Joseph-Louis Gay-Lussac

Joseph-Louis Gay-Lussac

Biografia
Naixement	6 desembre 1778 Sent Liunard (França)
Mort	9 maig 1850 (71 anys) París
Sepultura	cementiri de Père-Lachaise, 26 48° 51′ 38″ N, 2° 23′ 41″ E Grave of Joseph Louis Gay-Lussac (en)
136è President Acadèmia Francesa de les Ciències
1r gener 1834 – 31 desembre 1834 ← Étienne Geoffroy Saint-Hilaire – Augustin Saint-Hilaire →
124è President Acadèmia Francesa de les Ciències
1r gener 1822 – 31 desembre 1822 ← Pierre-François Percy – Louis Jacques Thénard →
Parell de França
Diputat a l'Assemblea Nacional
Dades personals
Formació	École Polytechnique Universitat de París École des ponts ParisTech
Director de tesi	Claude Louis Berthollet
Activitat
Camp de treball	Química i física
Lloc de treball	París
Ocupació	membre de la junta (1840–1850), enginyer, professor d'universitat, polític, químic, físic
Ocupador	Universitat de París École Polytechnique Manufacture royale de glaces de miroirs (en) , president
Membre de	Acadèmia de les Ciències de Torí (1833–) Royal Society (1815–) Acadèmia Francesa de les Ciències (1806–) Acadèmia Nacional de les Ciències dels XL Acadèmia de Ciències Útils Acadèmia Bavaresa de Ciències Acadèmia Prussiana de les Ciències Acadèmia de Ciències de Rússia Reial Acadèmia d'Arts i Ciències dels Països Baixos Societat Filomàtica de París Reial Acadèmia Sueca de Ciències Acadèmia Americana de les Arts i les Ciències
Professors	Claude Louis Berthollet
Alumnes	Théophile Jules Pelouze
Obra
Obres destacables Llei de Charles i Gay-Lussac Llei dels volums de combinació
Localització dels arxius	Arxius de l'Escola Politècnica Federal de Zuric [ CH-001807-7:Hs 587] École Polytechnique Saint-Gobain Glass
Família
Cònjuge	Geneviève-Marie-Joseph Rojot (en) (1809–)
Parents	Simon François Gay de Vernon ()
Premis (6 abril 1815)  Membre estranger de la Royal Society (1809)  Premi del Galvanisme  Gran Oficial de la Legió d'Honor  Pour le Mérite  Membre de l'Acadèmia Americana de les Arts i les Ciències  Orde del Mèrit de les Arts i les Ciències  llista dels 72 noms inscrits a la Torre Eiffel
Signatura

Louis Joseph Gay-Lussac (Sent Liunard, Llemosí, 6 de desembre de 1778 - París, 9 de maig de 1850) fou un destacat químic i físic francès. Descobrí la llei de l'expansió del gasos (1802), fou pioner amb Jean-Baptiste Biot de les ascensions en globus aerostàtics (1804), fou elegit membre de l'Académie des Sciences (1806) amb la presentació de la tesi sobre la llei dels volums de combinació dels gasos. Publicà observacions sobre el magnetisme (1807). Descobrí, juntament amb Louis J. Thénard (1777-1857), l'element químic bor (1808). Descobrí el cianogen i el cianur d'hidrogen (1815). Fou un dels fundadors de la Societat d'Arcueil, professor de física a la Sorbona (1809), professor de química a l'École Polytechnique, membre del Comitè de Pols i Saltpetre (1818), director de l'Oficina de Garantia de la Casa de la Moneda (1819), associat a l'Acadèmia de Medicina (1820), diputat per l'Alta Vienna a l'Assemblea Nacional (1831-39), professor de química general al Museu d'Història Natural (1832) i parell de França (1839). Deixà l'ensenyament i fou nomenat director de la companyia de vidres Saint-Gobain (1840); dissenyà la "Torre Gay-Lussac" a la fàbrica Chauny. Sovint se l'ha anomenat també amb l'ordre dels noms invertits, Joseph Louis.

