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Documento que contiene la guía de laboratorio para el experimento sobre la ley de Boyle, donde se estudia la relación entre la presión y el volumen de un gas a temperatura constante. El documento incluye el objetivo, procedimiento, materiales y equipos, datos y resultados, y procedimientos para el cálculo y análisis de resultados.
Qué aprenderás
Tipo: Apuntes
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TERMODINAMICA GUÍA DE LABORATORIO 3 LEY DE BOYLE Fecha: Enero de 2015 Guía: 03 Elaboró: Ricardo Durán Barón. Revisó: Aracely Avila Aprobó: OberRomero
Equipo de trabajo No:______ Sesión No:_____ Fecha:__________________________ Participantes Nombre No Grupo Firma
1. Introducción Los átomos y moléculas, en el estado gaseoso, se comportan como centros puntuales de masa que sólo en el rango de las altas presiones y bajas temperaturas son afectadas por las fuerzas atractivas. Fuera de estos límites, las propiedades físicas de un gas se deben principalmente al movimiento independiente de sus moléculas. Si se considera a un gas contenido en un recipiente, la presión que éste ejerce es la fuerza por unidad de área sobre las paredes debida a los impactos elásticos de las moléculas. Robert Boyle descubrió en 1662 la relación matemática entre la presión y el volumen de una cantidad fija de gas a temperatura constante. Según la ley de Boyle, el volumen de una masa dada de gas varía en forma inversamente proporcional a la presión cuando la temperatura se mantiene en un valor fijo. La expresión matemática de la ley se escribe: P x V = k (proceso isotérmico) (13.1) La magnitud de la constante k es función de la cantidad química de gas y de la temperatura. Para dos estados diferentes 1 y 2, la ley implica: P 1 V 1 = P 2 V 2 (13.2) Es decir, si se explora el comportamiento físico de un gas de acuerdo con la ley de Boyle y asumiendo comportamiento ideal, se puede concluír que, a temperatura constante:
TERMODINAMICA GUÍA DE LABORATORIO 3 LEY DE BOYLE Fecha: Enero de 2015 Guía: 03 Elaboró: Ricardo Durán Barón. Revisó: Aracely Avila Aprobó: OberRomero 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. Un gráfico de P versus V (figura 13.1) da como resultado la hipérbola característica que corresponde a la ecuación 13.1. Si se repite el experimento a temperaturas diferentes se genera una familia de hipérbolas, y debido a que la temperatura es constante a lo largo de cada línea, éstas curvas se denominan isotermas. Figura 13.1 Representación gráfica de la ley de Boyle Para encontrar el valor de k, se representa la presión como una función del inverso del volumen con el fin de obtener una línea recta (figura 13.2). Aplicando el método de los mínimos cuadrados se puede tener el mejor estimativo de k.
TERMODINAMICA GUÍA DE LABORATORIO 3 LEY DE BOYLE Fecha: Enero de 2015 Guía: 03 Elaboró: Ricardo Durán Barón. Revisó: Aracely Avila Aprobó: OberRomero Naranja de metilo Conformidad:
Nombre Receptor Firma Aprobación
5. PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES Procedimiento Disponer el montaje que se muestra en la figura 13.3. Adicionar un volumen exacto de agua al erlenmeyer hasta sus 2/3 partes y añadir dos gotas de naranja de metilo para que pueda visualizarse más fácilmente la columna de líquido. Las lecturas se inician con un volumen conocido de aire en la jeringa y señalando con el marcador el tope de la columna de líquido en el capilar. Medir la altura de la columna (hc) hasta la superficie del líquido en el erlenmeyer. A continuación se introduce 0.50 mL el émbolo de la jeringa y se marca el nuevo tope del líquido en el capilar. El procedimiento se repite cada 0.50 mL hasta obtener un mínimo de 10 lecturas. Finalmente, se mide la distancia entre marcas para estimar la altura de la columna cada vez que se disminuyó el volumen en la jeringa. Figura 13.3 Montaje para la ley de Boyle
TERMODINAMICA GUÍA DE LABORATORIO 3 LEY DE BOYLE Fecha: Enero de 2015 Guía: 03 Elaboró: Ricardo Durán Barón. Revisó: Aracely Avila Aprobó: OberRomero El volumen de aire (Va ) puede calcularse de la ecuación: Va = Ve + Vj - VL - Vc (13.3) Donde: 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 presión del aire (Pa) se calcula de la expresión: Pa = Patm + hc (mm)/13.6 (13.4) 13.5 Datos y resultados Temperatura ...................................................................... _____ °C Presión atmosférica.......................................................... ______ atm Volumen del erlenmeyer (Ve).......................................... ______ mL Volumen de agua ( VL)...................................................... ______ mL Volumen del capilar dentro del erlenmeyer (Vc)......... ______ mL Tabla 13.1 Datos y resultados de la ley de Boyle Volumen en la jeringa (Vj ), mL Volumen del aire, (Va ), mL Altura de la columna (hc), mm 1 / Va , mL-^ Presión del aire (Pa ), mm de Hg
TERMODINAMICA GUÍA DE LABORATORIO 3 LEY DE BOYLE Fecha: Enero de 2015 Guía: 03 Elaboró: Ricardo Durán Barón. Revisó: Aracely Avila Aprobó: OberRomero