TRABAJO EXPERIMENTAL N 6

TRABAJO EXPERIMENTAL N 6

LEY DE BOYLE

1. OBJETIVOS.-

Confirmar experimentalmente la ley de Boyle.

Analizar con base en grficos obtenidos a partir de los datos experimentales de presin y volumen, qu tanto se ajusta el aire al comportamiento ideal a las condiciones de trabajo en el laboratorio.2. FUNDAMENTO TERICO.-

Los tomos y molculas, en el estado gaseoso, se comportan como centros puntuales de masa que slo en el rango de las altas presiones y bajas temperaturas son afectadas por las fuerzas atractivas. Fuera de estos lmites, las propiedades fsicas de un gas se deben principalmente al movimiento independiente de sus molculas.

Si se considera a un gas contenido en un recipiente, la presin que ste ejerce es la fuerza por unidad de rea sobre las paredes debida a los impactos elsticos de las molculas.

Robert Boyle descubri en 1662 la relacin matemtica entre la presin y el volumen de una cantidad fija de gas a temperatura constante. Segn la ley de Boyle, el volumen de una masa dada de gas vara en forma inversamente proporcional a la presin cuando la temperatura se mantiene en un valor fijo. La expresin matemtica de la ley se escribe:

(Proceso isotrmico)La magnitud de la constante k es funcin de la cantidad qumica de gas y de la temperatura, para dos estados diferentes 1 y 2, la ley implica:

Es decir, si se explora el comportamiento fsico 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 presin 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 presin se reduce en un tercio.Es usual en los experimentos sobre la ley de Boyle obtener un conjunto de datos de presin y volumen, los cuales se pueden representar grficamente para obtener el valor de k. Un grfico de P versus V (figura 6.1) da como resultado la hiprbola caracterstica que corresponde a la ecuacin 6.1. Si se repite el experimento a temperaturas diferentes se genera una familia de hiprbolas, y debido a que la temperatura es constante a lo largo de cada lnea, stas curvas se denominan isotermas.

Figura 6.1 Representacin grfica de la ley de BoylePara encontrar el valor de k, se representa la presin como una funcin del inverso del volumen con el fin de obtener una lnea recta (figura 6.2). Aplicando el mtodo de los mnimos cuadrados se puede tener el mejor estimativo de k.3. MATERIAL Y EQUIPO.-

Los pasos a seguir en el siguiente laboratorio son:MATERIALESCARACTERSTICAS

Naranja de metilo---------------

Jeringa---------------

Matraz ErlenmeyerPirex

Tubo de vidrio delgado---------------

MangueraDe goma

Marcador de punta fina---------------

Regla graduada (+/- 1 [mm.])

4. MONTAJE DEL EXPERIMENTO.-

Figura 6.3 Montaje para la ley de Boyle

Figura 6.2 P versus 1/V en la ley de Boyle5. EJECUCIN DEL EXPERIMENTO.-

El experimento se realizar a una temperatura ambiente de 25[C] y con una presin atmosfrica en la ciudad de Oruro de 494 [mmHg], es decir, 0,65[atm].a) Disponer el montaje que se muestra en la figura 6.3. Adicionar un volumen exacto de agua al erlenmeyer hasta sus 2/3 partes y aadir dos gotas de naranja de metilo para que pueda visualizarse ms fcilmente la columna de lquido.

b) Las lecturas se inician con un volumen conocido de aire en la jeringa y sealando con el marcador el tope de la columna de lquido en el capilar. Medir la altura de la columna (hc) hasta la superficie del lquido en el erlenmeyer.c) A continuacin se introduce 0.50 mL el mbolo de la jeringa y se marca el nuevo tope del lquido en el capilar. El procedimiento se repite cada 0.50 mL hasta obtener un mnimo de 10 lecturas.d) Finalmente, se mide la distancia entre marcas para estimar la altura de la columna cada vez que se disminuy el volumen en la jeringa.

6. OBTENCIN Y REGISTRO DE DATOS.-

El volumen de aire (Va) puede calcularse de la ecuacin:

Va = Ve + Vj - VL - VcDonde:

Ve = Volumen del erlenmeyer, mL.

Vj = Lectura de volumen en la jeringa, mL

VL = Volumen de agua en el erlenmeyer, mL

Vc = Volumen del capilar dentro del erlenmeyer, mL

La presin del aire (Pa) se calcula de la expresin:

Tabla 1NVolumen en la jeringa (Vj) [ml.]Volumen del aire, (Va ), [L]Altura de la columna (hc), [cm.]1 / Va , [L-1]Presin del aire (Pa), [atm.]

1500 0,50,050 0,00053,181 0,520,00 0,543,330

2500 0,50,100 0,00051,580 0,510,00 0,521,550

3500 0,50,150 0,00051,025 0,56,67 0,514,005

4500 0,50,200 0,00050,762 0,55,00 0,510,428

5500 0,50,250 0,0005 0,598 0,54,00 0,58,198

6500 0,50,300 0,00050,487 0,53,33 0,56,688

-----------------1,05 0,00057,633 0,549,0 0,5104,199

7. PROCESAMIENTO DE DATOS.-

Con estos datos encontramos el valor de la constante k por el mtodo de mnimos cuadrados para lo cual completamos la siguiente tabla:

Tabla 2

Nx = 1 / Vay = (Pa)x2y2x*y

120,0043,33400,001877,49866,60

210,0021,55100,00464,40215,50

36,6714,0144,49196,1493,41

45,0010,4325,00108,7452,14

54,008,2016,0067,2132,79

63,336,6911,0944,7322,27

49,00104,20596,582758,711282,72

Con los datos obtenidos en la tabla hallamos los valores de A y B para la ecuacin linealizada:

El coeficiente de correlacin es:

El valor de r se encuentra muy aproximado a 1 por lo cual el resultado se encuentra o se considera como bueno, por lo cual la ecuacin arreglada ser:

Y con lo cual los datos corregidos sern:

Tabla 3

N123456

x = 1 / Va [L-1]20,0010,006,675,004,003,3349,00

y=Pa [atm]43,9621,9814,6510,998,797,33107,70

y y [atm]-0,63-0,43-0,64-0,56-0,59-0,64156,70

Pa*Va = k [atm*L]2,1982,1982,1982,1982,1982,198----------

En la tabla 3 se demuestra que el producto de la presin por el volumen es igual a una constante, por lo cual queda demostrado la ley de Boyle.

8. BIBLIOGRAFA.-

http://www.cmi.k12.il.us/Champaign/buildings/ci/projects/rowe/chem/gaslaws/boyleslaw.ht http://www.duke.edu/~th7/boyle.html http://wwwchem.csustan.edu/chem1112/boylecmp.htm http://www.aquaholic.com/gasses/boyle1.htm http://www.studentcentral.co.uk/coursework/essays/1220.html http://www.upscale.utoronto.ca/IYearLab/Intros/BoylesLaw/BoylesLaw.html_1232651776.unknown

_1232652004.unknown

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