Vida

Sent Liunard

Louis-Joseph Gay-Lussac fou el segon dels quatre fills de l'advocat al parlament i procurador del rei des del 1775 a Sent Liunard, Antoine Gay-Lussac (1744-1819), i de Léonarde Bouriquet. Antoine era l'únic fill de Louis Gay, senyor de Lussac, doctor en medicina, i nét de Joseph Gay. Antoine afegí al llinatge del seu pare el nom del senyoriu per diferenciar-se d'altres amb el mateix llinatge, essent el primer Gay-Lussac.

Abans de la Revolució Francesa (1789-1799) la responsabilitat de l'educació estava en mans de l'Església catòlica, i Gay-Lussac rebé l'educació primerenca amb l'abad Jean-Joseph Bourdeix (1752-?) estudiant humanitats, filosofia i teologia. Amb la Revolució el 1793 l'abad fou arrestat i probablement posteriorment s'exilià. Gay-Lussac probablement assistí a l'escola de la població veïna d'Aimostier, on seguí amb l'educació clàssica en la qual les ciències tenien poca cabuda, només unes nocions elementals d'astronomia. Proseguí amb l'educació laica amb dos mestres, Courty i Albert, però era una educació de baix nivell. Amb la caiguda de Robespierre el juliol de 1794 s'obriren noves possibilitats i, amb setze anys, fou enviat a París per continuar els estudis.

A París estigué a càrrec de l'abad Dumonteil. Estudià a l'escola Pension Savouré i a la de Monsieur Sencier, on aprengué anglès. Amb aquesta formació aconseguí ser admès a la fi del 1797 a recentment creada École polytechnique, després que s'enduguessin al seu pare a la presó com a conseqüència de la Revolució francesa. A l'École polytechnique hi donaven classe professors molt destacats: Antoine François de Fourcroy, Claude Louis Berthollet, Jean Antoine Chaptal, Gaspard Monge, Gaspard de Prony i Joseph Louis Lagrange. Tres anys més tard, el 1800, acabada la formació bàsica a l'École polytechnique completà els estudis a l'École des Ponts et Chaussées i rebé el títol d'enginyer de ponst i camins. Poc temps després fou assignat a C.L. Berthollet, quan aquest retornà de la campanya d'Egipte de Napoleó Bonaparte, com a ajudant, on rebé una intensa formació en química. Gay-Lussac fou al mateix temps, i successivament, adjunt (del 31 de desembre de 1802) i repétiteur (del 23 de setembre de 1804) a l'École Polytechnique. El 31 de març de 1809 rebé el títol honorífic de professor de química pràctica, però a la mort de Fourcroy fou nomenat professor de química (17 de febrer de 1810). Amb la creació de la Facultat de Ciències de la Sorbona el 1808, Gay-Lussac en fou nomenat professor de física; el 1832 renuncià a aquesta càtedra a favor de la de química general del Museu Nacional d'Història Natural. El 8 de desembre de 1806 obtingué el lloc de membre de primera classe de l'Institut de França (secció de física). Ja era membre de la Société d'Arcueil i de la Société Philomatique.

Tomba al cementiri del Père-Lachaise de Paris.

El setembre de 1807 es casà amb Geneviève Marie Joseph Rojot (1785-1867) a l'església de Sainte Geneviève de París (actualment el Panteó). Tengueren cinc fills, Virginie Antonie Henriette, Jules Alexandre, Joséphine Eléonore, Louis Frédéric i Gabriel. Jules fou auxiliar de Justus von Liebig a Giessen.

Gairebé tota la vida de Gay-Lussac la dedicà a la ciència pura i aplicada, però tingué una breu carrera política. Fou elegit diputat de l'Assemblea Nacional per departament de l'Alta Viena del grup dels liberals el 1831, el 1834 i el 1837, però dimití a principis de 1838. El 7 de març de 1839, després d'haver-se negat rebre un títol de Carles X, fou honrat per Lluís Felip I amb un títol superior. El 1840 deixà l'ensenyament però seguí amb les seves investigacions. El 1848 es retirà a Lussac (Alta Vienna), i morí a París el 1850.

Obra

L'expansió tèrmica dels gasos

Animació de la llei de Charles i Gay-Lussac que relaciona temperatura i volum a pressió constant.

