UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS

UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

BACHARELADO EM QUÍMICA INDRUSTRIAL

AULA N°. 02

A LEI DE BOYLE

Aluno: Thiago Oliveira Lopes

Profª.: MSc Lílian (Físico-Química Exp. I)

Experimento realizado no dia 09/03/2009.

Anápolis,

Março de 2009.

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INTRODUÇÃO :

Em 1662, Robert Boyle publicou um trabalho chamado "The Spring and Weight of the Air". Neste trabalho, Boyle apresenta uma série de experimentos onde ele media o volume de gases em função da pressão exercida sobre estes, em diferentes temperaturas [1].

Boyle pegou um tubo longo de vidro moldado em forma de J, com o lado menor lacrado. Ele então verteu mercúrio no tubo, prendendo ar no lado menor do J. Quanto mais mercúrio adicionava, mais o gás era comprimido. Boyle concluiu que o volume de uma quantidade fixa de gás diminui quando a pressão sobre ele aumenta. A curva mostrada é chamada uma isoterma, que é um termo geral para um gráfico que mostra a variação de uma propriedade à temperatura constante [2].

FIGURA 1 [2]: (a) No experimento de Boyle um gás foi aprisionado dentro do lado fechado do tubo em forma de J por um líquido. (b) O volume do gás aprisionado diminui quando a pressão sobre ele aumenta pela adição de mais líquido no tubo aberto.

GRÁFICO 1 [2]: A lei de Boyle resume o efeito de pressão sobre o volume de uma quantidade fixa de gás à temperatura constante. Quando o volume ocupado por uma amostra de gás é aumentado, a pressão do gás diminui.

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GRÁFICO 2 [2]: Em um gráfico da pressão contra 1/volume, obtém-se uma linha reta. A lei de Boyle falha para pressões altas, e uma linha reta não é obtida nestas regiões.

Os resultados que Boyle encontrou indicavam que o volume é inversamente proporcional à pressão: , onde p é a pressão, V é o volume e C é uma constante. A lei de Boyle pode ser escrita na forma:

e se aplica apenas a uma massa na temperatura constante, Para gases, cujo comportamento se aproxima da idealidade é válida a equação a seguir, conhecida como lei de Boyle [4].

A pressão no interior de um gás no interior de um recipiente é medida com um manômetro. Na sua versão mais simples, um manômetro é uni tubo em U cheio com um liquido pouco volátil. Se uma boca do tubo for aberta, a pressão, p, da amostra gasosa equilibra com a soma das pressões exercidas pela coluna do líquido, que é igual a , mais a pressão externa, :

,onde p é a densidade do líquido, g a aceleração da gravidade e h é a altura do líquido no tubo em U [3].

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Figura 2: Manômetro simples em forma de U.

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OBJETIVO :

O objetivo desse experimento é simular os valores obtidos por Robert Boyle e E. Mariotte, no século XVII, mostrando assim que para os gases o volume é inversamente proporcional à pressão.

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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL :

Em um suporte Universal foram presos uma Bureta e uma Pipeta, e tiveram suas extremidades de baixo ligadas por uma mangueira de látex, formando uma forma parecida com um “U”. Como a Bureta é maior q a Pipeta, uma das extremidades do “U” ficou maior que a outra.

Uma seringa de 20mL com uma mangueira na ponta e o êmbolo totalmente puxado, posição de 20mL, foi presa, na posição horizontal, a um outro suporte universal.

No manômetro em “U” improvisado, foi colocado água com azul de metileno (parta facilitar a observação). Foi feita uma marcação de altura inicial da água na parte de Bureta do manômetro.

A mangueira da seringa foi conectada a outra extremidade da pipeta (extremidade menor do manômetro), tomando o cuidado de manter o êmbolo no 20mL.

O êmbolo foi empurrado, parando de 2mL em 2mL, para anotar a altura referente à parte maior do “U”, em relação à altura inicial.

O experimento foi feito em duplicata [4].

Figura 3 [4]: representação esquemática da aparelhagem do experimento

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RESULTADOS E DISCUSSÕES :

p (mm Hg) V (cm³) pV pV-<pV> (pV-<pV>)²779,32604 20 15586,5208 6538,573542 42752943,97

791,962332 18 14255,32198 5207,374718 27116751,46806,08526 16 12897,36416 3849,416902 14818010,49

821,694748 14 11503,72647 2455,779214 6030851,55836,560956 12 10038,73147 990,7842144 981653,3595852,17052 10 8521,7052 -526,2420576 276930,7032

867,036728 8 6936,293824 -2111,653434 4459080,224881,902936 6 5291,417616 -3756,529642 14111514,95898,103704 4 3592,414816 -5455,532442 29762834,22927,98812 2 1855,97624 -7191,971018 51724447,12

Tabela 1: Valores experimentais

0

5

10

15

20

25

750 800 850 900 950

p (mm Hg)

V (

cm³)

Gráfico 3: Gráfico do volume versus a pressão.

7

0

5

10

15

20

25

0,00105 0,0011 0,00115 0,0012 0,00125 0,0013

1/p (1/mm Hg)

V (

cm³)

Gráfico 4: Gráfico do volume pelo inverso da pressão.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

750 800 850 900 950

p (mm Hg)

pV

(m

m H

g x

cm

³)

Gráfico 5: Gráfico do produto pressão x volume pela pressão.

Sendo o desvio padrão e o desvio padrão relativo ados por:

e , temos que:

e .

Tendo o resultado obtido ficado muito fora do padrão aceitável, 51% de Erro relativo, fomos levados a considerar um erro experimental. Esse erro pode ter sido graças à má preparação da aparelhagem usada, ou um erro de operação.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS :

1. http://www.qmc.ufsc.br/quimica/pages/aulas/gas_page2.html; acessado no dia 09 de março de 2009.

2. "Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente”; ATKINS, Peter e JONES, Loretta; trad. para língua portuguesa por CARACELLI, Ignez de “Chemical principles: the quest for insight”; Porto Alegre; Bookman, 2001.

3. Material cedido pela professora Lílian.

4. Adaptado do material cedido pela professora Lílian.

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