LEY DE BOYLE

LABORATORIO Nº1

LEY DE BOYLE

INTRODUCCIÓN

La relación cuantitativa entre el volumen y la presión de una muestra gaseosa se resume en la Ley de Boyle que dice: a temperatura constante, el volumen de una muestra gaseosa varia inversamente con la presión ejercida sobre el gas.

V ∝ 1/P (1)

PV = K (2)

La ecuación (2) se puede establecer como sigue: a temperatura constante el producto de la presión por el volumen de una cantidad de gas es constante.

P1 V1 = P2 V2 = K (a T constante)

En este experimento se atrapa en una jeringa una cantidad determinada de gas; luego se aumenta la presión colocando pesos (libros o adoquines) en el extremo del embolo. La presión total que actúa sobre el gas comprende el peso de los libros más el peso de la atmosfera.

(Presión total) = (Presión ejercida por los libros) + (Presión ejercida por la atmosfera)

Para cada presión ejercida se anotara el volumen del gas. Se graficaran los datos como volumen contra presión para mostrar la curva típica de una relación inversa. Se calculara el producto PV para cada conjunto de datos.

FUNDAMENTO TEORICO

La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión:

Dónde 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:

Dónde:

Además si despejamos cualquier incógnita se obtiene lo siguiente:

Esta ley es una simplificación de la ley de los gases ideales o perfectos particularizada para procesos isotérmicos de una cierta masa de gas constante.

Junto con la ley de Charles, la ley de Gay-Lussac, la ley de Avogadro y la ley de Graham, la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de un gas ideal. Las tres primeras leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases.

Esta Ley fue descubierta por el científico inglés Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle - Mariotte.

La ley de Boyle establece que a temperatura constante, la presión de una cantidad fija de gas es inversamente proporcional al volumen que ocupa.

Consideremos el siguiente proceso que se lleva a cabo a temperatura constante (isotérmico):

Un cilindro contiene un gas que ocupa un volumen V1, se encuentra a una presión P1 (representada por la pesa sobre el émbolo) y una temperatura T1.

Al agregar dos pesas, la presión sobre el gas aumentará a P2 y éste se comprimirá hasta un volumen V2, a una T2.

Como el proceso es isotérmico, T1 = T2

Este proceso se puede representar en un diagrama P - V, mediante una curva que se denomina isoterma.

Si ahora retiramos dos pesas, el gas se expandirá hasta el estado inicial, completando un ciclo.

¿Por qué ocurre esto?

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.

OBJETIVOS

Analizar el efecto de la presión sobre el volumen de los gases a temperatura constante.

Establecer una relación entre presión y volumen.

MATERIALES Y EQUIPOS

Jeringa con embolo.

Soporte universal

2 pinzas.

Tapón de caucho.

Piedras de diferentes pesos y formas.

PROCEDIMIENTO

Parte 1: Observaciones cuantitativas sobre compresibilidad.

Se puede trabajar con una jeringa de vidrio o de plástico de unos 25 ml o mayor volumen. Hale el embolo hasta la escala de lectura máxima de la jeringa. Tape con un dedo el extremo de la jeringa y trate de empujar el embolo. Usted está en esta forma ejerciendo presión sobre el gas en la jeringa. Anote sus observaciones.

Quite el dedo del extremo de la jeringa y empuje hacia el fondo el embolo tanto como sea posible. Coloque su dedo nuevamente sobre la jeringa y trate de sacar el embolo. Anote sus observaciones.

Parte 2: Relación cuantitativa entre presión y volumen del gas.

Monte el sistema que se muestra en la figura empleando una jeringa seca sin colocar todavía ni embolo ni el cuerpo de m1. Asegúrese de que el extremo de la jeringa penetre completamente en el agujero del tapón de caucho, de tal forma que no se escape aire cuando se haga presión con el embolo.

Obtenga 5 o 6 ejemplares de diferentes masas.

...