Boyleov zakon je osnovni zakon v kemiji, ki opisuje obnašanje plina pri konstantni temperaturi. Zakon, ki ga je leta 1662 odkril Robert Boyle, pravi, da je pri fiksni temperaturi prostornina plina obratno sorazmerna s tlakom, ki ga izvaja plin. Z drugimi besedami, ko se plin črpa v zaprt prostor, se bo skrčil, da bi se prilegal v ta prostor, vendar se bo pritisk, ki ga plin daje na posodo, povečal. Boyleov zakon je mogoče zapisati matematično:
P x V = konstanta
V tej enačbi je P = tlak in V = prostornina.
Boylov eksperiment
Da bi dokazal zakon, je Boyle črpal kisik (plin) v stekleno cev v obliki črke J, ki je bila zaprta na enem koncu. S pomočjo gorilnika je ohranil kisik pri konstantni temperaturi, nato je v cev vlil različne količine živega srebra, ki je spreminjal pritisk na kisik. Ugotovil je, da večji kot je pritisk izvajal, manjši je volumen kisika in to zmanjšanje se je dogajalo s konstantno hitrostjo.
Boyleov zakon se posebej nanaša na idealni plin – to je teoretični plin, ki je sestavljen iz naključnih delcev, ki ne delujejo. Čeprav noben pravi plin ni idealen plin, večina teh idealnih lastnosti kaže v normalnih pogojih.
Primeri iz resničnega sveta
En primer Boylovega zakona v akciji je mogoče videti v balonu. Zrak se vpihuje v balon; tlak tega zraka – plina – potisne gumo, zaradi česar se balon razširi. Če en konec balona stisnemo in zmanjšamo prostornino, se tlak v notranjosti poveča, zaradi česar se nestisnjen del balona razširi. Vendar pa obstaja omejitev, koliko je mogoče stisniti plin, ker sčasoma tlak postane tako velik, da povzroči zlom balona (ali katere koli posode).
Drug primer je brizga za odvzem krvi. Prazna brizga ima v sebi določeno količino plina (zrak); če bat povlečete nazaj, ne da bi bil konec igle vstavljen v karkoli, se bo prostornina cevi povečala in tlak bo padel, zaradi česar se bo v cev premaknilo več zraka, da se tlak izenači. Če brizgo vstavite v veno in bat potegnete nazaj, bo kri stekla v cevko, saj je tlak v veni višji od tlaka v brizgi.
Drug način opisovanja Boylovega zakona je, da se plin, ko ga potisnemo, potisne nazaj. Brez ogromne količine gravitacije, ki bi jih držala skupaj, bi se plinasti planeti sončnega sistema hitro razpršili v vse smeri in hitro zmanjšali tlak. V tem primeru tlak gravitacije uravnava prostornino plinov okoli teh planetov.
Charles in Guy-Lussacov zakon
Inverzni Boylov zakon je Charlesov in Gay-Lussacov zakon, poimenovan po dveh francoskih znanstvenikih, ki sta ga odkrila. Charles in Gay-Lussacov zakon kaže, da se prostornina plina povečuje ali zmanjšuje glede na temperaturo. Matematično napisan zakon izgleda takole:
V = konstanta x T
V tej enačbi sta V = prostornina in T = temperatura. Medtem ko se Boylov zakon osredotoča na konstantno temperaturo in spreminjanje tlaka, se Charles in Gay-Lussacov zakon osredotoča na spreminjanje temperature.