Robert Boyle, un chimiste irlandais qui vécut de 1627 à 1691, fut le premier à relier le volume d'un gaz dans un espace confiné au volume qu'il occupe. Il a constaté que si vous augmentez la pression (P) sur une quantité fixe de gaz à une température constante, le volume (V) diminue de sorte que le produit de pression et de volume reste constant. Si vous réduisez la pression, le volume augmente. En termes mathématiques: PV = C, où C est une constante. Cette relation, connue sous le nom de loi de Boyle, est l'une des pierres angulaires de la chimie. Pourquoi cela arrive-t-il? La réponse habituelle à cette question implique de conceptualiser un gaz comme une collection de particules microscopiques en mouvement libre.
TL: DR (trop long, pas lu)
La pression d'un gaz varie inversement avec le volume parce que les particules de gaz ont une quantité constante d'énergie cinétique à une température fixe.
Un gaz idéal
La loi de Boyle est l'un des précurseurs de la loi des gaz parfaits, qui stipule que PV = nRT, où n est la masse du gaz, T est la température et R est la constante du gaz. La loi des gaz parfaits, comme la loi de Boyle, n'est techniquement vraie que pour un gaz parfait, bien que les deux relations fournissent de bonnes approximations de situations réelles. Un gaz idéal a deux caractéristiques qui ne se produisent jamais dans la vie réelle. La première est que les particules de gaz sont 100% élastiques, et lorsqu'elles se heurtent les unes aux autres ou aux parois du récipient, elles ne perdent aucune énergie. La deuxième caractéristique est que les particules de gaz idéales n'occupent aucun espace. Ce sont essentiellement des points mathématiques sans extension. Les vrais atomes et molécules sont infinitésimalement petits, mais ils occupent l'espace.
Qu'est-ce qui crée la pression?
Vous pouvez comprendre comment un gaz exerce une pression sur les parois d'un récipient seulement si vous ne le faites pas. t faire l'hypothèse qu'ils n'ont pas d'extension dans l'espace. Une particule de gaz réelle n'a pas seulement une masse, elle a une énergie de mouvement ou une énergie cinétique. Lorsque vous mettez un grand nombre de ces particules ensemble dans un récipient, l'énergie qu'elles communiquent aux parois du récipient crée une pression sur les parois, et c'est la pression à laquelle se réfère la loi de Boyle. En supposant que les particules soient par ailleurs idéales, elles continueront d'exercer la même pression sur les parois tant que la température et le nombre total de particules resteront constants et que vous ne modifierez pas le récipient. En d'autres termes, si T, n et V sont constants, alors la loi des gaz parfaits (PV = nRT) nous dit que P est constant.
Modifiez le volume et vous modifiez la pression
Maintenant supposons vous permettez au volume du récipient d'augmenter. Les particules doivent aller plus loin dans leur voyage vers les parois du récipient, et avant de les atteindre sont susceptibles de subir plus de collisions avec d'autres particules. Le résultat global est que moins de particules heurtent les parois du conteneur, et que celles qui le produisent ont moins d'énergie cinétique. Bien qu'il soit impossible de suivre des particules individuelles dans un conteneur, parce qu'elles sont de l'ordre de 10 23, nous pouvons observer l'effet global. Cet effet, comme l'ont noté Boyle et des milliers de chercheurs après lui, est que la pression sur les parois diminue.
Dans la situation inverse, les particules se serrent les unes contre les autres lorsque l'on diminue le volume. Tant que la température reste constante, ils ont la même énergie cinétique, et plus d'entre eux frappent les murs plus fréquemment, de sorte que la pression augmente.
