ゲイ＝リュサックの法則

Relationship between pressure and temperature of a gas at constant volume

ゲイ＝リュサックの法則は、通常、ジョゼフ＝ルイ・ゲイ＝リュサックが1808年に発見し1809年に発表した気体の体積の合成法則を指します^{。[1]しかし、}定圧下における気体の体積とその絶対温度の比例関係を指す場合もあります。後者の法則は1802年にゲイ＝リュサックによって発表されましたが、^{[2]彼がその研究を説明した論文の中で、1780年代の}ジャック・シャルルによる未発表の研究を引用しています。そのため、体積と温度の比例関係は通常、シャルルの法則として知られています。

体積結合の法則

混合体積の法則は、気体が化学的に反応する場合、それらの気体は小さな整数比を持つ体積量（同じ温度と圧力で計算された体積）で反応すると述べています。

反応ガスと気体生成物の体積比は、単純な整数で表すことができます。

例えば、ゲイ＝リュサックは、2体積の水素が1体積の酸素と反応して2体積の水蒸気を生成することを発見しました。具体的には、100mLの水素が50mLの酸素と反応して100mLの水蒸気を生成します。水素(100mL) + 酸素(50mL) = 水(100mL)です。したがって、反応する水素と酸素の体積（つまり、100mLと50mL）は、単純に2:1の比率を持ち、生成する水蒸気と反応酸素の比率も同様です。

ゲイ＝リュサックの結果に基づき、アメデオ・アボガドロは1811年に、同じ温度と圧力において、等体積の気体（どんな種類の気体でも）には等数の分子が含まれるという仮説を立てました（アボガドロの法則）。彼は、この仮説が正しいとすれば、前述の結果は

水素2体積 + 酸素1体積 = 水2体積

次のようにも表現できる。

水素分子 2 個 + 酸素分子 1 個 = 水分子 2 個。

気体の体積の法則は、1808年の大晦日にジョセフ・ルイ・ゲイ＝リュサックによって公表され、1809年に出版されました。 ^[3]^[4]アボガドロの分子理論を直接裏付ける証拠がなかったため、 1860年の第1回国際化学会議でイタリアの化学者スタニスラオ・カニザロが説得力のある議論を展開するまで、アボガドロの仮説を一般的に有効であると認める化学者はほとんどいませんでした。 ^[5]

圧力-温度法則

17世紀、ギヨーム・アモントンは定積気体の圧力と温度の間に規則的な関係を発見しました。一部の物理学入門書では、現在でもこの圧力と温度の関係をゲイ＝リュサックの法則と定義しています。^[6]^[7]^[8]ゲイ＝リュサックは主に体積と温度の関係を研究し、1802年に出版しましたが、圧力と温度の比較も行いました。^[9]両者が利用可能な技術の相対的な違いを考慮すると、アモントンは気体として空気しか扱えなかったのに対し、ゲイ＝リュサックは酸素、窒素、水素など、複数の一般的な気体を用いて実験を行うことができました。^[10]

体積温度法則

体積と温度の関係に関して、ゲイ＝リュサックは1787年のジャック・シャルルの未発表のデータを多く使用したため、その発見を彼の功績だとした。そのため、この法則はシャルルの法則、あるいはシャルルとゲイ＝リュサックの法則として知られるようになった。^[11]

アモントンの法則、シャルルの法則、ボイルの法則は、複合気体法則を形成します。これら3つの気体法則は、アボガドロの法則と組み合わせることで、理想気体の法則として一般化できます。

ゲイ＝リュサックは、ΔV/V = αΔTから得られる式を用いて、気体の膨張率αを定義しました。空気の場合、彼は相対膨張率ΔV/V = 37.50%を求め、α = 37.50%/100 °C = 1/266.66 °Cという値を得ました。これは、絶対零度が0 °Cより約266.66 °C低いことを示しています。^[12]膨張率αの値はすべての気体でほぼ同じであり、これはゲイ＝リュサックの法則と呼ばれることもあります。この記事の序文とシャルルの法則を参照してください。

参照

アボガドロの法則 – 一定温度・一定圧力における気体の体積と量の関係
ボイルの法則 – 気体の圧力と体積の関係
シャルルの法則 – 定圧下の気体の体積と温度の関係
複合気体法則 – シャルル、ボイル、ゲイ＝リュサックの気体法則の組み合わせ

