Ley De Boyle

LABORATORIO DE FÍSICO-QUÍMICA

PRÁCTICA 1

LEY DE BOYLE

1 Objetivos

• Confirmar de manera experimental la ley de Boyle.

• Analizar con base en gráficos obtenidos a partir de los datos experimentales de presión y volumen, qué tanto se ajusta el aire al comportamiento ideal a las condiciones de trabajo en el laboratorio.

2 Teoría

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:

P1V1 = P2 V2 (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:

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.

3 Materiales y equipo

• Jeringa

• Manometro

Figura 13.2 P versus 1/V en la ley de Boyle

4 Procedimiento

El dispositivo experimental utiliza una jeringuilla graduada unida a un tubo flexible de plástico, acoplando el tubo a su vez (por el extremo opuesto) al sensor de presión. En el momento de encajar estos elementos queda encerrada una cantidad de aire, interesando que la posición del émbolo coincida con la mayor exactitud posible con una de las marcas de volumen que indica su graduación. Partiendo de un volumen inicial, se desplaza el émbolo para comprimir o expandir el aire. Con el sensor de presión conectado al ordenador, se obtienen mediciones de las presiones correspondientes a diferentes volúmenes.

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