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.

В англоязычной литературе закон Гей-Люссака обычно называют законом Шарля. 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.

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, 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:

V₁₀₀-V₀ = kV₀,

где V₁₀₀ — объём данного количества газа при температуре 100 °C; V₀ — объём того же газа при 0 °C; 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 k значение 1/2,6666, что достаточно близко к современному значению, равному 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:

V∼T

или

V/T = const,P = const

где V — объём газа, T — температура, P — давление.

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

V₁/T₁ = V₂/T₂

или

V₁T₂ = V₂T₁

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.

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.