antes de tomar los valores de la práctica que no hay fugas de aire. 8. BIBLIOGRAFÍA.  Burbano, S. y Gracia, C. (2003). Física general. Madrid: Editorial Tébar  Pancorbo, F. (2012). Suministro, distribución y evacuación interior de agua sanitaria. Barcelona: Editorial Marcombo.  Brown, Theodore. Presión arterial. En: Química. La Ciencia Central. Prentice Hall. México. 1997. pp. 348.  Wolke, Robert L. Arriba, arriba y... ¿por qué? En: Lo que Einstein no sabía. Robin BooK. Bogotá. 2002. pp. 188 9. CUESTIONARIO. 



Un tanque de 10.0 L se llena con helio a una presión de 150 atm. ¿Cuántos globos de juguete de 1.50 L pueden inflarse a condiciones normales con el helio del tanque? Suponer un proceso isotérmico. R/. 1000 globos [Mortimer, Ch. E. Química. Grupo Editorial Iberoamericano, México, 1986.] P1V1=P2V2 𝑃1𝑉1 150 𝑎𝑡𝑚∗10 𝐿 𝑉2 = 𝑃2 𝑉2 = = 1000 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑜𝑠 1 𝑎𝑡𝑚

La presión a 20 °C de cierto gas contenido en un matraz de 0.50 L es de 1.00 atm. La masa del matraz y del gas es de 25.178 g. Se dejó escapar gas hasta que la presión final fue de 0.813 atm y se encontró que el matraz pesaba 25.053 g. Calcular la masa molar del gas suponiendo un proceso isotérmico. R/. 32 g/mol 𝑚 𝑚𝑅𝑇 PV=nRT  Pv= 𝑀 𝑅𝑇  𝑀 = 𝑃𝑣 𝑀=

0.125 𝑔 ∗ 0,0821 ∗ 293,15 𝐾 = 32,17 𝑔/𝑚𝑜𝑙 0.187 𝑎𝑡𝑚 ∗ 0,50

M= 32 g/mol  Un gas ideal, a 650 torr, ocupa una ampolla de volumen desconocido. Se retiró cierta cantidad de gas que se encontró que ocupaba 1.52 mL a 1.0 atm. La presión del gas restante en la ampolla fue de 600 torr. Suponiendo un proceso isotérmico, calcular el volumen de la ampolla.

1 𝑎𝑡𝑚

𝑃 = 650 𝑡𝑜𝑟𝑟 ∗ 760 𝑡𝑜𝑟𝑟 = 0,856 𝑎𝑡𝑚

V= 1.52 ml P= 1 atm

𝑃 = 600 𝑡𝑜𝑟𝑟 ∗

1 𝑎𝑡𝑚 = 0,789 𝑎𝑡𝑚 760 𝑡𝑜𝑟𝑟

0,856atm – 0,789atm= 0,0657 P1 V1= P2 V2 1 𝑎𝑡𝑚 ∗ 1.52 𝑚𝑙 𝑉2 = 0,067 V2= 23,1 ml