Joseph Louis Gay-Lussac

Joseph Louis Gay-Lussac (* 6 Desember 1778 in Saint-Léonard-de-Noblat; † 9 Mei 1850 in Parys) was 'n Franse chemikus en fisikus. Hy het die uniforme termiese uitsetting van ideale gasse ontdek, wat deesdae as Gay-Lussac se wet bekend staan. Saam met Alexander von Humboldt het hy bepaal dat tydens die elektrolise van water, die volumes waterstof en suurstof wat geproduseer word in die verhouding 2:1 staan, so ook die hoeveelhede van hierdie gasse wat vir die vorming van water benodig word. Hy het verder opgemerk dat wanneer verskillende gasse met mekaar reageer, die verhouding van volumes wat gebruik word altyd 'n verhouding tussen heelgetalle is. Hy het die eerste veilige metode vir die uitvoering van kwantitatiewe elementanalise vir organiese stowwe ontwikkel, en was die eerste om volumetriese titrasies uit te voer.

Lewe 

Joseph Gay-Lussac se vader was 'n regter, met die naam Antoine Gay. 'n Nabygeleë kleinhoewe het die naam Lussac gehad. Joseph Louis Gay-Lussac was die oudste kind van die familie van sewe in 'n klein dorpie in die Franse provinsie van Limousin. In November 1794 is hy weg na Parys. Alhoewel baie studente as gevolg van die hongersnood terug na hulle ouerhuise gestuur is, kon Joseph as gevolg van sy goeie wiskundige vaardighede nog aanbly. In September 1797 hy het eers die Politechnikum (École Centrale des Travaux publics) en later die École Nationale des Ponts et Chaussées en het daar vir Claude-Louis Berthollet leer ken. In 1802 het hy répétiteur (dosent) in chemie by die École polytechnique geword en het 'n lesing in die Akademie van Wetenskappe gehou.

In daardie tyd was daar wetenskaplike belangstelling in die rigting van die magnetnaald, asook die samestelling van die lug in die hoër lae van die atmosfeer. In 1804 het die russiese Akademie van Wetenskappe in Sint Petersburg die eerste studies met behulp van ballonvlugte gedoen. Die Institut de France het Gay-Lussac en Jean-Baptiste Biot die opdrag gegee om ook met 'n ballon metings te doen.

Op 24 Augustus 1804 het Gay-Lussac en Biot 'n vlug in 'n waterstofballon aangedurf, en 'n hoogte van 4000 meter bereik. Hulle het die geleentheid gebruik om die aarde se magnetiese veld te ondersoek. Op 16 September het hy, hierdie keer alleen, 'n tweede ballonrit gedoen. Hy het lugmonsters op verskillende hoogtes geneem, en het 'n hoogte van 21 600 Paryse voet (7017 m) bo die ballon se opstygpunt bereik. Hy het 'n temperatuurafname van 1 °C per 174 m hoogte gemeet. Hy het saam met Alexander von Humboldt die monsters ontleed, en het gevind dat die suurstofinhoud van die lug onafhanklik was van die hoogte, en kon daardeur John Dalton se aanname, dat atomies swaarder gasse deur die atmosfeer sou sink, en ligter gasse sou styg, weerlê. Dit is vandag bekend dat veranderinge in die chemiese samestelling van die atmosfeer wel effens met hoogte saamhang, maar dat dit as gevolg van ander fisiese effekte gebeur, en nie weens die digtheid van die gas nie.

Berthollet het 'n private wetenskaplike gemeenskap gestig, die Société d'Arcueil. Daar het Gay-Lussac met Laplace en Alexander von Humboldt kennis gemaak. Gay-Lussac het met Humboldt 'n navorsingsreis in Maart 1805 onderneem, na Rome en Napels (tot by Vesuvius). Hulle het die winter van 1805/1806 in Berlyn deurgebring.

In 1809 het Gay-Lussac professor van chemie, en in 1808 professor van praktiese chemie, by die École polytechnique in Parys geword, en terselfdertyd 'n Professor van fisika en chemie aan die Sorbonne. In 1809 het die Institut de France se wiskundig-fisiese klas vir hom tesame met Louis Jacques Thénard die Galvaniese Prys van 3000 Franc, wat Napoleon Bonaparte geskep het, toegeken. Gay-Lussac het Italiaans, Engels en Duits bemeester. Hy was 'n lid van verskeie amptelike komitees, b.v. die Comité consultatif des arts et des manufactures (1805), en die Conseil de perfectionnement des poudres et des salpêtres (1818).

