Nel corso dei secoli, gli scienziati hanno scoperto leggi che spiegano come proprietà come il volume e la pressione influenzano il modo in cui i gas si comportano. Sei testimone delle applicazioni della vita reale di almeno una di queste leggi - la legge di Boyle - ogni giorno, forse senza mai sapere che stai osservando importanti principi scientifici in azione.

Movimento molecolare, volume e calcio

Secondo la legge di Charles, l'aumento di volume è proporzionale all'aumento della temperatura se si riscalda una quantità fissa di gas a pressione costante. Dimostra questa legge osservando come un calcio gonfiato che è stato chiuso diventa più piccolo se lo porti fuori in una giornata fredda. I distributori di propano approfittano della legge di Charles abbassando la temperatura a -42,2 gradi Celsius (-44 Fahrenheit) - un'azione che converte il propano in un liquido che è più facile da trasportare e da immagazzinare. Il propano si liquefa perché quando la temperatura scende, le molecole del gas si avvicinano e il volume diminuisce.


Respirazione resa difficile dalla legge di Dalton

La legge di Dalton dice che la pressione totale di una miscela di gas è uguale alla somma di tutti gas contenuti nella miscela, come mostrato nella seguente equazione:

Pressione totale = Pressione 1 + Pressione 2

Questo esempio presume che nella miscela siano presenti solo due gas. Una conseguenza di questa legge è che l'ossigeno rappresenta il 21 percento della pressione totale dell'atmosfera perché costituisce il 21 percento dell'atmosfera. Le persone che ascendono in alta quota sperimentano la legge di Dalton quando cercano di respirare. Mentre salgono più in alto, la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce al diminuire della pressione atmosferica totale in accordo con la legge di Dalton. L'ossigeno ha difficoltà a farlo entrare nel flusso sanguigno quando la pressione parziale del gas diminuisce. L'ipossia, un grave problema medico potenzialmente mortale, può verificarsi quando ciò accade.

Implicazioni sorprendenti della legge di Avogadro

Amadeo Avogadro fece proposte interessanti nel 1811 che ora formulano la legge di Avogadro. Si afferma che un gas contiene lo stesso numero di molecole di un altro gas di uguale volume alla stessa temperatura e pressione. Ciò significa che quando si raddoppiano o triplicano le molecole di un gas, il volume si raddoppia o triplica se la pressione e la temperatura rimangono costanti. Le masse dei gas non saranno le stesse poiché hanno pesi molecolari diversi. Secondo questa legge, una mongolfiera e un pallone identico contenente elio non hanno lo stesso peso perché le molecole d'aria - costituite principalmente da azoto e ossigeno - hanno più massa delle molecole di elio.

La magia delle relazioni di pressione inversa

Robert Boyle ha anche studiato le intriganti relazioni tra volume, pressione e altre proprietà del gas. Secondo la sua legge, la pressione di un gas per il suo volume è costante se il gas funziona come un gas ideale. Ciò significa che il volume dei tempi di pressione del gas in un momento è pari al suo volume dei tempi di pressione in un altro dopo aver regolato una di queste proprietà. La seguente equazione illustra questa relazione:

Pressure_Before_Manipulation x Volume_Before_Manipulation = Pressure_After_Manipulation x Volume_After_Manipulation.

Nei gas ideali, l'energia cinetica comprende tutta l'energia interna del gas e si verifica un cambiamento di temperatura se questa energia cambia. (rif. 6, primo paragrafo, questa definizione). I principi di questa legge toccano diverse aree nella vita reale. Ad esempio, quando si inala, il diaframma aumenta il volume dei polmoni. La legge di Boyle sostiene che la pressione polmonare diminuisce, causando la pressione atmosferica per riempire i polmoni di aria. Il contrario accade quando espiri. Una siringa si riempie usando lo stesso principio tirando il suo stantuffo e il volume della siringa aumenta, provocando una corrispondente diminuzione di pressione all'interno. Poiché il liquido è a pressione atmosferica, fluisce nell'area di bassa pressione all'interno della siringa.