reporte2lt

Itzael Tamayo Vargas, Joel Eduardo Espinosa Pantoja

Practica No. 02

“LEY DE BOYLE: EFECTO DE LA PRESIÓN EN EL VOLUMEN DE UN GAS”

Resumen

Hay experimentos que nos permiten comprobar la Ley de Boyle a nivel laboratorio de una forma sencilla. En esta práctica se intentó comprobar lo que ésta ley postula, que es que el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión. Se utilizó una jeringa como sistema de medición, la cual fue sellada del agujero de succión y se adhirió a una tabla de madera, en la que se colocaron pesas de diferente peso para ver cuánto se comprimía el gas dentro de la jeringa. Luego se intentó calcular el peso de una masa desconocida, con ayuda de nuestro sistema y de la expresión algebraica de la ley.

Introducción

La presión es la fuerza por unidad de área, o, dicho de otra forma, es un Newton por metro cuadrado, lo que viene siendo igual a un Pascal. (Wilson, Buffra, 2003)

La Ley de Boyle nos dice que “Siempre que la masa y la temperatura de una muestra de gas se mantengan constantes, el volumen de dicho gas es inversamente proporcional a su presión absoluta”. Esto se expresa en la siguiente ecuación: P1V1=P2V2 (Tippens, 2011)

El experimento que realizó Robert Boyle para demostrar su ley fue la siguiente: Tomó un tubo de vidrio y lo dobló en forma de ‘J’ y selló un extremo. Dentro del tubo, había aire, un gas, que se encontraba del lado que estaba sellado. Entonces Boyle iba agregando mercurio poco a poco para poder modificar la presión del sistema. Cabe mencionar que esto fue realizado utilizando una cantidad fija de gas, a temperatura constante. Así Boyle examinó la relación presión-volumen del gas, sin tomar en cuenta la temperatura o la cantidad del gas.

La presión tiene unidades derivadas. Como ya se mencionó, la presión es la fuerza por unidad de área, que también se podría expresar como 1 N sobre metro cuadrado, lo que nos da 1 Pascal. También podemos encontrar que se expresa en Baria, kilogramo fuerza sobre metro cuadrado o milímetro de columna de agua. La unidad con la que más comúnmente es representada es la atmósfera. También suele usarse los torr, bar y milibar. (Galán García, 1987)

Podemos apreciar la Ley de Boyle en un automóvil, específicamente en su motor. En un cilindro se introduce una cantidad de aire, que permanece constante, a una presión y volumen constantes. Luego el aire se comprime, con lo que disminuye el volumen y aumenta la presión. Después la gasolina, que previamente fue depositada dentro del cilindro, hace combustión, lo que provoca una expansión en el volumen debido a un aumento de presión. Finalmente, el aire es expulsado del cilindro.


Ahora veamos las siguientes gráficas. En la Figura 1 podemos apreciar la gráfica de volumen respecto a presión, recordando que la temperatura permanece constante. En este ejemplo, tenemos nitrógeno puro confinado en un espacio cerrado al que se le fue aumentando la presión, a una temperatura constante de 25°C. Se aprecia claramente como el volumen disminuye conforme la presión aumenta.

Démosle un vistazo a la Figura 2. Esta gráfica tiene las mismas condiciones que la anterior, pero con un pequeño cambio. La presión se tomó como 1/P, lo que nos permite ver una línea recta. Esto nos dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión que tenga, lo que es conveniente en la práctica pues permite predecir el volumen que tendrá una sustancia a ciertas condiciones, sabiendo pocos datos, pues se puede extrapolar.

Figura 1 – Gráfica del volumen en función de la presión.

Figura 2 – Gráfica del volumen en función de 1/P

Metodología

Se selló el extremo de la jeringa de 60mL y se colocó un tapón cuidando que no existiera ninguna fuga, se pegó el péndulo de la jeringa en una tabla de madera asegurándose de que la jeringa se encontrara centrada y la tabla se sujetara firmemente.

La jeringa se llenó con gas de humo de cerillos, se tapó y se colocó en el soporte universal con ayudo de unas pinzas.

Figura 1. Armado de aparato.


Se pesaron las pesas en una balanza granataria para después colocarlas encima de la tabla de madera. Se registró el volumen desplazado de la jeringa al colocar consecutivamente cada una de las pesas.

Figura 2. Pesas colocadas en el aparato.

Finalmente se colocó la pesa problema y la mano de cada uno de los integrantes en el aparato y se registró su volumen.

Discusión de resultados.

En esta práctica se pudo comprobar que la presión ejercida sobre un gas, es inversamente proporcional al volumen del gas mismo, es decir, si aumentamos la presión ejercida sobre un gas el volumen de este disminuirá.

