Door de eeuwen heen hebben wetenschappers wetten ontdekt die verklaren hoe eigenschappen zoals volume en druk het gedrag van gassen beïnvloeden. Je ziet dagelijks 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 temperatuurtoename als je een vaste hoeveelheid gas bij constante druk verwarmt. Demonstreer deze wet door te observeren hoe een opgeblazen voetbal die binnen heeft gestaan kleiner wordt als je hem op een koude dag mee naar buiten neemt. 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 te transporteren en winkel. Propaan wordt vloeibaar omdat naarmate de temperatuur daalt, de gasmoleculen dichter bij elkaar komen en het volume afneemt.
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:
In dit voorbeeld wordt ervan uitgegaan dat er slechts twee gassen in het mengsel voorkomen. Een gevolg van deze wet is dat zuurstof 21 procent van de totale druk van de atmosfeer uitmaakt, omdat het 21 procent van de atmosfeer uitmaakt. Mensen die naar grote hoogten stijgen, 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 in de bloedbaan te komen wanneer de partiële druk van het gas afneemt. Hypoxie, een ernstig medisch probleem dat mogelijk de dood tot gevolg heeft, 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. Het stelt dat een gas hetzelfde aantal moleculen bevat als een ander gas van hetzelfde volume bij dezelfde temperatuur en druk. Dit betekent dat wanneer je de moleculen van een gas verdubbelt of verdrievoudigt, het volume verdubbelt of verdrievoudigt als 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 weigh omdat luchtmoleculen – voornamelijk bestaande uit stikstof en zuurstof – meer massa hebben dan helium moleculen.
De magie van omgekeerde drukrelaties
Robert Boyle bestudeerde ook de intrigerende relaties tussen volume, druk en andere gaseigenschappen. Volgens zijn wet is de druk van een gas maal het volume een constante als het gas functioneert als een ideaal gas. Dit betekent dat de druk maal het volume van een gas op het ene moment gelijk is aan de druk maal het volume op een ander moment nadat u een van die eigenschappen hebt aangepast. De volgende vergelijking illustreert deze relatie:
P_1V_1=P_2V_2
In ideale gassen omvat kinetische energie alle interne energie van het gas en er treedt een temperatuurverandering op als deze energie verandert. (ref 6, eerste alinea bij deze definitie). De principes van deze wet raken verschillende gebieden in het echte leven. Wanneer u bijvoorbeeld inademt, verhoogt uw middenrif het volume van uw longen. De wet van Boyle houdt in dat de longdruk afneemt, waardoor de atmosferische druk de longen met lucht vult. Het omgekeerde gebeurt wanneer je uitademt. Een spuit vult volgens hetzelfde principe, trek aan de zuiger en het volume van de spuit neemt toe, waardoor een overeenkomstige drukdaling binnenin ontstaat. Omdat de vloeistof onder atmosferische druk staat, stroomt deze in het lagedrukgebied in de spuit.