UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO EL PER FACULTAD DE INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIASFisicoqumica

AO DE LA INTEGRACIN NACIONAL Y DEL RECONOCIMIENTO NACIONAL

LEY DE BOYLE :PROCESO ISOTRMICO

CTEDRA:Fisicoqumica

CATEDRTICO: M.Sc.Ing. Cesar Limas Amorin

ALUMNOS: Balbin Chuquillanqui, Yulisa Huamani Galindo, LourdesMarcaaupa De La Cruz, Jos LuisNonalaya Camarena, KatherinTovar Barrientos, SusanSEMESTRE: IV

En la presente prctica de laboratorio que lleva por ttulo: LEY DE BOYLE MARIOTTE - PROCESO ISOTRMICO, nuestro principal objetivo es el de verificar la Ley de Boyle Mariotte ; para ello tuvimos que montar un equipo conformado por: un soporte universal, manmetro de vidrio, jeringa ,manguera con su respectiva mariposa entre otras cosas, al concluir el montaje del equipo y verificando que no exista fuga de gas dejamos cierta cantidad de aire en la jeringa y lo tomamos como volumen inicial , as mismo observamos la presin inicial que ejerca (para este caso el mercurio se encontraba al mismo nivel en ambos lados del manmetro)as que la presin resultante era igual a cero , luego tuvimos que disminuir el volumen gradualmente (iniciando con 90 ml y comprimiendo a razn de 10 en 10 llegamos a 60 ml), se tuvo que comprimir el gas 4 veces consecutivas tomando as 4 datos experimentales a medida que avanzamos tomamos nota de las respectivas presiones manomtricas, finalizado la comprensin del gas pasamos a aumentar gradualmente el volumen de 60 ml a los 90 ml con el que iniciamos e igualmente tomamos las presiones manomtricas .De esta manera concluimos la prctica sin olvidar tener bien en cuenta que el proceso se realizaba a temperatura constante; de esta manera verificamos la Ley de Boyle Mariotte. Para concluir le presentamos nuestros siguientes objetivos: Verificar experimentalmente la Ley de Boyle Mariotte.

Comprobar que el producto de la presin por el volumen es constante en un proceso isotrmico.

Realizar las predicciones y graficar los diagramas correspondientes con los datos experimentales

I.LEY DE LOS GASES IDEALES

Castellan (1998) menciona que la ley de los gases ideales es la ecuacin de estado del gas ideal, un gas hipottico formado por partculas puntuales, sin atraccin ni repulsin entre ellas y cuyos choques son perfectamente elsticos (conservacin de momento y energa cintica). Los gases reales que ms se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatmicos en condiciones de baja presin y alta temperatura.La ecuacin que describe normalmente la relacin entre la presin, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:

= Presin = Volumen = Moles de gas. = Constante universal de los gases ideales = Temperatura en Kelvin.

II.LEY DE BOLYLE Y MARIOTTEEn la segunda mitad del siglo XVII, e independientemente, Boyle en Gran Bretaa, y Mariotte (1620-1684) en Francia, establecieron la relacin existente entre la presin y el volumen de la cantidad de gas a temperatura constante. Al someter un gas a diferentes presiones, los volmenes son proporcionales a dichas presiones, de forma que se duplica la presin, el volumen se reduce a la mitad y viceversa. (Enciclopedia Oceano- 1998)Segn la ley de Boyle-Mariotte, a temperatura constante, la presin que ejerce sobre un gas y el volumen que ocupa son inversamente proporcionales. El producto de la presin y el volumen es constante y se expresa matemticamente como:

P.V = K

Donde P la presin el volumen y K una constante; es decir, si una masa de gas ocupa un volumen V1 al ser la presin P2, el producto del volumen por la presin es el mismo en ambos casos:

P1. V1= P2. V2 o P1/ P2= V2/ V1

(Enciclopedia Oceano- 1998)Puede enunciarse as. A temperatura constante para una misma masa gaseosa, los volmenes ocupados por esta son inversamente proporcionales a la presin que soporta. Matemticamente, la anterior proporcionalidad se expresa mediante cualquiera de las formulas. (Nueva Enciclopedia Autodidactica-2000)

P.V = CONSTANTE p/p =v/v

Figura 1. Grafico cartesiano de la ley de Boyle y Mariotte.

