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Laboratorio #5

LEY DE BOYLE 1Licenciatura

en Ingeniería Ambiental– Centro Regional de Chiriquí– Universidad Tecnológica de Panamá

Resumen- Este experimento lo realizamos con el propósito de comprobar la Ley de Boyle, utilizando materiales de uso común. Sabiendo que la ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante, es decir que el volumen es inversamente proporcional a la presión: si la presión aumenta, el volumen disminuye, encontramos que a medida que aumentamos la cantidad de ladrillos o sea que a medida que íbamos aumentando la presión el volumen se iba reduciendo en la jeringuilla. Si se observan los datos de la tabla se puede comprobar que, al aumentar la presión, el volumen disminuye. Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión. Así mismo, al determinar la constante K, obtuvimos valores casi similares, es decir que la que se mantuvo constante debido a que, aunque la presión aumentara el volumen se iba reduciendo. Por otro lado, en cuanto a la gráfica nos dio una línea recta indicando una relación proporcional y directa entre las variables; es decir, cuando una aumenta, la otra también lo hace. Para nuestro caso a temperatura constante, el volumen de una masa fija de un gas es directamente proporcional al inverso de la presión; es decir, cuando se incrementa la presión, aumenta el inverso del volumen, o lo que es lo mismo disminuye el volumen.

Marco teórico La ley dice que: La presión ejercida por una fuerza química es inversamente proporcional a la masa gaseosa, siempre y cuando su temperatura se mantenga constante (si el volumen aumenta la presión disminuye, y si la presión aumenta el volumen disminuye), o en términos más sencillos: A temperatura constante, el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a la presión que este ejerce. Matemáticamente se puede expresar así: PV=k donde K es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes. Cuando aumenta la presión, el volumen baja, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. No es necesario conocer el valor exacto de la constante para poder hacer uso de la ley: si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación: P1V1 = P2V2 Donde: P1: presión inicial P2: presión final V1: Volumen inicial V2: Volumen final

Objetivos: 1. 2.

Comprobar la ley de Boyle de una forma sencillas. Calcular la masa del objeto (ladrillo) utilizado para demostrar la ley de Boyle.

2. Materiales y equipo     

Objetos(ladrillos) de aproximadamente 1000g Balanzas Jeringuilla de 20 0 50 mL Soporte Gas propano

3.Procedimiento Se toma la jeringuilla (sin colocar agua) y hale el embolo hasta la escala máxima de la jeringuilla Tapar con un dedo el extremo de la jeringuilla y trate de empujar el embolo, para verificar que el sistema no tenga fugas Montar el sistema tal

como se muestra 1

20 20 0 0

Norte 1er trim. 1er trim.

2do trim. 2do trim.

3er trim. 3er trim.

4to trim. 4to trim.

Llenar la jeringuilla de aire hasta su máxima capacidad Colocar la guja e introdúzcala en el tapón de caucho Sostener la aguja con pinzas pero sin aplicar presión. Colocar sobre la aguja los objetos a ensayar ( primero uno, después colocar otro ladrillo

1.2 atm x 50 mL= 60 1.45atm x 41ml = 59.45 1.7 atm x 34.4 ml= 58.48 2.46 atm x 29 ml= 71.34 2.4atm x 25.5 ml= 61.2 2.7atm x 22.5 ml = 60.75 Tabla #1 Presión total en pascal

Volumen que queda en la jeringuilla, dado en mL

promedio

Producto PV=K

1.216x105 1.469x105 1.723x105 2.08x105 2.432x105 2.736x105

50 41 34 29 26 23

50 41 34.5 29 25.5 22.5

63.05x105 60.23x105 59.443x105 60.32x105 62,016x105 61.560x105

sobre y así sucesivamente. Observar el volumen que indica la aguja al momento de aplicar presión. Anotar cada uno de los volúmenes leídos en la jeringuilla.

50 41 35 29 25 22

Inverso Del volumen 0.02 0.024 0.028 0.034 0.039 0.04

¿cuál es la conclusión del efecto que tiene la presión sobre el volumen de una masa de un gas?

Repetir el procedimiento para tener dos o tres lecturas de cada medición

A partir de lo observado podemos decir que a mayor presión menor será el volumen.

Repetir el mismo procedimiento pero ahora

Compara los datos y resultados con los del gas de cocinar ¿es una ley general? Al comparar los resultados nos damos cuenta que no son similares, pero al graficar demuestra las mismas cualidades que nos hace referencia la ley de Boyle por lo tanto es una ley general.

con gas de cocina (propano – butano)

Presentación de resultados A. presión vs Volumen 1. Graficar #1 de los datos obtenidos

B. Grafico #2 Pvs 1/V

100 80 60

Este

40

Oeste

20

Norte

0 1er 2do 3er 4to trim. trim. trim. trim.

2. trazar la curva más apropiada 3.Para cada punto del grafico multiplicar el volumen en mL por la presión de los ladrillos: compara los resultados.

1.

Explique porque la línea de este grafico no pasa por el origen Porque al momento de realizar el experimento ya se tenía un volumen y una presión. El volumen, el aire que se mantiene dentro de la jeringuilla y la presión era la presión atmosférica que ejercía fuerza en ese momento.

Laboratorio #5

2.