Gay-Lussac het vanaf 1816, saam met François Arago, die Annales de Chimie et de Physique uitgegee. In 1818 het die Franse Académie des sciences 'n kompetisie uitgeskryf waarvan hy 'n jurielid was, met Arago aan die hoof van die jurie. Die wenner van die kompetisie was Augustin-Jean Fresnel, ten spyte van die opposisie van Siméon Denis Poisson. Fresnel het 'n werk oor liggolf-optika ingeskryf, wat onder andere die teoretiese basis vir die verklaring van Poisson-kolle daargestel het. In 1830 het Gay-Lussac 'n buitelandse lid van die Göttingen Akademie der Wissenschaften geword en is in 1832 tot die American Academy of Arts and Sciences verkies. Op 31 Mei 1842 is hy in die Pruisiese orde Pour le Merite für Wissenschaften und Künste as 'n buitelandse lid opgeneem. Sedert 1812 was hy reeds lid van die Pruisiese en, sedert 1820, die Beierse Akademie van Wetenskappe.

Hy het met die dogter van 'n arm musikant getrou.

In 'n koolwaterstofontploffing het Gay-Lussac 'n swaar handbesering opgedoen, wat hy nooit sou oorkom nie.

Op 9 Mei 1850 het Gay-Lussac in Parys omgekom. Hy is in die begraafplaas Père Lachaise begrawe.

In Parys is 'n straat en 'n hotel naby die Sorbonne na hom genoem. Sy naam is op die Eiffeltoring aangebring en 'n maankrater is ook na hom genoem.

Wetenskaplike Werk

Fisiese Chemie 
In 1802 het hy die sogenaamde wet van Gay-Lussac geformuleer, naamlik dat gasse proporsioneel met toenemende temperatuur uitsit, solank die druk konstant bly. Die koëffisiënt van die volumetriese uitsetting wat Gay-Lussac per graad van temperatuur toename bepaal het, was 1/266 - vandag weet ons dat dit in waarheid 1/273 is.

Volgens hierdie wet, kon A. Crawford temperatuur bepaal waarby 'n ideale gas geen volume sou beslaan nie. Hierdie berekeninge het gelei tot die bepaling van die absolute nulpunt van temperatuur (-273 °C).

Die geestelike voorbereiding vir die Gay-Lussac wet het reeds bestaan in die werk van 'n paar bekende wetenskaplikes, byvoorbeeld Amontons, Lambert en Charles, wat egter nie die termiese uitsettingskoëffisient akkuraat genoeg gemeet het nie. Jacques Alexandre César Charles het wel die uniforme uitsetting van gasse (suurstof, stikstof en waterstof) in die bereik tussen 0 en 100 °C waargeneem.

Gay-Lussac het saam met Alexander von Humboldt, die volumes van waterstof en suurstof wat kombineer om water te vorm, bestudeer. Hulle het gevind dat presies twee dele waterstofgas met een deel suurstof gas, volgens volume gemeet, saamkom om water te vorm. Verder het hulle gepoog om die samestelling van lug te bepaal.

Eksperimente met ander gasse hom tot die besef gelei dat die ruimteaandele van atomiese gasse in eenvoudige verhoudings bymekaarkom om verbindings te vorm; die wet van volumekombinasies. Hierdie wet is verder ontwikkel deur Amedeo Avogadro tot Avogadro se wet.

Die wet van volumekombinasies het Gay-Lussac tot verdere gevolgtrekkings gelei. In 1815 het hy 'n metode vir die bepaling van dampdigthede ontwikkel. Kennis van die dampdigthede het bepalings van ie molêre massa van organiese en anorganiese verbindings moontlik gemaak: slegs die bepaling van die volume en die gewig van 'n gas wat uit distillasie verkry is, was nou voldoende om, deur vergelyking met waterstofgas, die molêre massa van 'n vlugtige organiese molekuul te bepaal. Hy het hierdie metode gebruik om die molêre massa van blousuur, etanol en diëtieleter te bepaal.

In 1865 is hierdie metode deur August Wilhelm von Hofmann en Victor Meyer verbeter.

In 1807 het Gay-Lussac temperatuureksperimente gedoen met twee ewe groot ruimtes wat deur 'n afsluitbare buis verbind was. Met 'n lugpomp het hy die een ruimte geëvakueer, en die gas dan toegelaat om uit die ander kamer in te vloei. Hy het 'n temperatuurtoename by die instromende gas waargeneem, en 'n temperatuurverlaging by die uitstromende gas. Hierdie eksperiment is in 1845 deur James Prescott Joule met beter metodes van meting uitgevoer, wat tot die formulering van Joule se tweede wet gelei het, en die grondslag gelê het vir die konsep van interne energie in termodinamika.