La primera investigació destacada de Gay-Lussac fou l'expansió tèrmica dels gasos. La dugué a terme amb l'estímul de Claude-Louis Berthollet (1748-1822) i Pierre Simon de Laplace (1749-1827) a l'hivern de 1801-1802. Hi havia proves contradictòries sobre les propietats expansives de diferents gasos quan se'ls escalfava a pressió constant. Gay-Lussac millorà les tècniques més recents prenent precaucions per excloure el vapor d'aigua del seus aparells i utilitzà gasos secs. Després d'examinar una àmplia varietat de gasos, incloent diversos solubles en aigua, i repetint cada experiment diverses vegades, conclogué que volums iguals de tots els gasos s'expandien per igual amb el mateix augment de temperatura. A l'interval de temperatures de 0 °C fins a 100 °C l'expansió dels gasos era 1/266,66 del volum a 0 °C, per cada grau de pujada de temperatura.

$$V=V_{0}(1+\alpha t)$$

Una investigació similar la dugué a terme independentment l'anglès John Dalton (1766-1844) aproximadament els mateixos anys. El treball de Dalton, però, és considerablement menys precís. Al voltant de 1787 Jacques A. C. Charles (1746-1823) havia reconegut la mateixa expansió de diversos gasos, però mai no s'havia molestat a publicar les seves troballes. Encara que la llei quantitativa de l'expansió tèrmica és sovint anomenada "llei de Charles" o "llei de Charles i Gay-Lussac", Charles no mesurà el coeficient d'expansió; a més, per als gasos solubles, havia trobat una expansió desigual.

L'estudi de l'atmosfera

Gay-Lussac i Biot en la seva ascensió en globus a 4000 m

Gay-Lussac realitzà un ascens en un globus d'hidrogen amb Biot el 24 d'agost de 1804. L'objectiu principal era veure si la intensitat magnètica a la superfície de la Terra disminuïa en augmentar l'altitud. Conclogueren que era constant fins a 4 000 metres, on arribaren. També portaven cables llargs per provar l'electricitat de diferents parts de l'atmosfera. Un altre objectiu era recollir una mostra d'aire a gran altitud per comparar la seva composició amb la d'aire a nivell del sòl.

El 16 de setembre de 1804 Gay-Lussac dugué a terme un segon ascens, però aquesta vegada sol, per disminuir el pes del globus i aconseguir així una major alçada. Fou capaç de repetir observacions de pressió, temperatura i humitat i també fer mesures magnètiques. Recollí mostres d'aire a una altitud de més de 6 000 metres. La seva posterior anàlisi d'aquestes mostres indicà que la proporció d'oxigen era idèntica a la de l'aire normal. Aconseguí una alçada calculada de 7 016 metres sobre el nivell del mar, un rècord no igualat durant mig segle més.

Col·laboració amb von Humbold

Un dels primers col·laboradors de Gay-Lussac fou l'alemany Alexander von Humboldt, gairebé deu anys major que Gay-Lussac. Realitzaren un examen de diversos mètodes d'estimació de la proporció d'oxigen a l'aire, particularment l'ús de l'eudiòmetre de l'italià Alessandro Volta. En aquest mètode, la mostra d'aire es fa reaccionar amb hidrogen per formar vapor d'aigua, que es condensa. La contracció resultant permet una estimació de la proporció d'oxigen a la mostra. Aquest mètode, òbviament, suposava un coneixement de les proporcions relatives per volum en què es combinen hidrogen i oxigen per formar aigua, que fou un dels principals objectius del treball. Concluiren que 100 parts de volum d'oxigen es combinen amb 200 parts de volum d'hidrogen i se'n formen 200 parts de volum de vapor d'aigua, amb una contracció de 100 parts del volum total inicial.

