Leyes de los gases. Presión-volumen

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Leyes de los gases. Presión-volumen.

En este trabajo se somete a un volumen de gas a cambios de presión a temperatura constante.
Para ello se utiliza un sistema de dos buretas con mercurio unidas por un tubo en forma de gases comunicantes y con un volumen conocido de aire encerrado en una de las buretas.
Con los datos obtenidos se obtiene la relación entre presión y volumen obtenida por Robert Boyle y Edme Mariotte hacia 1670.

Enlace al guión de laboratorio.

Material

- Aparato para la comprobación de las leyes de los gases, o bien,
- 2 buretas (una sin llave), 2 nueces, 2 pinzas, 1 soporte y regla de 50 cm - Tubo de goma de pared gruesa y mercurio - Cubeta de plástico - Barómetro

.

Si no se dispone de aparato específico para el estudio de las leyes de los gases, se puede construir uno adecuado utilizando dos buretas.
Como depósito de mercurio se utiliza una bureta a la que se le haya roto la llave, insertando la manguera por el lado de la llave rota.
La bureta que se usa com depósito de gas llevará la llave hacia arriba. Conviene usar una bureta que no tenga una boca ensanchada, o bien cortar la parte contraria a la llave para poder insertar la manguera.
Para evitar fugas de mercurio, en ambos extremos de la manguera conviene reforzar el cierre utilizando cinchas de plástico.
Si no se quiere trabajar con mercurio se puede construir un medidor de presión con Arduino y un sensor de presión diferencial, dejando una de sus dos bocas abierta a la atmósfera y conectando la otra al depósito de gases de presión veriable (por ejemplo, una jeringuilla o una bomba de aire bicicleta).

Comentarios a la preparación del montaje

El trabajo con el manómetro de mercurio exige tomar las precauciones básicas para la manipulación del mercurio. Disponer una bandeja debajo del aparato de los gases durante toda su manipulación permite controlar mejor los posibles derrames.
Si se prepara el aparato con dos buretas, sujetar ambas en un sólo soporte es mucho más estable que utilizar dos soportes, que tienden a caer de lado.
Al utilizar un sólo soporte, el cambio de medir a presiones inferiores a la atmosférica a presiones superiores exige pasar la nuez y pinza que sujetan una de las buretas de un lado a otro de la otra nuez. Si se utiliza un aparato diseñado para hacer estas mediciones no suele haber este problema ya que suelen tener dos carrilas de sujección independientes.

Aspectos didácticos

Este trabajo pretende:

- Montar un sistema hermético con medición de presión mediante manómetro de mercurio.
- Obtener datos de presión y volumen modificando la presión en un recipiente con gas.
- Deducir la ley de Boyle-Mariotte que relaciona presión y volumen en un gas ideal.

Un medidor de presión basado en un sensor diferencial y una placa Arduino es mucho más preciso que el manómetro y evita la manipulación de mercurio, pero desde el pundo de vista didáctico es mucho mejor el manómetro clásico.
El milímetro de mercurio como unidad de presión dista mucho de ser lógica a ojos de un alumno: ¡una unidad de longitud de un metal fundido como forma de medir la presión!.
Sólo se puede entender la lógica de esta unidad en la práctica, utilizando un manómetro de mercurio y observando cómo el peso de una columna de mercurio encerrada en un tubo se opone a la presión de un gas.
Es importante insistir en la explicación de la presión que surge de la teoría cinética de los gases, de manera que se interprete lo que sucede en la bureta como el efecto de partículas chocando cada vez con más frecuencia contra las paredes de la bureta y contra la base de la columna de mercurio al disponer de menos espacio cuando se reduce el volumen.

Montaje completo de aparato para leyes de los gases con dos carriles independientes para las buretas.

Columnas de mercurio con diferencia de altura

Detalle del depósito de mercurio y sujección de mangueras