Gay-Lussac het die warmtekapasiteit van gasse by konstante druk en konstante volume bepaal. In 1822 het hy het die ideale gaskonstante, R, voorgestel, vanaf die verhouding Cp-Cv=R. Regnault was later in staat om die verhouding meer presies te bepaal, sodat R ook vandag as die Regnault konstante bekend staan.

Gay-Lussac het ook studies oor die diffusie van vloeistowwe gedoen, die bepaling van die kookpunte van pare van vloeistowwe, en die afhanklikheid van oplosbaarheid en temperatuur van soute. Gay-Lussac ook toerusting vir fisiese chemie verbeter, byvoorbeeld beter apparate vir dampdrukbepaling, 'n verbeterde barometer, en 'n suiermanometer.

Anorganiese Chemie 
Sedert 1808 het Gay-Lussac en Louis Jacques Thénard die produksie van suiwer kalium uit kaliumhidroksied deur middel van'n voltaïese stapel ondersoek. Hy het in hierdie ondersoek 'n ernstige oogbesering opgedoen, en dit het 'n jaar geduur totdat sy sig selfs halfweg herstel is.

In 1809 het Gay-Lussac en Louis Jacques Thénard die amiede van kalium en natrium ontdek en in 1810 hulle peroksiede.

Gay-Lussac het in 1811 jodium ondersoek, wat onlangs deur Bernard Courtois ontdek is, en het getoon dat die chemiese eienskappe van jodium en chloor soortgelyk is. Hy het in die proses joodsuur en kaliumjodied ontdek. Hy het in 1813 die oksidasievlakke van swaelsuur bepaal, asook van die ione van stikstof. Saam met Thénard het hy in 1808 die element boor ontdek, en byna watervrye fluoorsuur voorberei.

Gay-Lussac kon aantoon dat Antoine Lavoisier se aanname dat alle sure suurstof moet bevat, verkeerd is. Hy het gevind dat soutsuurgas geen suurstof bevat nie, en het ook blousuur en waterstofsulfied as sure geïdentifiseer. Omdat die bekende sure altyd waterstof bevat het, het Gay-Lussac die voorvoegsel Hidro- voorgestel.

Organiese Chemie 
In samewerking met Thénard het Gay-Lussac 'n apparaat vir organiese elementanalise ontwikkel, met die gebruik van kaliumchloraat as die oksideermiddel. Die volume van die verbrande gasse is in 'n kwik buis bepaal; die koolstofdioksied is dan met kaliumhidroksied gebind, en daardeur bepaal. Vanaf 1815 Gay-Lussac die kaliumchloraat met koper(I) oksied vervang. Vir die ondersoek van blousuur, wat stikstof bevat, het hy suiwer koper vir die elementanalise gebruik.

Gay-Lussac het ook die chemiese samestelling van blousuur bepaal, en terselftertyd die konsepte van waterstofsianied sowel as sianied ingebring. Hy het ook sianogeenchloried, Etanol en diëtieleter se samestelling bepaal. Hy het ook die fermentasievergelyking ondersoek.

In samewerking met Justus von Liebig het Gay-Lussac die silwerfulminaat ondersoek. In 1828 het Gay-Lussac chloor op vette en wasse laat inwerk, en het daardeur die substitusiereaksie van waterstof met chloor ontdek.

Analitiese chemie 
Gay-Lussac het 'n metode vir alkoholbepaling ontwikkel en 'n volumetriese prosedure vir die bepaling van silwerinhoud. Hy het ook volumetriese titrasie ingelei. Belangrike metodes wat hy ontwikkel het, sluit in Chlorimetrie (in 1824) vir die bepaling van chloor of silwer, asook die alkalimetrie (in 1828).

Tegniese chemie 
Om stikstofbevattende gasse tydens swaelsuurproduksie, het hy die Gay-Lussac toring ontwikkel.

Werke 
 Recherches fisies-chimiques (1811)

Verwysings

Literatuur 
  Josiane Coyac en Marcel Fetizon (EDS.): Ou-Lussac. La carrière et l'oeuvre d'un chimiste français durant die eerste moitie du 19. siècle, Palaiseau, s. n., 1980. ISBN 2-7302-0018-5
  Maurice Crosland: Gay-Lussac. Wetenskaplike et bourgeois, Cambridge Univ. Pr., Cambridge (Massa.) 1978. ISBN 0-521-21979-5
 Günther Bugge: Die boek van Die Groot chemikus, Band 1, Verlag Chemie, Weinheim, 1974, bl. 386 et seq., ISBN 3-527-25021-2
 Carl Graebe: geskiedenis van organiese chemie, Verlag Julius Springer, Berlyn, 1920

Franse chemici
Franse fisici
Geboortes in 1778
Sterftes in 1850