Das Gesetz der einfachen Volumenverhältnisse. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung

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Gay-Lussacs Entdeckung des Gesetzes der einfachen Verhältnisse der Volumina reagierender Gase hatte einen starken Einfluss auf die Entwicklung der theoretischen Chemie. Dieses Gesetz, zusammen mit den neu entdeckten Dalton Das Gesetz der multiplen Verhältnisse bildete die Grundlage der Theorie der chemischen Verbindungen. Gay-Lussac gehört zu jenen Chemikern, die in der ersten Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts die Grundlagen der klassischen Chemie legten.

Joseph Louis Gay-Lussac (1778–1850) wurde in der Kleinstadt Saint-Leonard in der französischen Grafschaft Limousin geboren. Als Kind streng katholisch erzogen, zog Gay-Lussac im Alter von 1797 Jahren nach Paris. Hier begann er ein Studium in der Pension Sansier, wo sich bald seine herausragenden mathematischen Fähigkeiten zeigten. Von 1800 bis 1802 studierte Gay-Lussac in Paris an der Ecole Polytechnique. Der berühmte Chemiker Claude Louis Berthollet unterrichtete Chemie an der Schule. Zwischen Gay-Lussac und Berthollet entstand eine Freundschaft, die großen Einfluss auf die Entwicklung des Wissenschaftlers hatte. Am Ende des Studiums arbeitete Gay-Lussac für kurze Zeit in Chemieunternehmen. XNUMX war er bereits „Tutor“ (Assistent) an der Polytechnischen Schule.

Im selben Jahr sprach Gay-Lussac auf einer Tagung der Akademie der Wissenschaften mit seinem ersten wissenschaftlichen Bericht: „Über die Abscheidung von Metalloxiden“. 1802 war wahrlich ein glückliches Jahr für den jungen Wissenschaftler: Unabhängig von John Dalton entdeckte er das Gesetz der thermischen Ausdehnung von Gasen. Gay-Lussac forschte oft in Zusammenarbeit mit anderen prominenten Wissenschaftlern, was zu vielen herausragenden Entdeckungen beitrug. Zusammen mit Jean Baptiste Biot stieg Gay-Lussac 1804 in einem Heißluftballon auf, um die Temperatur und den Feuchtigkeitsgehalt der oberen Atmosphäre zu bestimmen. Zusammen mit Welter entdeckte er die Dithionsäure. Gay-Lussac hatte eine enge Freundschaft mit Louis Jacques Tenard, einem Pariser Chemieprofessor. Ihre gemeinsame Arbeit führte zu einer wesentlichen Verbesserung der Methode der Elementaranalyse organischer Substanzen.

Gay-Lussac war ein ausgezeichneter Experimentator und konnte daher in einem bescheiden ausgestatteten Labor viele Phänomene und Gesetzmäßigkeiten entdecken, die für die weitere Entwicklung der Chemie sehr wichtig sind.

Bereits 1805 Gay-Lussac und Alexander von Humboldt, die die Verhältnisse der Volumina der reagierenden Gase untersuchten, fanden heraus, dass sich ein Volumen Sauerstoff mit zwei Volumina Wasserstoff verbindet. Diese Arbeit stand in engem Zusammenhang mit Gay-Lussacs weiterer Forschung zu gasförmigen Reaktionen.

Da es viel einfacher ist, Gase nach Volumen als nach Masse zu messen, Lavoisier versuchten, die volumetrischen Verhältnisse bei der Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff zu bestimmen. Die volumetrischen Beziehungen zwischen Wasserstoff und Stickstoff bei der Zersetzung von Ammoniak wurden von Berthollet untersucht. Das waren die Daten über Volumenverhältnisse bei bestimmten Gasreaktionen.

Gay-Lussac setzte die Untersuchung volumetrischer Beziehungen bei Reaktionen von Gasen fort. Die Ergebnisse dieser Arbeiten veröffentlichte er 1808 in dem Artikel „Über die Verbindung gasförmiger Körper untereinander“. Er wollte "beweisen, dass gasförmige Körper in sehr einfachen Verhältnissen miteinander verbunden sind und dass die bei Reaktionen beobachtete Volumenabnahme einem bestimmten Gesetz gehorcht".

Gay-Lussac entdeckte das Gesetz rein durch Erfahrung. Bei der Ableitung dieses Gesetzes wollte er nicht alle Arten von Gasreaktionen untersuchen, sondern beschränkte sich auf eine relativ kleine Anzahl von ihnen. Basierend auf diesen Daten formulierte der Wissenschaftler das Gesetz und zog daraus Schlussfolgerungen. So gelang es Gay-Lussac durch Messung der Volumina interagierender Gase, die Zusammensetzung von Ammoniak und fünf Stickoxiden korrekt zu bestimmen.

Der Wissenschaftler, der die Formulierung des Gesetzes mit den auf andere Weise erzielten Ergebnissen verglich, stellte fest, dass sein Gesetz bestätigt wurde. Dabei konnte er auf Materialien anderer Forscher zurückgreifen. So verwendete er beispielsweise die bekannten Definitionen der Dichte von Gasen und dementsprechend die Verbindungsgewichte nicht gasförmiger Stoffe.

Es ist sehr wichtig, dass Gay-Lussac zeigen konnte, wie es auf der Grundlage des von ihm entdeckten Gesetzes möglich ist, noch unbekannte Dichten gasförmiger Substanzen zu berechnen: „Die Beobachtung, dass sich verschiedene Arten brennbarer Gase mit Sauerstoff in einfachen Verhältnissen verbinden 1:1; 1:2 gibt uns eine Möglichkeit, die Dampfdichte brennbarer Stoffe zu bestimmen oder zumindest ungefähr zu finden.Wenn wir versuchen, alle verwendeten Stoffe gedanklich in einen gasförmigen Zustand zu überführen, wird ein bestimmtes Volumen von jedem von ihnen sich entweder mit dem gleichen oder dem doppelten oder halben Sauerstoffvolumen verbinden Wenn wir nun die Verhältnisse kennen, in denen sich Sauerstoff mit brennbaren Substanzen in festem oder flüssigem Zustand verbinden kann, können wir das Sauerstoffvolumen und das Dampfvolumen berechnen eines brennbaren Stoffes, der sich mit demselben verbindet, entweder mit dem doppelten oder mit dem halben Volumen an gasförmigem Sauerstoff.

Die Klarheit und Konsequenz von Gay-Lussacs Darstellung seiner Gedanken und Forschungsergebnisse kann als hervorragendes Beispiel für alle Naturwissenschaftler dienen.

Berzelius wandte das Gesetz von Gay-Lussac mit großem Erfolg an, um die Zusammensetzung und quantitativen Eigenschaften vieler Elemente und Verbindungen zu bestimmen. Die Arbeit des französischen Wissenschaftlers trug auch wesentlich dazu bei, das von Proust entdeckte Gesetz der Konstanz der Zusammensetzung zu stärken, das sich nicht nur für feste, sondern auch für gasförmige Stoffe als anwendbar herausstellte.

Gay-Lussac musste in seinen Studien von qualitativen Beobachtungen ausgehen und quantitative Studien als Bedingungen und Kriterien für die Formulierung eines Gesetzes berücksichtigen. So entstand in der Chemie der Begriff des Verhältnisses von Qualität und Quantität. Dies trug wesentlich zur Überwindung des metaphysischen Naturverständnisses bei.

Nachdem Gay-Lussac das Gesetz der einfachen volumetrischen Beziehungen entdeckt hatte, hatte er einen bedeutenden Einfluss auf die Bildung der Atom- und Molekültheorie.

Autor: Samin D. K.

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