Del grafico obtener el volumen y la presión de un punto en medio de la recta. [x1+x2/2, y1+y2/2] [0.02+0.04/2,1.2+2.7/2] (0.03,1.95) Presión 11.95atm; volumen 0.03 mL 3.

Grafico #4

Calcular cual es el volumen para la presión más alta obtenida experimentalmente.

PV=K K/P=V 61.560x105/2.736x105= 1.680588x1012 4.

Grafica #5

Calcular el peso del ladrillo que se usó para ejercer presión sobre los gases

PV=K K/V=P 63.05x105/ 50= 1.26x105 Tabla#2 gas propano-butano

Discusión de resultados

Presión total en pascal

Volumen que queda en la jeringuilla, dado en mL

promedio

Producto PV=K

5.785x155 6.383x105 1.104x106 1.205x106 1.509x106 2.422x106

11 9 5 5 4 3

10.5 9.5 5.5 5 4 2.5

60.74x105 60.63x105 60.72x105 60.25x105 60.36x105 60.55x105

10 10 6 5 4 2

Inverso Del volumen 0.095 0.105 0.18 0.2 0.25 0.4

De acuerdo a lo observado en nuestros resultados, la presión disminuye el volumen de una masa de gas y esto lo podemos observar también en un gas de cocinar ya que cuando encendemos la llave de la estufa esta ejerce presión disminuyendo el volumen del tanque, y debe repetirse en todos los casos comprobando la Ley de Boyle. Lo que Boyle descubrió es que, si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor. Todo ocurre debido a que, al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión. En la tabla se recogen los resultados experimentales de cómo varió el volumen cuando se someten a diferentes presiones a temperatura constante. Como era de esperar el volumen disminuye al aumentarse la presión. Si se representa gráficamente la relación entre la presión y el volumen de este gas, se obtiene una gráfica que corresponde a una hipérbola ya que los datos se han obtenido a temperatura constante. La relación matemática que representa una hipérbola es del tipo: Y = k/ x; en nuestro caso: V = k/ p en donde, 3

k = P. V Efectuamos todos los productos p V. Comprobamos, en efecto, que el producto de la presión por el volumen correspondiente (k), da resultados bastantes constantes. Al graficar P vs 1/V, obtuvimos una recta cuya relación matemática es y = ax + b. En el ejemplo que nos ocupa, P = k (1/V), donde k es la pendiente de la recta y debe ser una constante, lo que nos indica que cuando se incrementa la presión, aumenta el inverso del volumen, o lo que es lo mismo disminuye el volumen. Además, con estos datos pudimos calcular el volumen del ladrillo.

Cuestionario 1. ¿cómo afecta la presión a la densidad de los gases? Se puede decir que a mayor presión menor volumen, y como la densidad es masa entre volumen, concluimos que si la presión aumenta la densidad también. 2. Si desea duplicar el volumen de un gas a temperatura constante, ¿Cómo modificaría usted la presión? A mayor presión menor es el volumen, entonces, se puede disminuir al 50% la presión para que así pueda subir el volumen. 3. Si no colocamos ladrillos sobre el embolo, ¿Cuál es la presión ejercida sobre el gas? Si no se coloca ningún ladrillo sobre el embolo, la presión atmosférica será la única que ejerce cera presión sobre el gas. 4. ¿Cuánto ladrillo se necesitan para reducir el volumen a la mitad? 3 Ladrillos 5.

¿Analizamos los gráficos a que conclusiones se puede llegar?

La grafica de P en función de V es el tipo de curva que se obtiene para una cantidad dada de gas a una temperatura fija, mientras que al trazar la gráfica de P vs 1/V se obtiene una relación lineal.

Conclusión Al terminar este laboratorio llegamos a las siguientes conclusiones: Que pudimos comprobar la Ley de Boyle, ya que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante, es decir que el volumen es inversamente proporcional a la presión: si la presión aumenta, el volumen disminuye. Que la representación de una hipérbola muestra que la variable dependiente se modifica de forma inversa a la variable independiente; es decir, cuando una aumenta, la otra disminuye, y viceversa. A temperatura constante, el volumen de una masa fija de un gas varía de manera inversamente proporcional a la presión; es decir, cuando aumenta el volumen, disminuye la presión, y viceversa. Que a cada valor de una magnitud (presión) le corresponde un único valor de la otra magnitud (volumen) debido a que

la K permanece constante cumpliéndose la relación: p1 V1= p2 V2 La representación de una línea recta indica una relación proporcional y directa entre las variables; es decir, cuando una aumenta, la otra también lo hace. A temperatura constante, el volumen de una masa fija de un gas es directamente proporcional al inverso de la presión; es decir, cuando se incrementa la presión, aumenta el inverso del volumen, o lo que es lo mismo disminuye el volumen. Que mediante estos valores experimentales podemos calcular la masa del objeto que ejerce presión.

Bibliografía Brown, T. L., LeMay Jr., H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., & Woodward, P. M. (2014). Química la Ciencia Central (deciomosegunda edición). México: Pearson Educación. pág. 388-389 monografias.com. (s.f.). Obtenido de http://m.monografias.com/trabajos102/gases-nobles-ley-boyle/gases-noblesley-boyle.shtml