Al comprimir progresivamente un cierto gas, a la temperatura constante de 20C (= 273 +20 = 293k), se obtienen los siguientes resultados tabulados: que se representan en un grafico cartesiano (en el que las abscisas representan la presin en atmosferas-smbolo atm-, y las ordenadas, el volumen en litros) obtendremos la figura geomtrica que expresa la proporcionalidad inversa. La hiprbola equiltera. (Nueva Enciclopedia Autodidactica-2000)

Segn Castellan (1998) En 1662, Robert Boyle realizo las primeras medidas cuantitativas del comportamiento de los gases en relacin con la presin y volumen. Sus resultados indicaron que el volumen es inversamente proporcional a la presin: , donde p es la presin, V es el volumen y C es una constante.la ley de Boyle puede escribirse de la manera siguiente:

Esta se aplica solo a una masa fija de gas a temperatura constante.III.ISOTERMAS DE UN GAS IDEALSegn Pons (1988) Formulada en 1662 en Inglaterra por ROBERT BOYLE, tambin se le conoce con el nombre de LEY DE BOYLE - MARIOTTE, porque este ltimo investigador la enuncio tambin independientemente en Francia, unos 15 aos mas tarde.Es llamado ley de las isotermas, porque durante el fenmeno que relata, la temperatura de la masa del gas debe permanecer constante. Se enuncia en la forma siguiente:Manteniendo constante la temperatura de la masa de un gas, los volmenes que pueden presentar estn en razn inversa de las presiones que soportan. sea, que si el gas pasa de las condiciones 1 a las condiciones 2, se tendr:

Figura 2. Representacin grafica a la hiprbola equiltera

La densidad de un gas es directamente proporcional a la presin e inversamente proporcional al volumen

Como el producto (PV) es constante para una temperatura determinada, su derivada parcial con respecto a cualquiera de sus variables ser igual a cero.

Segn Maron Y Prutton (1999) En 1662, Robert Boyle sealo que el volumen de un gas a temperatura constante disminua cuando se aumentaba la presin a que estaba sometido y que de acuerdo con los lmites de su exactitud experimental, el volumen de cualquier cantidad definida de gas a temperatura constante variaba inversamente a la presin ejercida sobre el.Expresado matemticamente: V = K/P

K = Es un factor de proporcionalidad cuyo valor depende de la temperatura, el peso del gas, su naturaleza, y las unidades en que se expresen, P y V.La ecuacin anterior conduce a la siguiente:PV=K

PresinVolumenTemperatura

Figura 3. Representacin de cada curva que es una lnea isoterma

De la cual se deduce que, si en cierto estado la presin y el volumen del gas son P1 y V1, mientras que en otro son P2 y V2, se cumple a temperatura constante:(P1/P2) = (V2/V1)P1V1 = K1 = P2V2

IV. EXPERIMENTO DE BOYLE:Barrow (1998) menciona que para poder comprobar su teora, Boyle hizo el experimento siguiente: Introdujo un gas en un cilindro con un mbolo y comprob las distintas presiones al bajar el mbolo. A continuacin hay una tabla que muestra algunos de los resultados que obtuvo:

Figura 4. Representacin grafica del experimento de Boyle.

P (atm)V (L)P V

0,56030

1,03030

1,52030

2,01530

2,51230

3,01030

Si se observan los datos de la tabla se puede comprobar que al disminuir el volumen, la presion , aumenta y que al multiplicar y se obtiene

3.1. MATERIALES.

3.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

1. Se monto el equipo, teniendo en cuenta que el proceso era a temperatura constante.

5. Luego aumentamos el volumen y observamos las presiones manomtricas. No tomamos la temperatura por lo tanto consideramos una temperatura de 25 C.

4.1. DATOS Y OBSERVACIONES.En la siguientes tablas vemos los resultados de la prctica realizada en laboratorio, donde nos indica por cada volumen de aire (que fue soplado) cuanto es la altura que asciende el mercurio.

COMPRESION

Volumen (ml)Altura h (mm)

9054

8094

70151

60214

ABSORCION

Volumen (ml)Altura h (mm)

60214

70120

8049

902

Cuadro 1.

Cuadro 2.