$${\ce {O2 + 2 H2 -> 2 H2O}}$$

Al març de 1805, Gay-Lussac inicià amb Humboldt un any de viatge per Europa, primer a Roma i acabant a Berlín. El seu objectiu principal era registrar el magnetisme terrestre en diferents indrets. Per obtenir la intensitat magnètica, determinaren el període d'oscil·lació d'una agulla magnetitzada. Descobriren que la intensitat magnètica era proporcional al quadrat del nombre d'oscil·lacions realitzades per l'agulla, desplaçat lleugerament del meridià magnètic, en un moment determinat. No pensaven que la intensitat magnètica en cap lloc canviés amb el temps, ja que en prendre lectures a Milà quan entrà i sortia d'Itàlia en un període de sis mesos, no van trobar cap diferència. Una sèrie d'experiments perllongats per determinar la variació diürna, tant a la muntanya Cenis com a Roma, no havien revelat cap diferència a diferents hores del dia i de la nit. Pel que fa a la precisió general de les seves lectures, moltes de les quals es van realitzar en condicions que no eren ideals, estimaven que la major discrepància entre les seves lectures angulars no podia haver estat més de deu minuts d'arc. La seva conclusió general va ser que el component horitzontal de la intensitat magnètica de la Terra va augmentar des del nord (Berlín) fins al sud (Nàpols), però que la intensitat total va disminuir en apropar-se a l'equador.

Descobriment del bor

Pila de Volta a Leçons de Physique. Éditions Vuibert et Nony (1904)

La invenció el 1800 de la pila per Alessandro Volta fomentà les investigacions dels efectes de l'electricitat sobre els composts químics. Gay-Lussac i Thenard foren influïts particularment per la notícia a l'hivern de 1807–1808 de l'aïllament del potassi i del sodi per part de l'anglès Humphry Davy (1778-1829) mitjançant l'ús d'una pila gegant a la Royal Institution. Napoleon ordenà la construcció d'una pila més gran a l'École polytechnique i Gay-Lussac i Thenard foren els encarregats de realitzar els experiments. La seva recerca, tot i ser una repetició dels treballs de Davy, arribaren a noves conclusió, com que la quantitat de substància descomposta depén només de la intensitat del corrent, i no, per exemple, en la mida dels elèctrodes; i utilitzaren la descomposició química com a mesura del corrent elèctric trenta anys abans que Michael Faraday. Però la més important contribució fou la seva preparació de potassi i sodi en quantitats raonables i per mitjans purament químics. El mètode d'electròlisi de Davy només havia produït quantitats petites i ells aconseguiren obtenir-ne fins a 25 g a baix cost. El premi de l'Institut de França de 3 000 francs per recerca en el camp del galvanisme fou atorgat a Davy el desembre del 1807 i a Gay-Lussac i Thenard el desembre de 1809.

Posteriorment pogueren investigar les propietats físiques del potassi, determinant que la seva densitat valia 0,874 g/cm³ (valor modern, 0,859 g/cm³ a 0 °C). Davy no havia pogut obtenir un resultat millor que 0,6 g/cm³. Descobriren l'aliatge de potassi i sodi que existeix com a líquid a temperatura ambient i iniciaren un programa de recerca en què el potassi no era el producte final, sinó un reactiu que s'utilitzava per a realitzar nous descobriments. En particular, investigaren la reacció entre ell i diversos gasos. Així descobriren que quan el potassi és fortament escalfat en hidrogen, es combina amb ell per formar un sòlid gris, hidrur de potassi, que es descompon per l'aigua. Proposaren l'ús de potassi escalfant com a mitjà per realitzar una anàlisi volumètrica precisa dels òxids de nitrogen. Descobriren les amines dels metalls en fer reccionar potassi i formar-se ${\textstyle {\ce {K(NH2)2}}}$.

Bor cristal·lí

En una investigació posterior feren ús del potassi per descompondre l'àcid bòric, ${\textstyle {\ce {H3BO3}}}$. Al mateix temps Davy, en una memòria llegida a la Royal Society el 30 de juny de 1808, indicà que havia escalfat àcid bòric mesclat amb potassi en un tub d'or i obtingué una substància negra que no identificà. El 20 de juny de 1808 Gay-Lussac i Thenard havien observat una substància color gris oliva obtinguda per l'acció del potassi sobre àcid bòric fusionat, però no fou fins a l'octubre que afirmaven haver aïllat un nou element químic similar al carboni al fòsfor i al sofre, i en descrigueren les seves propietats, cosa que no havia fet Davy. Gay-Lussac i Thenard li donaren el nom de bore, bor.

