Ley de Boyle: Relación Presión-Volumen en los Gases

Ley de Boyle: Relación Presión-Volumen en los Gases

El objetivo primario de este experimento es determinar la relación que existe entre la presión y el volumen de un gas confinado. El gas que usaremos será el aire y estará confinado en una jeringa conectada al sensor de Presión de Gas (ver Figura 1). Cuando cambia el volumen de la jeringa al mover el pistón, ocurre un cambio en la presión ejercida por el gas confinado. Este cambio en la presión será monitoreado con un sensor de presión de Gas. Se asume que la temperatura se mantendrá constante a lo largo del experimento. Se medirán y registrarán los pares de datos de presión y volumen durante el experimento y luego se analizarán. A partir de los datos y el gráfico, usted determinará el tipo de relación matemática que existe entre la presión y el volumen del gas confinado. Se conoce históricamente que esta relación fue establecida por primera vez por Robert Boyle en 1662 y desde entonces se conoce como la Ley de Boyle.

OBJETIVOS

En este experimento

• Usará un sensor de presión de Gas y una jeringa para medir la presión de una muestra de aire a diferentes volúmenes.

• Determinará la relación entre la presión y el volumen del gas.

• Describirá la relación entre la presión y el volumen mediante una expresión matemática.

• Usar los resultados para predecir la presión a otros volúmenes.

Figura 1

MATERIALES

computador Sensor de presión de Gas Vernier

interfaz Vernier para computador 20 mL de gas en una jeringa

Logger Pro

PROCEDIMIENTO

1. Prepare the Gas Pressure Sensor and an air sample for data collection.

a. Conecte el sensor de presión de Gas en el canal 1 de la interfaz del computador.

b. Con la jeringa de 20 mL desconectada del sensor de presión de Gas, mueva el pistón de la jeringa hasta que el borde frontal del anillo negro interior (indicado por la flecha en la Figura 2) esté ubicado en la marca 5.0 mL.

c. Una la jeringa de 20 mL a la válvula del sensor de presión de Gas.

2. Prepare el computador para la adquisición de datos abriendo el archivo “06 Ley Boyle” en la carpeta Química con Computadores del Logger Pro.

3. Para obtener los mejores datos posibles, necesitará corregir las lecturas de volumen de la jeringa. Mire la jeringa; su escala informa de su propio volumen interno. Sin embargo, ese volumen no es el volumen total del aire confinado en su sistema ya que hay un pequeño espacio no considerado al interior del sensor de presión.

Para tener en cuenta el volumen extra en el sistema, necesitará añadir 0.8 mL a las lecturas de su jeringa. Por ejemplo, con una indicación de 5.0 mL del volumen de la jeringa, el volumen total debería ser 5.8 mL. Este es el volumen total que necesitará para el análisis.

4. Haga clic en para iniciar la toma de datos.

5. Recolecte los datos presión vs. volumen. Lo mejor es que una persona se ocupe del gas en la jeringa y que la otra opere el computador.

a. Mueva el pistón hasta que el borde frontal del anillo negro interior (ver Figura 2) esté en la línea 5.0 mL de la jeringa. Sostenga firmemente el pistón en esta posición hasta que el valor de la presión se estabilice.

Figura 2

b. Cuando la lectura de la presión se ha estabilizado, haga clic en . (La persona que sostiene la jeringa se puede relajar después de presionar .) Escriba el volumen total del gas (en este caso, 5.8 mL) en la caja de edición. Recuerde, que está agregando 0.8 mL volumen de la jeringa para obtener el volumen total. Presione la tecla ENTER para mantener este par de valores. Nota: Puede rehacer un punto presionando la tecla ESC (después de hacer clic en pero antes de introducir un valor).

c. Mueva el pistón a la línea 7.0 mL. Cuando la lectura de presión está estable, haga clic en y escriba el volumen total, 7.8 mL.

d. Continúe este procedimiento para los volúmenes de la jeringa de 9.0, 11.0, 13.0, 15.0, 17.0 y 19.0 mL.

e. Haga clic en cuando haya terminado de tomar los datos.

6. En su tabla de datos, registre los pares de datos presión y volumen que aparecen en la tabla de la pantalla (o, si lo pide su instructor, imprima una copia de la tabla).

7. Examine el gráfico de presión vs. volumen. Basado en este gráfico, decida qué tipo de relación matemática cree usted que existe entre estas dos variables, directa o inversa. Para ver si hizo la elección correcta:

a. Haga clic en el botón Ajuste de Curva, .

b. Escoja Potencia Variable (y = Ax^n) de la lista en la parte inferior izquierda. Introduzca el valor de la potencia, n, en la caja de edición Potencia que representa la relación mostrada en el gráfico (por ejemplo, escriba “1” si es directa, “–1” si es inversa). Haga clic en .

c. La curva de mejor ajuste se verá en el gráfico. Si usted hizo la elección correcta, la curva se ajustará bien a los puntos. Si la curva no se ajusta bien, pruebe con un exponente diferente

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