Закон Гей-Люссака

Закон Гей-Люссака — закон пропорциональной зависимости объёма газа от абсолютной температуры при постоянном давлении (то есть в изобарном процессе), названный в честь французского физика и химика Жозефа Луи Гей-Люссака, впервые опубликовавшего его в 1802 году.

Анимация, представляющая зависимость объёма газа от температуры (закон Гей-Люссака)

Следует отметить, что в англоязычной литературе закон Гей-Люссака обычно называют законом Шарля и наоборот. Кроме того, законом Гей-Люссака называют также химический закон объёмных отношений.

Неоднозначность терминологии

В русско- и англоязычной научной литературе существуют некоторые различия в наименовании законов, связанных с именем Гей-Люссака. Эти различия представлены в следующей таблице.

Русскоязычное название	Англоязычное название	Формула
Закон Гей-Люссака	Закон Шарля (Charles's law) Закон Гей-Люссака Закон объёмов (Volumes Law)	${\displaystyle {\frac {V}{T}}=\mathrm {const} }$
Закон Шарля	Закон Гей-Люссака (Gay-Lussac's law) Второй закон Гей-Люссака	${\displaystyle {\frac {P}{T}}=\mathrm {const} }$
Закон объёмных отношений	Закон Гей-Люссака (Gay-Lussac's law)

История открытия

Неоднозначность терминологии связана с историей открытия газовых законов. Закон объёмов (называемый в русскоязычной литературе законом Гей-Люссака) впервые был опубликован в открытой печати в 1802 году Гей-Люссаком^[1], однако сам Гей-Люссак считал, что открытие было сделано Жаком Шарлем в неопубликованной работе, относящейся к 1787 году. Независимо от них закон был открыт в 1801 году английским физиком Джоном Дальтоном. Кроме того, качественно закон был описан французом Гийомом Амонтоном в конце XVII века.

За кем бы ни оставался приоритет этого открытия, Гей-Люссак первым продемонстрировал, что закон применим ко всем газам, а также к парам летучих жидкостей при температуре выше точки кипения. Математически он выразил своё открытие так:

${\displaystyle \ V_{100}-V_{0}=kV_{0},}$

где ${\displaystyle V_{100}}$ — объём данного количества газа при температуре 100 °C; ${\displaystyle V_{0}}$ — объём того же газа при 0 °C; ${\displaystyle k}$ — константа, одинаковая для всех газов при одинаковом давлении. Эта формулировка не использует понятие абсолютной температуры, поскольку в то время оно ещё не было введено.

Гей-Люссак дал для константы ${\displaystyle k}$ значение ${\displaystyle {\frac {1}{2{,}6666}}}$, что достаточно близко к современному значению, равному ${\displaystyle {\frac {1}{2{,}7315}}}$.

Формулировка закона

Закон Гей-Люссака в современной формулировке утверждает, что при постоянном давлении объём постоянной массы газа пропорционален абсолютной температуре. Математически закон выражается следующим образом:

${\displaystyle V\sim T}$

или

${\displaystyle {\frac {V}{T}}=\mathrm {const} ,}$ P=const

где ${\displaystyle V}$ — объём газа, ${\displaystyle T}$ — температура,P–давление.

Если известно состояние газа при неизменном давлении и двух разных температурах, закон может быть записан в следующей форме:

${\displaystyle {\frac {V_{1}}{T_{1}}}={\frac {V_{2}}{T_{2}}}\quad }$ 

или 

${\displaystyle {V_{1}}{T_{2}}={V_{2}}{T_{1}}}$.

Закон объёмных отношений

Согласно закону объёмных отношений, если два газа участвуют в химической реакции, то отношение их объёмов, измеренных при одинаковой температуре и давлении образуют дробь, числитель и знаменатель которой являются небольшими целыми числами^[2].

Этот закон отражает тот факт, что

• одинаковые объёмы газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковые количества молекул (закон Авогадро);
• в химической реакции участвует целое количество молекул и на одну молекулу вещества приходится одинаковое количество молекул другого вещества (стехиометрия химической реакции), которое определяется коэффициентами уравнения реакции.

Примечания

1. Gay-Lussac, J. L. Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs // Annales de chimie. — 1802. — Vol. XLIII. — P. 137. Выдержки из статьи в английском переводе. Архивная копия от 6 июня 2019 на Wayback Machine
2. Gay-Lussac's Law of Combining Gas Volumes (англ.). Дата обращения: 22 декабря 2018. Архивировано 28 февраля 2019 года.

Литература

• Castka, Joseph F.; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E.; Williams, John E. Modern Chemistry (неопр.). — Holt, Rinehart and Winston^[англ.], 2002. — ISBN 0-03-056537-5.
• Guch, Ian. The Complete Idiot's Guide to Chemistry (неопр.). — Alpha, Penguin Group Inc., 2003. — ISBN 1-59257-101-8.
• Mascetta, Joseph A. How to Prepare for the SAT II Chemistry (неопр.). — Barron's, 1998. — ISBN 0-7641-0331-8.