Hukum Boyle adalah hukum dasar dalam kimia yang menggambarkan perilaku gas yang ditahan pada suhu konstan. Hukum yang ditemukan oleh Robert Boyle pada tahun 1662 menyatakan bahwa pada suhu tetap, volume gas berbanding terbalik dengan tekanan yang diberikan oleh gas. Dengan kata lain, ketika gas dipompa ke dalam ruang tertutup, itu akan menyusut untuk masuk ke dalam ruang itu, tetapi tekanan yang diberikan gas pada wadah akan meningkat. Hukum Boyle dapat dituliskan secara matematis:
P x V = konstan
Dalam persamaan ini, P = tekanan dan V = volume.
Percobaan Boyle
Untuk membuktikan hukum tersebut, Boyle memompa oksigen (gas) ke dalam tabung kaca berbentuk J yang salah satu ujungnya tertutup rapat. Menggunakan pembakar untuk menjaga oksigen pada suhu konstan, ia kemudian menuangkan merkuri dalam jumlah yang berbeda ke dalam tabung, yang memvariasikan tekanan pada oksigen. Dia menemukan bahwa semakin banyak tekanan yang dia berikan, semakin kecil volume oksigen, dan pengurangan ini terjadi pada laju yang konstan.
Hukum Boyle secara khusus berhubungan dengan gas ideal — yaitu, gas teoretis yang terdiri dari partikel acak yang tidak berinteraksi. Meskipun tidak ada gas nyata yang merupakan gas ideal, sebagian besar memang menampilkan karakteristik ideal ini dalam kondisi normal.
Contoh Dunia Nyata
Salah satu contoh penerapan Hukum Boyle dapat dilihat pada balon. Udara ditiupkan ke dalam balon; tekanan udara itu — gas — mendorong karet, membuat balon mengembang. Jika salah satu ujung balon ditekan, membuat volumenya lebih kecil, tekanan di dalam meningkat, membuat bagian balon yang tidak diperas mengembang. Akan tetapi, ada batasan seberapa banyak gas dapat dimampatkan, karena pada akhirnya tekanan menjadi sangat besar sehingga menyebabkan balon (atau wadah apa pun) pecah.
Contoh yang berbeda adalah jarum suntik untuk mengambil darah. Jarum suntik kosong memiliki jumlah gas (udara) yang tetap di dalamnya; jika plunger ditarik kembali tanpa ujung jarum dimasukkan ke dalam apa pun, volume tabung akan meningkat dan tekanan akan turun, menyebabkan lebih banyak udara yang masuk ke dalam tabung untuk menyamakan tekanan. Jika jarum suntik dimasukkan ke dalam vena dan pendorong ditarik kembali, darah akan mengalir ke dalam tabung karena tekanan di dalam vena lebih tinggi daripada tekanan di dalam jarum suntik.
Cara lain untuk menggambarkan hukum Boyle adalah bahwa ketika didorong, gas cenderung mendorong kembali. Tanpa sejumlah besar gravitasi yang menahan mereka bersama-sama, planet-planet gas tata surya akan dengan cepat menyebar ke segala arah, dengan cepat mengurangi tekanan. Dalam hal ini, tekanan gravitasi mengatur volume gas di sekitar planet-planet ini.
Hukum Charles dan Guy-Lussac
Kebalikan dari Hukum Boyle adalah Hukum Charles dan Gay-Lussac, dinamai untuk dua ilmuwan Prancis yang menemukannya. Hukum Charles dan Gay-Lussac menunjukkan bahwa volume gas bertambah atau berkurang menurut suhu. Ditulis secara matematis, hukum terlihat seperti ini:
V = konstan x T
Dalam persamaan ini, V = volume dan T = suhu. Sementara Hukum Boyle berfokus pada suhu konstan dan perubahan tekanan, Hukum Charles dan Gay-Lussac berfokus pada perubahan suhu.