Legea lui Boyle este o lege de bază în chimie care descrie comportamentul unui gaz menținut la o temperatură constantă. Legea, descoperită de Robert Boyle în 1662, prevede că la o temperatură fixă, volumul de gaz este invers proporțional cu presiunea exercitată de gaz. Cu alte cuvinte, atunci când un gaz este pompat într-un spațiu închis, acesta se va micșora pentru a se potrivi în acel spațiu, dar presiunea pe care gazul o pune asupra recipientului va crește. Legea lui Boyle poate fi scrisă matematic:
P x V = constantă
În această ecuație, P = presiune și V = volum.
Experimentul lui Boyle
Pentru a demonstra legea, Boyle a pompat oxigen (un gaz) într-un tub de sticlă în formă de J, care a fost sigilat la un capăt. Folosind un arzător pentru a menține oxigenul la o temperatură constantă, a turnat apoi diferite cantități de mercur în tub, care a variat presiunea asupra oxigenului. El a descoperit că, cu cât a aplicat mai multă presiune, cu atât volumul de oxigen este mai mic, iar această reducere s-a produs într-un ritm constant.
Legea lui Boyle se referă în mod specific la un gaz ideal – adică un gaz teoretic care este format din particule aleatorii care nu interacționează. Deși niciun gaz real nu este gaz ideal, majoritatea prezintă aceste caracteristici ideale în condiții normale.
Exemple din lumea reală
Un exemplu de Legea lui Boyle în acțiune poate fi văzut într-un balon. Aerul este suflat în balon; presiunea acelui aer – un gaz – împinge cauciucul, făcând balonul să se extindă. Dacă un capăt al balonului este stors, făcând volumul mai mic, presiunea din interior crește, făcând ca partea nestorsă a balonului să se extindă. Există însă o limită la cât de mult poate fi comprimat gazul, deoarece în cele din urmă presiunea devine atât de mare încât face ca balonul (sau orice recipient) să se spargă.
Un alt exemplu este o seringă pentru prelevarea de sânge. O seringă goală are o cantitate fixă de gaz (aer) în ea; dacă pistonul este tras înapoi fără ca capătul acului să fie introdus în ceva, volumul tubului va crește și presiunea va scădea, determinând să se deplaseze mai mult aer în tub pentru a egaliza presiunea. Dacă seringa este introdusă într-o venă și pistonul este tras înapoi, sângele va curge în tub, deoarece presiunea din venă este mai mare decât presiunea din seringă.
Un alt mod de a descrie legea lui Boyle este că atunci când este împins, un gaz tinde să se împingă înapoi. Fără cantitatea masivă de gravitație care le ține împreună, planetele gazoase ale sistemului solar ar difuza rapid în toate direcțiile, depresurizează rapid. În acest caz, presiunea gravitației reglează volumul gazelor din jurul acestor planete.
Legea lui Charles și Guy-Lussac
Inversul Legii lui Boyle este Legea lui Charles și Gay-Lussac, numită după cei doi oameni de știință francezi care au descoperit-o. Legea lui Charles și Gay-Lussac arată că volumul unui gaz crește sau scade în funcție de temperatură. Scrisă matematic, legea arată astfel:
V = constanta x T
În această ecuație, V = volum și T = temperatură. În timp ce Legea lui Boyle se concentrează pe temperatura constantă și schimbarea presiunii, Legea lui Charles și Gay-Lussac se concentrează pe schimbarea temperaturii.