GASES: DETEMINAÇÃO DA RELAÇÃO DO VOLUME COM A PRESSÃO DE UMA AMOSTRA DE AR À TEMPERATURA CONSTANTE (LEI DE BOYLE)

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1 GASES: DETEMINAÇÃO DA RELAÇÃO DO VOLUME COM A PRESSÃO DE UMA AMOSTRA DE AR À TEMPERATURA CONSTANTE (LEI DE BOYLE) 1. Introdução 1.1) Lei de Boyle: à temperatura constante, o volume ocupado por uma determinada quantidade (número de mol) de um gás é inversamente proporcional à pressão: p 1 c V (01) onde c é uma constante de proporcionalidade. Para uma certa quantidade do gás (o número de mol é fixo) variando sua pressão e registrando o volume ocupado pelo gás a cada pressão, observa-se que um aumento da pressão do gás conduz a redução de volume de tal modo que o produto da pressão pelo volume é uma constante c pv (02) 2.2) Aplicação prática da Lei de Boyle: para uma mudança do estado 1 (inicial) para o estado 2 (final) tem-se: p1v 1 p2v 2 (03) Esta relação permite-nos calcular o valor de qualquer uma das quatro variáveis, V 1, p 1, V 2, e p 2 tendo-se os valores das outras três variáveis. Este trabalho prático tem como objetivo medir a expansão de um gás com a redução da pressão à temperatura constante, obtendo resultados quantitativos a partir de dois simples, utilizando materiais e equipamentos rotineiros em laboratório. A verificação da Lei de Boyle. Discutir e comparar os dois métodos. 2. Materiais, equipamentos e reagentes 3.1) Experimento 1: TUBO DE VIDRO USANDO UM TRANSFERIDOR Tubo de vidro: comprimento de 350mm; diâmetro externo 7,30mm e interno 1,80mm Barômetro Régua milimetrada transparente Mercúrio Termômetro (0 a 100ºC) O gás utilizado é o ar atmosférico Transferidor para medir ângulo Suporte de madeira 3.2) Experimento 2: TUBO EM U USANDO UMA BOMBA DE VÁCUO Pipeta graduada de 10 ml, curvada em U, fechar a ponta da pipeta próximo à marca dos 10 ml.

2 Suporte universal, mufa e garra Nujol óleo mineral Mangueiras de borracha Tubo de vidro em T Termômetro (0 a 100ºC) O gás utilizado é o ar atmosférico Bomba de vácuo Manômetro de Hg, extremidade aberta 3. Procedimento Experimental 3.1) Experimento 1: TUBO DE VIDRO USANDO UM TRANSFERIDOR 3.1.1) Montagem da aparelhagem: No tubo de vidro foi colocada uma coluna de Hg ( 140 mm) mantendo o tubo na vertical de maneira que o mesmo contenha uma quantidade de ar capturado entre a extremidade fechada e a coluna de mercúrio. Em um suporte de madeira foi ajustado um semicírculo onde foi feita a marcação de ângulos, nos quadrantes superior (+) e inferior (-). O tubo foi fixado ao centro do semicírculo de tal modo que permita que a extremidade do tudo se movimente no intervalo dos ângulos +90 a 90º ) Procedimento: Colocar o tubo na horizontal (0º) e medir a coluna de Hg (C Hg ) e anotar na Tabela 2. Movimentar o tubo sem colocar a mão na extremidade fechada para que não ocorra alteração na temperatura. Ajustar o ângulo de + 90 o e medir com a régua o comprimento da coluna de ar (C ar ). Anotar a medida, em mm, na Tabela 2. Medir a coluna de ar em todos os ângulos assinalados na Tabela ) Experimento 2: TUBO EM U USANDO UMA BOMBA DE VÁCUO 3.2.1) Montagem da aparelhagem: No tubo em U foi colocado Nujol, e com uma mangueira de diâmetro interno bem fino foi ajustada a altura da coluna ar ( 2 ml). Assim o tubo contém uma quantidade de ar capturado entre a extremidade fechada e o nível do Nujol. O tubo em U foi fixado em um suporte universal e conectado ao tubo T que liga a bomba de vácuo ao manômetro ) Procedimento: Fazer um teste preliminar para compreender o funcionamento da bomba e como medir a pressão no manômetro.

3 Regular a bomba deixando-a quase toda aberta (pressão máxima) e conecte-a ao tubo em U, e em seguida, ligar a bomba. Anotar a diferença, em mm, entre as alturas dos níveis das colunas de Hg no manômetro, (P Hg ) Anotar o volume da coluna de ar na Tabela 3. Fechar a válvula que regula o vácuo até obter uma variação de volume de 0,2 ml. Anotar a diferença na coluna de Hg e o correspondente volume. Continuar repetindo o item anterior até atingir a o máximo que a bomba suporta. Medir a pressão atmosférica (P atm ) e a temperatura ambiente. 4. Apresentação e discussão dos resultados Utilize a Tabela 1 para efetuar os cálculos da pressão do gás correspondente ao experimento 1, completando a Tabela 2. TABELA 1: Posição do tubo e pressão correspondente sobre o gás. Posição do tubo Pressão sobre o gás (p gás ) Horizontal 0 o Pressão atmosférica Vertical angulo de + 90 o Pressão atmosférica + C Hg Vertical angulo de 90 o Pressão atmosférica C Hg Quadrante Superior Pressão atmosférica + (C Hg x seno ângulo) Quadrante Inferior Pressão atmosférica - (C Hg x seno ângulo) C Hg = coluna de Hg = mm. TABELA 2: Ângulos (), da coluna de ar e as pressões exercidas sobre o gás. / grau C ar /mm (1/C ar )/ mm -1 p gás /mm C Hg = temperatura = p atmosférica =

4 TABELA 3: Valores de volume da coluna de ar as correspondentes pressões.p Hg /mm V/mL p bomba /mm Hg (1/V)/mL -1 Faça um desenho esquemático do manômetro aberto sendo a pressão da bomba menor que a pressão atmosférica e escreva a equação que calcula a pressão da bomba. Utilizando os resultados da Tabela 2 represente o gráfico de p gás em função 1/C ar. Trace a curva que melhor se ajusta aos dados experimentais, calcule o coeficiente angular graficamente, escreva a equação da reta e interprete a curva obtida. Utilizando os resultados da Tabela 3 represente o gráfico de p gás em função 1/V r. Trace a curva que melhor se ajusta aos dados experimentais, calcule o coeficiente angular graficamente, escreva a equação da reta e interprete a curva obtida. A partir da equação de reta obtida no experimento II calcule os volumes para pressões menores (300; 250; 200; 100 e 50 mm Hg) e complete na Tabela 3. Utilizando todos os dados experimentais e calculados represente o gráfico de p gás em função V r. Trace a curva que melhor se ajusta aos dados e discuta. Discuta e compare os dois métodos utilizados nesta prática.

5 90 coluna de ar ar coluna de Hg Hg -90 Figura 1 Tubo da montagem utilizando o transferidor. conectar a bomba nível inicial do fluido Figura 2 Tubo da montagem utilizando bomba de vácuo.