El gas que se utilizo fue el humo del cerillos que es una mezcla de gasees tales como oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua, incluyendo a los del aire común como Nitrógeno principalmente 78% aproximadamente, Argón (0,93%), Oxigeno


en un 20.1% entre otros gases en menor composición como Neón, Helio, Hidrogeno, mono y dióxido de Carbono y vapor de agua. (Brown, 2004). La jeringa funcionó como recipiente de gas, y el embolo como compresor.

Se añadió la masa de la tabla de madera para de esta forma conocer la masa corregida, para conocer la masa de las pesas se utilizó una balanza granataria con una precisión de 0.001g, cuidando que esta balanza estuviera previamente calibrada al pesar casa una de las pesas ya que esto podía significar un falla en la medición de la masa al aumentar el margen de error, la balanza granataria tiene una capacidad de pesaje especifica que se puede aumentar colocando pesas de tal manera que estas queden colgando y de esta forma estas pesas realmente ejerzan esa masa; por esta razón era imposible pesar todas las pesas problema al mismo tiempo, la fuerza ejercida se calculó usando la formula F=ma, donde la fuerza (F) es igual a masa (m) aceleración (a). La aceleración fue de la gravedad que tiene un valor exacto de 9.80665 ms-2 (Atkins, 1999).

De esta manera pudimos conocer la presión que ejercía dicha fuerza P=F/A donde Presión (P) es igual a la fuerza ejercida (F) por área (A), para obtener la área se midió el diámetro del embolo. Cabe destacar que se cuidaron las unidades, ya que al calcular la presión ejercida las unidades de esta se encontraban en Pascales, para convertir a atmosferas usamos la equivalencia 1 atm = 101325 Pa (Atkins, 1999). Se calculó también la masa de una pesa problema para esto se realizó el proceso inverso iniciando por la fórmula de la Lay de Boyle P1V1=P2V2 (Atkins, 1999) donde usamos la presión y el volumen que previamente se había calculado y de esta manera conocer hacer el proceso inverso al mencionado anteriormente, partimos desde la presión hasta llegar a la masa.

Al observar las gráficas pudimos interpretar el comportamiento del gas, presión contra volumen se observó que a medida que aumenta la presión, el volumen del gas disminuía. Esta recta está relacionada con la hipérbola de y=1/x donde y es el inverso de x. En cambio, el comportamiento de Presión contra 1/V o V contra 1/P es similar a y = x donde son directamente proporcionales confirmando la relación

inversamente proporcional de la Presión con Volumen.

Los resultados arrojados demuestran la ley de Boyle.

Resultados.

Tabla 1. Valores.

No. Pesa

Peso Total (m)

g

Fuerza Total(FT=ma)

N

PresiónPT=FT/AN/cm2

Mediciones

ml

Vol.Promedio√ XV

1

V2

V3

1 1298.7

12.74

14046.3

56

56

56

56

2 2700.0

26.487

29173.91

48

49

48

48.3

3 3825.3

37.52

41326.13

40

39

40

39.6

4 4893.5

48.00

52869.25

33

34

32

33

5 6658.9

65.32

71946.24

28

28

29

28.3


Tabla 2. Valores inversos.

Grafica 1. Volumen vs. Presión

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

102030405060

Volumen vs Presión

Presión (atm)

Volu

men

(mL)

Grafica 2. Presión vs. 1/V

No. Pesa

Presión (atm)

Volumen comprimido(mL)

PV(atmmL)

1/P (atm-1)

1/V(mL-1)

1 0.1383 56 7.7448 7.2306 0.01782 0.2879 48.3 13.905 3.4734 0.02073 0.4078 39.6 16.148 2.4521 0.02524 0.5217 33 17.216 1.9168 0.03035 0.7100 28.3 20.093 1.4084 0.0353


1 2 3 4 5 6 7 80

102030405060

Presión vs. 1/V

1/V (mL 1)

Pres

ión

(atm

)

Grafica 3. Volumen vs. 1/P

1 2 3 4 5 6 7 80

102030405060

Volumen vs. 1/P

1/P (atm-1)

Volu

men

(mL)

Conclusión

Se logró comprobar la Ley de Boyle, a través de graficas se puede deducir en los resultados obtenidos que la presión es inversamente proporcional a su volumen total.

Fuerza de sujeto 1

Volumen desplazado: 20mL Fuerza: 91.4479 N

Fuerza de sujeto 2

Volumen desplazado: 20mL Fuerza: 91.4479 N

Bibliografía

Brown, Theodore et. Al. Química, la ciencia central. 9° Edición, México, 2004, Editorial Pearson Education.

Atkins, Peter et al. Química Física, 6° Edición, Barcelona, Editorial Omega 1999.


Levine Ira, Fisicoquímica, Volúmenes 1 y 2, 5° Edición, España, Editorial McGraw Hill, 2004.

reporte2lt

Documents