4.2 RESULTADOS Mediante la formula A este resultado se le adicion la presin de Huancayo (520 mmHg).

EXPULSIN

Volumen (cm3)Presin (mmHg)

90574

80614

70671

60734

SUCCIN

Volumen (cm3)Presin (mmHg)

60734

70640

80569

90522

Cuadro 3

Cuadro 3

Cuadro 4

Necesariamente convertimos la presin en atmsfera (atm) y el volumen en litros (L)

SUCCIN

Volumen (L)Presin (atm)P.V=K

0.0600.96580.0579

0.0700.84210.0589

0.0800.74870.0599

0.0900.68680.0618

EXPULSIN

Volumen (L)Presin (atm)P.V=K

0.0900.75530.0680

0.0800.80790.0646

0.0700.80290.0562

0.0600.96580.0579

Cuadro 6. SuccinCuadro 5. Expulsin

Ya teniendo el volumen en litros y la presin en atmsferas graficamos las isotermas como se muestra en las figura 1. Por la ley de Boyle sabemos que PV = K por el proceso isotrmico, entonces hallando K promedio obtenemos k = 0.0607

Figura 1: isoterma de expulsion

Figura 2. Isoterma de Succin.

4.3 DISCUSIONES

Con los datos obtenidos en la practica comprobamos la ley de Boyle obteniendo que la PV=K tiene un valor aproximado a 0.033 atm.L, y se puede decir que la temperatura es constante y es un proceso isotrmico. Pero segn Barrow (1998) nos dice que la constante (P.V=k) no tiene variaciones, pero en la practica se observo que nuestra constante sufra algunas pequeas variaciones, esto debido a que quiz hubo una fuga del aire. Al momento de succionar el aire se generaba una mayor presin manomtrica, por ende la presin que se generaba era distinta a la presin cuando se expulsaba el aire por este motivo tambin la constante K tuvo las variaciones.

El proceso Isotrmico tiene que ser muy lenta, para poder conseguir que el calor sea eliminado al momento de comprimir la jeringa y no haya aumento en la temperatura. Es decir para mantener las condiciones isotrmicas es necesario sacar el calor generado al momento de la comprensin y reponer el calor consumido en una expansin.

Se logro verificar experimentalmente la ley de Boyle-Mariotte porque grficamente el producto de dos magnitudes variables nos dan una curva hiprbola equiltera.

Se demostro que el producto de la presin por el volumen es constante obteniendo K promedio = 0.033, aunque hubo algunas pequeas variaciones.

Los diagramas cumplen con el proceso isotrmico tanto el de succin como el de expulsin

Experimentalmente se logro determinar que la presin es inversamente proporcional al volumen.

Al momento de jalar o empujar el embolo de la jeringa para hacer variar el volumen del gas, hacerlo sin tocar la parte donde se encuentra concentrado el gas, para que as no se transmita calor y esto no genere una variacin de temperatura.

Al realizar el experimento tener mucho cuidado al empujar el embolo pues si lo hacemos con demasiada fuerza el mercurio puede salir disparado.

Cuando la columna de mercurio se encuentre muy cerca del lmite aplastar la manguerita para as obstruir el paso del gas y desconectar el sistema.

Si se trata de materiales de vidrio manipularlos con cuidado para no romperlos.

BARROW. QUIMICA FISICA. Primera Edicin. Editorial Revert, Barcelona 1968.

CASTELLAN W. GILBET. FISICO QUIMICA 2da edicin. Edit. Adison-wesley Iberoamericana S.A.-Mxico, Ao (1998).

ENCICLOPEDIA OCEANO.Tercera Edicin, Editorial Lexus, Ao (1998)

G. PONS MUZZO.FISICOQUIMICA. Quinta Edicin. Lima- Per Ao (1988).

LEVINE. FISICOQUIMICA. Cuarta Edicin. Editorial Mc Graw Hill- Mxico 1998.

MARON Y PRUTTON FISICOQUIMICA Quinta Edicin, Edit. Universo.S.A, Ao (1999).

NUEVA ENCICLOPEDIA AUTODIDACTICA. Cuarta Edicin, Editorial Lexus,Ao (2000)

ANEXOSCALCULOSPresin (P)

Atmsferas.PRESIN

ExpulsinSuccin

Calculo realizado teniendo en cuenta la Presin en Huancayo

Pascales (N/m2).

