Boyleov zakon je osnovni zakon u kemiji koji opisuje ponašanje plina koji se drži na konstantnoj temperaturi. Zakon, koji je otkrio Robert Boyle 1662., kaže da je pri fiksnoj temperaturi volumen plina obrnuto proporcionalan tlaku koji plin vrši. Drugim riječima, kada se plin pumpa u zatvoreni prostor, on će se skupiti kako bi stao u taj prostor, ali će se povećati pritisak koji plin stvara na spremnik. Boyleov zakon može se matematički napisati:
P x V = konstanta
U ovoj jednadžbi P = tlak i V = volumen.
Boyleov eksperiment
Kako bi dokazao zakon, Boyle je pumpao kisik (plin) u staklenu cijev u obliku slova J koja je bila zapečaćena na jednom kraju. Koristeći plamenik za održavanje konstantne temperature kisika, zatim je u cijev ulijevao različite količine žive, što je mijenjalo pritisak na kisik. Otkrio je da što je veći pritisak primijenio, to je manji volumen kisika, a to se smanjenje događalo konstantnom brzinom.
Boyleov zakon se posebno odnosi na idealni plin — to jest, teoretski plin koji se sastoji od nasumičnih čestica koje ne djeluju. Iako nijedan pravi plin nije idealan plin, većina pokazuje te idealne karakteristike u normalnim uvjetima.
Primjeri iz stvarnog svijeta
Jedan primjer Boyleovog zakona na djelu može se vidjeti u balonu. Zrak se upuhuje u balon; pritisak tog zraka – plina – gura gumu, čineći da se balon širi. Ako se jedan kraj balona stisne, čime se volumen smanjuje, pritisak unutar balona raste, zbog čega se nestisnuti dio balona širi prema van. Međutim, postoji ograničenje koliko se plin može komprimirati, jer na kraju tlak postane toliko velik da uzrokuje lomljenje balona (ili bilo kojeg spremnika).
Drugi primjer je šprica za vađenje krvi. Prazna štrcaljka ima fiksnu količinu plina (zrak) u sebi; ako se klip povuče unatrag, a da kraj igle nije umetnut u bilo što, volumen cijevi će se povećati i tlak će pasti, uzrokujući da se više zraka kreće u cijev kako bi se izjednačio tlak. Ako se štrcaljka umetne u venu, a klip povuče natrag, krv će teći u cijev jer je tlak u veni veći od tlaka u štrcaljki.
Drugi način opisivanja Boyleovog zakona je da kada se gurne, plin teži natrag. Bez ogromne količine gravitacije koja ih drži zajedno, plinoviti planeti Sunčevog sustava brzo bi se raspršili u svim smjerovima, brzo bi se smanjili tlak. U ovom slučaju, tlak gravitacije regulira volumen plinova oko ovih planeta.
Charlesov i Guy-Lussacov zakon
Inverzni Boyleov zakon je Charlesov i Gay-Lussacov zakon, nazvan po dvojici francuskih znanstvenika koji su ga otkrili. Charles i Gay-Lussacov zakon pokazuje da se volumen plina povećava ili smanjuje ovisno o temperaturi. Matematički napisan, zakon izgleda ovako:
V = konstanta x T
U ovoj jednadžbi V = volumen i T = temperatura. Dok se Boyleov zakon usredotočuje na konstantnu temperaturu i promjenjivi tlak, Charles i Gay-Lussacov zakon usredotočuje se na promjenu temperature.