La llei dels volums de combinació dels gasos

El major èxit de la recerca de Gay-Lussac potser sigui la llei dels volums de combinació dels gasos, presentada en una reunió de la Société Philomathique a París, el 31 de desembre de 1808. La llei afirma que els volums de gasos que reaccionen, en les mateixes condicions de pressió i temperatura, per donar un altre gas, estan en relacions senzilles de números sencers i, també, amb el volum del producte obtingut.

$$1L\;oxigen+2L\;hidrogen\longrightarrow 2L\;vapor\;d'aigua$$

$$1L\;nitrogen+3L\;hidrogen\longrightarrow 2L\;amoniac$$

El treball del gener de 1805 amb Humboldt fou el punt de partida, però passaren tres anys fins que Gay-Lussac es decidí a ampliar-lo. Gay-Lussac no realitzà experiments amb tots els gasos que presentà com a prova. En molts casos les anàlisis que havien aparegut en la literatura química s'havien donat en composició gravimètrica, i Gay-Lussac, prenent les dades de la densitat dels gasos, les convertí en proporcions volumètriques.

Malgrat la llei de combinació dels gasos és una prova de la naturalesa atòmica de la matèria, John Dalton (1766-1844), autor de la primera teoria atòmica, publicada tres anys després al llibre A New System of Chemical Philosophy, es negà a acceptar-la. Les suposicions erònies de Dalton de que els elements químics es combinen en les proporcions més simples possibles i que els àtoms iguals no es combinen impedeixen explicar la llei de Gay-Lussac. Claude-Louis Berthollet (1748-1822), protector de Gay-Lussac, acceptà la llei malgrat era una prova que contradeia la seva suposició de que els composts químics es formaven en proporcions diferents d'elements segons el mètode d'obtenció i reforçava la llei de les proporcions definides (1804) de Joseph-Louis Proust (1754-1826) que criticava Berthollet. Encaixar la llei dels volums de combinació amb la teoria atòmica no fou possible fins que l'italià Amedeo Avogadro (1776-1856) imaginà molècules diatòmiques d'elements iguals i realitzà (1811) la hipòtesi de que volums iguals de gasos, en les mateixes condicions de pressió i temperatura, contenen el mateix nombre de molècules (llei d'Avogadro).

Investigacions dels halogens

Gay-Lussac i Thenard realitzaren una contribució fonamental a la conclusió que l'anomenat àcid oximuriàtic no contenia oxigen i era un element. Les seves memòries, llegides en una reunió de l'Institut el 27 de febrer de 1809, només ho contemplen com una bona hipòtesi ja que Berthollet el dia abans els suggerí que ho deixassin en una hipòtesi i no en una certesa. Per aquesta raó Davy acostuma a ser acreditat com el descobridor de la naturalesa elemental del clor, que anuncià el 1810.

Fou Gay-Lussac qui identificà com element químic i donà nom al iode (del grec ἰώδης, "violeta") a la nova substància descoberta per Bernard Courtois el 1811. El 12 de desembre de 1813 Gay-Lussac escriví un article en Le Moniteur on expressava la seva opinió que el iode era un element o un compost que conté oxigen. Destacà l'analogia de les propietats del iode amb les del clor. Fou capaç de preparar el iodur d'hidrogen per l'acció del iode sobre el fòsfor humit. El 20 de desembre de 1813 havia preparat successivament iodat de potassi i àcid iòdic. Després preparà clorur de iode i triclorur de iode. Però la seva principal publicació sobre iode no la va tenir preparada fins l'1 d'agost de 1814, moment en què Davy i Vauquelin ja havien anunciat les seves investigacions.

L'estreta analogia que destacà entre el clor i el iode el portà a descobrir l'àcid cloric, que preparà mitjançant l'acció de l'àcid sulfúric en una solució de clorur de bari.

Altres

El 1824, va idear una versió millorada de la bureta, afegint un braç lateral, al mateix temps que emprava els termes pipeta i bureta per primer cop, en un document relatiu a l'estandardització de les solucions de l'anyil.

La major part dels seus escrits aparegué als Annals de Chimie.

Referències

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Joseph-Louis Gay-Lussac