Calculo realizado teniendo en cuenta que 1atm = 105Pa.

PRESION

ExpulsinSuccin

PSI (lb/plg2).

Calculo realizado teniendo en cuenta que 1atm = 14,7PSI.

PRESION

ExpulsinSuccin

1: En base a los datos obtenidos. Calcular el promedio de los productos PV y hacer en el papel milimetrado las siguientes graficas:a: P vs VLey de Boyle- Mariotte (Expulsin)EXPULSINEXPULSIN

Volumen (L)Presin (atm)P.V=K

0.0500.68810.0344

0.0480.71050.0341

0.0460.73160.0336

0.0440.75530.0332

SUCCIN

Volumen (L)Presin (atm)P.V=K

0.0440.75530.0332

0.0460.73160.0336

0.0480.70920.0340

0.0500.68810.0344

Ley de Boyle- Mariotte (Succin)

b: PV vs PPresin (atm)P.V(atmxL)

0.68810.033

0.71050.033

0.73160.033

0.75530.033

2.-Indicar cuales son los actores ms importantes que influyen en la constancia del producto PV. La presin ejercida por un gas depende de dos factores: El numero de molculas por unidad de volumen y la energa cintica de las molculas, un cambio de cualquiera estos dos factores modificara la presin del gas. si el nmero de molculas de un volumen permanecen constantes, pero, aumenta la energa cintica de las molculas, la presin tambin aumenta.Si el nmero de molculas de un recipiente permanece constante pero el volumen disminuye, la presin aumenta inversamente. Mientras la temperatura y la masa del gas se mantengan en variables.3.- Que significa desviacin positiva y desviacin negativa en el comportamiento de los gases? La desviacin positiva con respecto al comportamiento de los gases ideales, se debe a la molcula de hidrogeno y algunos gases raros; mientras las desviaciones negativas se deben a molculas mayores, mas aun los gases reales en general a presiones moderadas presenta desviaciones negativas.4.-Empleando la ecuacin de Van Der Walls. Explique dichas desviaciones.La ecuacin desarrollada por el cientfico holands Johannes Van der Waals, es una de las ms utilizadas para predecir el comportamiento de los gases reales.Debido a esto es que se conoce a esta ecuacin como Ecuacin de Van der Waals.Ecuacin General de los Gases Ideales:PV = n RT a esta ecuacin hay que corregirle dos factores:

V = (V* - nb) V* = volumen medido en un gas real b = volumen de las partculas por mol, caracterstico de cada gas. P = (P* + n2a ) P* = P medido de un gas ideal V2 a = constante caracterstico de cada gas

En la ecuacin de Van Der Waals el termino a corrige el hecho de que las molculas ejercen fuerzas de atraccin una con respecto a la otra, cuando a es grande, indica que hay grandes fuerzas de atraccin. El factor b corrige el volumen, teniendo en cuenta el que ocupan las propias molculas; las molculas ms grandes tienen valores mayores que b.Cuando tanto b como a son iguales a cero la ecuacin de Van Der Waals se reduce a la ecuacin de los gases ideales. PV = n RT 5.- Qu consecuencias tendra un dato errneo de la presin atmosfrica? Si hubiera un dato errneo en la presin su volumen aumentara por lo tanto al momento de realizar los clculos variara la constante alterando as los dems datos y la grafica de la isoterma no seria correcta.

6.- Es constante la presin atmosfrica en un lugar determinado?Adems con la altura, la presin atmosfrica varia con la temperatura y con la humedad, en general con el estado del tiempo, por lo que constituye una magnitud decisiva en el anlisis y en la prediccin metereolgica. Las primeras variaciones de la presin atmosfrica de un da a otro fueron observadas por el propio TORRICELLI con su dispositivo, que fue precursor de los actuales barmetros.

