Selama berabad-abad, para ilmuwan telah menemukan hukum yang menjelaskan bagaimana sifat-sifat seperti volume dan tekanan mempengaruhi cara gas berperilaku. Anda menyaksikan penerapan kehidupan nyata dari setidaknya salah satu hukum ini – hukum Boyle – setiap hari, mungkin tanpa pernah mengetahui bahwa Anda sedang mengamati prinsip-prinsip ilmiah penting dalam tindakan.
Gerak Molekul, Volume dan Bola
Menurut hukum Charles, peningkatan volume sebanding dengan kenaikan suhu jika Anda memanaskan sejumlah gas pada tekanan konstan. Tunjukkan hukum ini dengan mengamati bagaimana bola sepak yang digelembungkan di dalam ruangan menjadi lebih kecil jika Anda membawanya keluar pada hari yang dingin. Distributor propana memanfaatkan hukum Charles dengan menurunkan suhu hingga -42,2 derajat Celsius (-44 Fahrenheit) – tindakan yang mengubah propana menjadi cairan yang lebih mudah diangkut dan toko. Propana mencair karena saat suhu turun, molekul gas semakin dekat dan volume berkurang.
Pernapasan Menjadi Sulit Atas Perkenan Hukum Dalton
Hukum Dalton mengatakan bahwa tekanan total campuran gas sama dengan jumlah semua gas yang terkandung dalam campuran, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan berikut:
Contoh ini mengasumsikan bahwa hanya ada dua gas dalam campuran. Salah satu konsekuensi dari hukum ini adalah bahwa oksigen menyumbang 21 persen dari tekanan total atmosfer karena membentuk 21 persen dari atmosfer. Orang yang naik ke tempat yang tinggi mengalami hukum Dalton ketika mereka mencoba bernapas. Saat mereka naik lebih tinggi, tekanan parsial oksigen menurun karena tekanan atmosfer total menurun sesuai dengan hukum Dalton. Oksigen mengalami kesulitan masuk ke aliran darah ketika tekanan parsial gas menurun. Hipoksia, masalah medis serius yang berpotensi mengakibatkan kematian, dapat terjadi jika hal ini terjadi.
Implikasi Mengejutkan dari Hukum Avogadro
Amadeo Avogadro membuat proposal menarik pada tahun 1811 yang sekarang merumuskan hukum Avogadro. Ini menyatakan bahwa satu gas mengandung jumlah molekul yang sama dengan gas lain dengan volume yang sama pada suhu dan tekanan yang sama. Ini berarti bahwa ketika Anda menggandakan atau melipatgandakan molekul gas, volumenya menjadi dua atau tiga kali lipat jika tekanan dan suhu tetap konstan. Massa gas tidak akan sama karena memiliki berat molekul yang berbeda. Hukum ini menyatakan bahwa balon udara dan balon identik yang mengandung helium tidak memiliki berat yang sama karena molekul udara – terutama terdiri dari nitrogen dan oksigen – memiliki massa lebih banyak daripada helium molekul.
Keajaiban Hubungan Tekanan Terbalik
Robert Boyle juga mempelajari hubungan menarik antara volume, tekanan dan sifat gas lainnya. Menurut hukumnya, tekanan gas dikali volumenya adalah konstan jika fungsi gas seperti gas ideal. Ini berarti bahwa tekanan gas dikalikan dengan volume pada satu saat sama dengan tekanan dikalikan volume pada saat lain setelah Anda menyesuaikan salah satu sifat tersebut. Persamaan berikut menggambarkan hubungan ini:
P_1V_1=P_2V_2
Dalam gas ideal, energi kinetik terdiri dari semua energi internal gas dan perubahan suhu terjadi jika energi ini berubah. (ref 6, paragraf pertama tentang definisi ini). Asas-asas hukum ini menyentuh beberapa bidang dalam kehidupan nyata. Misalnya, ketika Anda menarik napas, diafragma Anda meningkatkan volume paru-paru Anda. Hukum Boyle menyatakan bahwa tekanan paru-paru menurun, menyebabkan tekanan atmosfer untuk mengisi paru-paru dengan udara. Kebalikannya terjadi saat Anda menghembuskan napas. Sebuah jarum suntik mengisi menggunakan prinsip yang sama tarik plunger dan volume jarum suntik meningkat, menyebabkan penurunan tekanan yang sesuai di dalam. Karena cairan berada pada tekanan atmosfer, ia mengalir ke area bertekanan rendah di dalam jarum suntik.