Door de eeuwen heen hebben wetenschappers wetten ontdekt die verklaren hoe eigenschappen zoals volume en druk de manier beïnvloeden waarop gassen zich gedragen. Je ziet dagelijkse toepassingen van ten minste één van deze wetten - de wet van Boyle - misschien zonder ooit te weten dat je belangrijke wetenschappelijke principes in actie observeert.

Moleculaire beweging, volume en voetballen

Volgens de wet van Charles is de volumetoename evenredig met de temperatuurstijging als je een vaste hoeveelheid gas met constante druk verwarmt. Demonstreer deze wet door te observeren hoe een opgeblazen voetbal die binnenshuis is, kleiner wordt als je hem buiten meeneemt op een koude dag. Propaanverdelers profiteren van de wet van Charles door de temperatuur te verlagen tot -42,2 graden Celsius (-44 Fahrenheit) - een actie die propaan omzet in een vloeistof die gemakkelijker kan worden getransporteerd en opgeslagen. Propaan wordt vloeibaar doordat de moleculen dichter bij elkaar komen en het volume daalt.

Ademhaling moeilijk gemaakt dankzij de wet van Dalton

De wet van Dalton zegt dat de totale druk van een gasmengsel gelijk is aan de som van alle gassen in het mengsel, zoals weergegeven in de volgende vergelijking:

Totale druk = druk 1 + druk 2

In dit voorbeeld wordt aangenomen dat er slechts twee gassen in het mengsel aanwezig zijn. Een gevolg van deze wet is dat zuurstof 21 procent van de totale druk van de atmosfeer vormt, omdat het 21 procent van de atmosfeer uitmaakt. Mensen die opstijgen naar grote hoogten ervaren de wet van Dalton wanneer ze proberen te ademen. Naarmate ze hoger klimmen, neemt de partiële druk van zuurstof af naarmate de totale atmosferische druk afneemt in overeenstemming met de wet van Dalton. Zuurstof heeft het moeilijk om het in de bloedbaan te krijgen wanneer de partiële druk van het gas daalt. Hypoxie, een ernstig medisch probleem dat kan leiden tot de dood, kan optreden wanneer dit gebeurt.

Verrassende implicaties van de wet van Avogadro

Amadeo Avogadro deed in 1811 interessante voorstellen die nu de wet van Avogadro formuleren. Er staat dat één gas hetzelfde aantal moleculen bevat als een ander gas van hetzelfde volume bij dezelfde temperatuur en druk. Dit betekent dat wanneer u de moleculen van een gas verdubbelt of verdrievoudigt, het volume verdubbelt of verdrievoudigt als de druk en temperatuur constant blijven. Massa's van de gassen zullen niet hetzelfde zijn omdat ze verschillende molecuulgewichten hebben. Deze wet houdt in dat een luchtballon en een identieke ballon met helium niet hetzelfde wegen omdat luchtmoleculen - voornamelijk bestaande uit stikstof en zuurstof - meer massa hebben dan heliummoleculen.

De magie van omgekeerde drukrelaties

Robert Boyle bestudeerde ook de intrigerende relaties tussen volume, druk en andere eigenschappen van gassen. Volgens zijn wet is de druk van een gas keer zijn volume een constante als het gas als een ideaal gas functioneert. Dit betekent dat het drukvolume van een gas op het ene moment gelijk is aan het drukvolume op een ander moment nadat u een van die eigenschappen hebt aangepast. De volgende vergelijking illustreert deze relatie:

Pressure_Before_Manipulation x Volume_Before_Manipulation = Pressure_After_Manipulation x Volume_After_Manipulation.

In ideale gassen omvat kinetische energie alle interne energie van het gas en een temperatuurverandering treedt op als deze energie verandert. (ref 6, eerste alinea van deze definitie). De principes van deze wet raken verschillende gebieden in het echte leven. Als u bijvoorbeeld inademt, verhoogt uw diafragma het volume van uw longen. De wet van Boyle houdt in dat de longdruk daalt, waardoor atmosferische druk de longen met lucht vult. Het omgekeerde gebeurt wanneer je uitademt. Een spuit die wordt gevuld met hetzelfde principe trekt aan zijn plunjer en het volume van de spuit neemt toe, waardoor binnenin een overeenkomstige drukverlaging optreedt. Omdat de vloeistof onder atmosferische druk staat, stroomt deze naar het gebied met lage druk in de spuit.