7.- A que altura se debe ascender para que un barmetro la columna descienda 15 cm de lo normal.Para que la columna descienda 15cm de variacin P = densidad del gas x variacin h 760mmhg=1. 29g/l (h 15)h =15.8cm 8.- Explique los tipos de presiones y sus aplicaciones que se dan cada una de ellas

LA PRESIN HIDROSTTICA. Que tiene un cuerpo (cuando se encuentra dentro del agua) es el resultado del producto entre: la fuerza ejercida por la atmsfera, la gravedad, la densidad, la densidad del lquido y la profundidad en la que se encuentre

LA PRESIN ATMOSFERICA. Es la presin ejercida por la atmsfera terrestre medida mediante un barmetro. A nivel del mar, esta presin es prxima a 760mm(29.9 pulgadas) de mercurio absolutas o 14.7psia (libras por pulgada cuadrada absolutas) y estos valores definen la presin ejercida por la atmsfera estndar.

LA PRESIN MANOMETRIACA. Es la fuerza que el peso del a columna de atmsfera por encima del punto de medicin ejerce por unidad de rea. La unidad de medicin en el sistema mtrico decimal es el hectoPascal (hPa) que corresponde a una fuerza de 100Newton sobre metro cuadrado de superficie. la variacin de la presin con la altura es mucho mayor que la variacin horizontal, de modo que para hacer comparables mediciones en lugares distintos, hay que referirlas a un nivel comn (usualmente el nivel del mar).

LA PRESION ABSOLUTA. Es toda la presin que se aplica en una superficie. Se mide en pascales. Equivalente a la presin atmosfrica ms la presin manomtrica (presin que se mide con el instrumento).Hay presin en todos los lugares de la tierra porque las molculas de gas aplican una presin. As la presin atmosfrica es de 101.325 pascales.

9.-describa como se puede utilizar la ecuacin de los gases ideales en la determinacin de los pesos moleculares de la sustancia voltiles. P = PRESION V = VOLUMEN W = MASA M = PESO MOLECULAR

(1) (1) n = W/M (2) PV =RTn

(2) en (1):M = RTW /PV

PV = RT W/M

10.-compare las caractersticas de los tres estados de la materia.SOLIDOLIQUIDOGASEOSO

tienen forma fija su volumen no vara al comprimirlo sustancia formada por molculas, que se encuentran muy unidas entre s por una fuerza llamada de cohesin. Los slidos son duros y difciles de comprimir, porque las molculas, que estn muy unidas, no dejan espacio entre ellas.

Su forma es la del recipiente Su volumen varia poco al comprimirlo Sustancia formada por molculas que estn en constante desplazamiento, y que se mueven unas sobre otras. Los lquidos son fluidos porque no tienen forma propia, sino que toman la del recipiente que los contiene.

Su forma es la del recipiente Al comprimirlos su volumen vara Sustancia formada por molculas que se encuentran separada entre s. Los gases no tiene forma propia, ya que las molculas que los forman se desplazan en varias direcciones.

-segunda comparacin, esta vez enfatizando las cualidades fsicas

Estado de agregacinSlidolquidoGas

VolumenDefinidodefinidoIndefinido

FormaDefinidaindefinidaindefinida

ComprensibilidadIncomprensibleincomprensiblecomprensible

Atraccin entre molculasIntensamoderadadespreciable

11.- Por qu es prescindible en los gases expresar con temperatura absoluta?

Porque se ha demostrado que es imposible lograr temperaturas inferiores a ciertas temperaturas mnimas llamadas cero absolutos.Este cero absoluto corresponde a la escala Celsius a menos -273C por ese motivo es imprescindible medir las temperaturas a partir del cero absoluto para lo cual se evita tener temperaturas negativas.

12.-Un recipiente contiene igual nmero de molculas de oxigeno de hidrogeno. La presin es de una atmsfera cuando el volumen 50L Explique el comportamiento de estos gases a las condiciones indicadas.

En este problema vemos que la presin y el volumen estn constantes por el cual las molculas de los gases de oxgeno e hidrgeno son iguales, en una mezcla de gases, cada gas ejerce la misma presin que ejercera si estuviera solo y ocupa el mismo volumen.La teora cintica molecular, una forma matemtica de describir el comportamiento de las molculas de los gases, se basa en las siguientes suposiciones; las molculas de los gases estn separadas por distancias ms grandes que las de sus propias dimensiones, poseen masa pero su volumen es despreciable, estn en continuo movimiento y con frecuencia chocan entre s. Las molculas no se atraen ni se repelan entre s. La difusin de los gases demuestra en movimiento molecular aleatorio.

M.Sc.ING. CESAR LIMAS AMORIN27