UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA - EPIAM Fisicoquímica - Laboratorio

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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.

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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

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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.

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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.

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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; 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:

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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

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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

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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

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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

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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

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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⁄