Chemia Organiczna OnLine

1.2. Prawo Gay-Lussaca

Na następne prawo dotyczące gazów czekaliśmy ponad 100 lat. Jeszcze na początku XVIII w. temperaturę określano jako „ciepło – zimno”. Dopiero wynalezienie termometru i skonstruowanie skali temperatur (^oC na kontynencie europejskim i ^oF na amerykańskim) pozwoliło badać zachowanie się gazu w zależności od temperatury. Badania Gay-Lussaca w 1808 r wykazały, że zależność objętości gazu od temperatury jest zależnością liniową (przemiana gazu wykonywana była przy stałym ciśnieniu, dlatego nazywamy ją przemianą izobaryczną).
Badania zależności objętości gazu od temperatury można przeprowadzić w urządzeniu podobnym do tego jakie było używane dla przemian izotermicznych. Powietrze zamknięte stałą ilością rtęci w U rurce było w zależności od potrzeby ogrzewane lub oziębiane. Przykładowe wyniki jakie moglibyśmy otrzymać w takim doświadczeniu zamieszczone są w poniższej tabeli.

Na podstawie tych danych możemy wykreślić prostą zależność V=f(t) otrzymując tak jak Gay-Lussac zależność prostoliniową. Gdybyśmy ekstrapolowali dane, to w temperaturze około –273^oC objętość gazu wyniesie 0cm³.

Z uwagi na to, że objętość nie może mieć wartości ujemnych, temperatura ta jest najniższą możliwą do osiągnięcia. Oczywiście taka ekstrapolacja jest tylko hipotetyczna, ponieważ wcześniej gaz ulegnie skropleniu i dalej będzie zachowywać się jak zwykła ciecz, która oziębiana ulegnie zestaleniu.
Przesuwając 0^o w skali Celsjusza do -273^o otrzymuje się dogodną, bezwzględną skale temperatur zwaną skalą Kelwina. Dokładniejsze badania przesunęły wartość zera bezwzględnego do –273,15^oC, co można zapisać: 0K=273,15^oC, lub temperatura w skali Kelwina (oznaczana T) T=t+273,15 (dla bezwzględnej skali temperatur, przy podawaniu temperatury nie zapisuje się znaku ^o stopnia).

Prawo Gay-Lussaca można zapisać w postaci: lub , czyli przy stałym ciśnieniu iloraz objętości do temperatury bezwzględnej jest wartością stałą (przy stałym ciśnieniu objętość gazu jest proporcjonalna do temperatury bezwzględnej V=const^.T).

Zależność ciśnienia gazu (w stałej objętości) od temperatury badał Charles (przemiana gazu w stałej objętości nazywana jest przemianą izochoryczną ). Zauważył on również, że w temperaturze około –273^oC ciśnienie gazu jest równe 0mmHg.

Prawo Charlesa możemy zapisać w postaci: lub (w stałej objętości iloraz ciśnienia gazu do temperatury bezwzględnej jest wartością stałą, lub jak poprzednio: w stałej objętości ciśnienie gazu jest proporcjonalne do temperatury bezwzględnej).