参考文献

^ “Sur la combinaison des Substants Gauseuses, les unes avec les autres,” Mémoires de physique et de chimie de la Société d'Arcueil、vol. 2 (1809)、207-34。
^ 「Sur la dilatation des gaz」、 Annales de chimie、43 (1802)、137-75。
^ Gay-Lussac (1809) 「Mémoire sur la combinaison des Substants Gauseuses, lesunes avec les autres」（気体物質同士の組み合わせに関する回想録）、Mémoires de la Société d'Arcueil 2 : 207–234。英語はル・モイン・カレッジで入手可能です。
^ “ジョセフ＝ルイ・ゲイ＝リュサック”.化学の説明.com。
^ ハートリー・ハロルド (1966). 「スタニスラオ・カニザロ（FRS、1826–1910）とカールスルーエにおける第1回国際化学会議」.ロンドン王立協会記録. 21 (1): 56– 63. doi :10.1098/rsnr.1966.0006. S2CID 58453894.
^ Tippens, Paul E. (2007). 物理学, 第7版. McGraw-Hill. 386–387.
^ Cooper, Crystal (2010年2月11日). 「ゲイ＝リュサックの法則」. Bright Hub Engineering. http://www.brighthubengineering.com/hvac/26213-gay-lussacs-law/ から2013年7月8日に取得。
^ Verma, KS - Cengage Physical Chemistry Part 1 Archived 2021-05-06 at the Wayback Machine - Section 5.6.3
^ クロスランド、モーリス・P. (2004). ゲイ＝リュサック：科学者とブルジョワ. ケンブリッジ大学出版局. 119–120.
^ アシモフ、アイザック (1966). 『物理学を理解する ― 運動、音、熱』ウォーカー社. 191–192.
^
Gay-Lussac (1802)、「Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs」（ガスと蒸気の膨張に関する研究）、Annales de Chimie 43 : 137–175。 157 ページで、ゲイ＝リュサックはシャルルの未発表の発見について言及しています。「アヴァン・ダラー・プラス・ロイン、ジュ・ドワ・プレベニール・クォイック・ジュッセ・リコンヌ・アン・グラン・ノンブル・ド・フォワ・ク・レ・ガス・オキシジェン、アゾート、ヒドロジェン、酸性カルボニック、そして空気の大気の拡張性、エガレメント・デピュイ」 0° jusqu'a 80°、le cit. Charles avait remarqué depuis 15 ans la même propriété dans ces gaz; c'est par le plus grand hasard que je les ai connus。（先に進む前に、私は何度も認識していましたが、
1. foot1 ル・モワン大学]。
^ ゲイ＝リュサック (1802)。「ガスと蒸気の拡張に関する研究」。Annales de chimie、ou、Recueil de mémoires respectant la chimie (フランス語)。

さらに読む

カスカ, ジョセフ・F.; メトカーフ, H. クラーク; デイビス, レイモンド・E.; ウィリアムズ, ジョン・E. (2002).現代化学. ホルト, ライナーハート, ウィンストン. ISBN 978-0-03-056537-3。
グッチ、イアン（2003年）『化学完全入門』アルファ、ペンギングループ社ISBN 978-1-59257-101-7。
マセッタ、ジョセフ・A.（1998）『SAT II 化学対策』バロンズ社、ISBN 978-0-7641-0331-5。

[1] “Sur la combinaison des Substants Gauseuses, les unes avec les autres,” Mémoires de physique et de chimie de la Société d'Arcueil、vol. 2 (1809)、207-34。

[2] 「Sur la dilatation des gaz」、 Annales de chimie、43 (1802)、137-75。

[3] Gay-Lussac (1809) 「Mémoire sur la combinaison des Substants Gauseuses, lesunes avec les autres」（気体物質同士の組み合わせに関する回想録）、Mémoires de la Société d'Arcueil 2 : 207–234。英語はル・モイン・カレッジで入手可能です。

[4] “ジョセフ＝ルイ・ゲイ＝リュサック”.化学の説明.com。

[5] ハートリー・ハロルド (1966). 「スタニスラオ・カニザロ（FRS、1826–1910）とカールスルーエにおける第1回国際化学会議」.ロンドン王立協会記録. 21 (1): 56– 63. doi :10.1098/rsnr.1966.0006. S2CID 58453894.

[6] Tippens, Paul E. (2007). 物理学, 第7版. McGraw-Hill. 386–387.

[7] Cooper, Crystal (2010年2月11日). 「ゲイ＝リュサックの法則」. Bright Hub Engineering. http://www.brighthubengineering.com/hvac/26213-gay-lussacs-law/ から2013年7月8日に取得。

[8] Verma, KS - Cengage Physical Chemistry Part 1 Archived 2021-05-06 at the Wayback Machine - Section 5.6.3

[9] クロスランド、モーリス・P. (2004). ゲイ＝リュサック：科学者とブルジョワ. ケンブリッジ大学出版局. 119–120.

[10] アシモフ、アイザック (1966). 『物理学を理解する ― 運動、音、熱』ウォーカー社. 191–192.

[11] Gay-Lussac (1802)、「Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs」（ガスと蒸気の膨張に関する研究）、Annales de Chimie 43 : 137–175。 157 ページで、ゲイ＝リュサックはシャルルの未発表の発見について言及しています。「アヴァン・ダラー・プラス・ロイン、ジュ・ドワ・プレベニール・クォイック・ジュッセ・リコンヌ・アン・グラン・ノンブル・ド・フォワ・ク・レ・ガス・オキシジェン、アゾート、ヒドロジェン、酸性カルボニック、そして空気の大気の拡張性、エガレメント・デピュイ」 0° jusqu'a 80°、le cit. Charles avait remarqué depuis 15 ans la même propriété dans ces gaz; c'est par le plus grand hasard que je les ai connus。（先に進む前に、私は何度も認識していましたが、
foot1 ル・モワン大学]。

[12] t1 ル・モワン大学]。

[12] ゲイ＝リュサック (1802)。「ガスと蒸気の拡張に関する研究」。Annales de chimie、ou、Recueil de mémoires respectant la chimie (フランス語)。

[14] t1 ル・モワン大学]。