Boylen laki on kemian peruslaki, joka kuvaa vakiolämpötilassa pidettävän kaasun käyttäytymistä. Laki, jonka Robert Boyle löysi vuonna 1662, sanoo, että kiinteässä lämpötilassa kaasun tilavuus on kääntäen verrannollinen kaasun aiheuttamaan paineeseen. Toisin sanoen, kun kaasu pumpataan suljettuun tilaan, se kutistuu sopimaan tähän tilaan, mutta kaasun säiliöön kohdistama paine kasvaa. Boylen laki voidaan kirjoittaa matemaattisesti:
P x V = vakio
Tässä yhtälössä P = paine ja V = tilavuus.
Boylen kokeilu
Lain todistamiseksi Boyle pumpasi happea (kaasua) J-muotoiseen lasiputkeen, joka oli suljettu toisesta päästä. Käyttäen poltinta pitääkseen hapen vakaassa lämpötilassa hän kaatoi putkeen erilaisia määriä elohopeaa, mikä muutti happipainetta. Hän havaitsi, että mitä enemmän hän käytti painetta, sitä pienempi oli hapen tilavuus, ja tämä väheneminen tapahtui vakionopeudella.
Boylen laki liittyy nimenomaan ideaalikaasuun – teoreettiseen kaasuun, joka koostuu satunnaisista hiukkasista, jotka eivät ole vuorovaikutuksessa. Vaikka mikään todellisista kaasuista ei ole ihanteellinen kaasu, useimmat näyttävät nämä ihanteelliset ominaisuudet normaaliolosuhteissa.
Todellisia esimerkkejä
Yksi esimerkki Boylen laista toiminnassa voidaan nähdä ilmapallossa. Ilmaan puhalletaan ilmapalloa; tämän ilman – kaasun – paine painaa kumia, jolloin ilmapallo laajenee. Jos ilmapallon toista päätä puristetaan, jolloin tilavuus pienenee, paine sisällä kasvaa, jolloin ilmapallon puristamaton osa laajenee. Kaasun puristamiselle on kuitenkin rajansa, koska lopulta paine tulee niin suureksi, että se aiheuttaa ilmapallon (tai minkä tahansa säiliön) rikkoutumisen.
Toinen esimerkki on ruisku veren ottamiseen. Tyhjässä ruiskussa on kiinteä määrä kaasua (ilmaa); jos mäntää vedetään taaksepäin ilman, että neulapäätä työnnetään mihinkään, putken tilavuus kasvaa ja paine laskee, jolloin ilmaan siirtyy enemmän putkea paineen tasaamiseksi. Jos ruisku asetetaan laskimoon ja mäntä vedetään taaksepäin, veri virtaa putkeen, koska suonen paine on korkeampi kuin ruiskun paine.
Toinen tapa kuvata Boylen lakia on, että kun sitä painetaan, kaasulla on taipumus työntää taaksepäin. Ilman valtavaa painovoimaa, joka pitää heidät yhdessä, aurinkokunnan kaasuplaneetat leviäisivät nopeasti kaikkiin suuntiin ja alentaisivat nopeasti paineita. Tässä tapauksessa painovoiman paine säätelee näiden planeettojen ympärillä olevien kaasujen tilavuutta.
Charlesin ja Guy-Lussacin laki
Boylen lain kääntäjä on Charlesin ja Gay-Lussacin laki, joka on nimetty sen löytäneiden kahden ranskalaisen tiedemiehen mukaan. Charlesin ja Gay-Lussacin laki osoittaa, että kaasun tilavuus kasvaa tai pienenee lämpötilan mukaan. Matemaattisesti kirjoitettuna laki näyttää tältä:
V = vakio x T
Tässä yhtälössä V = tilavuus ja T = lämpötila. Kun Boylen laki keskittyy vakiolämpötilaan ja muuttuvaan paineeseen, Charlesin ja Gay-Lussacin laki keskittyy lämpötilan muuttumiseen.