Закон Гей-Люссака обычно относится к закону Жозефа-Луи Гей-Люссака о соединении объемов газов , открытому в 1808 году и опубликованному в 1809 году. [1] Однако иногда он относится к пропорциональности объема газа его абсолютной температуре при постоянном давлении . Последний закон был опубликован Гей-Люссаком в 1802 году, [2] но в статье, в которой он описывал свою работу, он ссылался на более раннюю неопубликованную работу 1780-х годов Жака Шарля . Следовательно, пропорциональность объема и температуры обычно известна как закон Шарля .
Закон объединения объемов гласит, что когда газы вступают в химическую реакцию, они делают это в объемах, имеющих небольшие целочисленные соотношения (объемы, рассчитанные при одинаковой температуре и давлении).
Соотношение между объемами реагирующих газов и газообразных продуктов можно выразить простыми целыми числами .
Например, Гей-Люссак обнаружил, что два объема водорода реагируют с одним объемом кислорода, образуя два объема газообразной воды. Конкретно, 100 мл водорода соединяются с 50 мл кислорода, давая 100 мл водяного пара: Водород (100 мл) + Кислород (50 мл) = Вода (100 мл). Таким образом, объемы водорода и кислорода, которые соединяются (т. е. 100 мл и 50 мл), имеют простое соотношение 2:1, как и в случае соотношения получаемого водяного пара к реагенту-кислороду.
Основываясь на результатах Гей-Люссака, Амедео Авогадро в 1811 году выдвинул гипотезу, что при одинаковой температуре и давлении равные объемы газов (любого вида) содержат равное количество молекул ( закон Авогадро ). Он указал, что если эта гипотеза верна, то ранее заявленный результат
также может быть выражено как
Закон соединения объёмов газов был публично объявлен Жозефом Луи Гей-Люссаком в последний день 1808 года и опубликован в 1809 году. [3] [4] Поскольку не было прямых доказательств молекулярной теории Авогадро, очень немногие химики принимали гипотезу Авогадро как общепризнанную, пока итальянский химик Станислао Канниццаро не представил убедительных аргументов в её пользу на Первом международном химическом конгрессе в 1860 году. [5]
В 17 веке Гийом Амонтон открыл регулярное соотношение между давлением и температурой газа при постоянном объеме. Некоторые вводные учебники по физике до сих пор определяют соотношение давления и температуры как закон Гей-Люссака. [6] [7] [8] Гей-Люссак в первую очередь исследовал соотношение между объемом и температурой и опубликовал его в 1802 году, но его работа включала некоторое сравнение между давлением и температурой. [9] Учитывая относительную технологию, доступную обоим ученым, Амонтон мог работать только с воздухом в качестве газа, тогда как Гей-Люссак мог экспериментировать с несколькими типами распространенных газов, такими как кислород, азот и водород. [10]
Что касается зависимости объема от температуры, Гей-Люссак приписал свои открытия Жаку Шарлю , поскольку использовал большую часть неопубликованных данных Шарля от 1787 года – поэтому закон стал известен как закон Шарля или закон Шарля и Гей-Люссака. [11]
Законы Амонтона, Шарля и Бойля образуют объединенный газовый закон . Эти три газовых закона в сочетании с законом Авогадро могут быть обобщены с помощью закона идеального газа .
Гей-Люссак использовал формулу, полученную из ΔV/V = αΔT, чтобы определить скорость расширения α для газов. Для воздуха он нашел относительное расширение ΔV/V = 37,50% и получил значение α = 37,50%/100 °C = 1/266,66 °C, которое указывало, что значение абсолютного нуля было приблизительно на 266,66 °C ниже 0 °C. [12] Значение скорости расширения α приблизительно одинаково для всех газов, и это также иногда называют законом Гей-Люссака. См. введение к этой статье и закон Шарля .