Joseph Louis Gay-Lussac

(1778-1850)

Közlemény gáz alakú anyagok egymással való vegyülésérõl

Mémoires de la Société d'Arcueil 2, 207 (1809) [from William Cecil Dampier-Whetham & Margaret Dampier-Whetham, eds., Cambridge Readings in the Literature of Science (Cambridge, UK: Cambridge, 1924) (translation: Alembic Club Reprint No. 4)]

(A cikk Carmen Giunta tudománytörténeti gyûjteményébôl származik, és az eredeti közlemény rövidített változata.)



Az anyagoknak, legyenek azok bár szilárdak, folyékonyak, vagy gázállapotban lévõk, vannak olyan tulajdonságai, amelyek nem függenek a kohéziós erõtõl; vannak azonban olyan anyagok, amelyeket – úgy tûnik – módosít ez a (változó intenzitású) erõ, és amelyek ezekután nem követnek semmiféle szabályt. Ha ugyanaz a nyomás hat különbözõ szilárd testekre vagy folyadékokra, esetenként eltérõ térfogatcsökkenés fog bekövetkezni, miközben ez rugalmas fluidumok esetén egyenlõ. Hasonlóan, a hõ minden anyagot kiterjeszt; de a folyadékok és szilárd testek kiterjedése eddig nem mutatott semminõ törvényszerûséget, és egyedül a rugalmas fluidumok azok, amelyeknél ez egyenlõ és független az adott gáz fajtájától. Folyadékok és szilárd testek esetén a molekulák vonzása az, ami speciális tulajdonságaikat befolyásolja; és úgy tûnik, hogy a testek hasonló körülmények között egyszerû, szabályos törvényeknek csak akkor engedelmeskednek, amikor ez a vonzás teljességgel megszûnik, mint ahogy ez gázokban be is következik. Az a szándékom, hogy a gázok néhány új, szabályos következményekkel járó tulajdonságát ismertessem, rámutatva arra, hogy ezek az anyagok egymással igen egyszerû arányokban vegyülnek, és hogy a térfogatcsökkenések, melyeket ezek a vegyülés során elszenvednek, igen egyszerû szabályok szerint történnek. Azt remélem, hogy ily módon bizonyítékát adom annak az elképzelésnek, amelyet számos kíváló kémikus támogat, miszerint talán nincs messze az az idõ, amikor képesek vagyunk a kémiai jelenségek zömét számítások tárgyává tenni.

Önmagában is fontos és a kémikusok között sokat vitatott kérdés, hogy a vegyületek bármely arányban kialakulhatnak-e. Proust úr, aki – úgy tûnik – elõször fordította figyelmét erre a tárgyra, azon a véleményen van, hogy a fémek csak két oxidációs fokban létezhetnek, egy alsóban és egy felsõben; de ettõl a csábító elmélettõl elragadva, hamar olyan helyzetbe került, hogy a fizikával ellenkezõ elvekkel kellett barátkoznia, ha két oxidra akarta redukálni mindazokat, amiket egyugyanazon fém néha felmutat. Berthollet úr másrészrõl – általános megfontolások és saját kísérletei alapján – úgy véli, hogy a vegyületek mindig igen sokféle arányban keletkeznek, hacsak azt speciális okok, mint kristályosodás, oldhatatlanság vagy rugalmasság meg nem határozzák. Végül Dalton vetette fel azt az ötletet, hogy két test vegyülete oly módon keletkezik, hogy az egyiknek egy atomja, a másiknak egy-, két-, három-, vagy több atomjával egyesül. Ebbõl a szemléletmódból az következik, hogy a vegyületek állandó arányban alakulnak ki és köztes testek létezése kizárt. Ebben a tekintetben Dalton elmélete emlékeztet Proust úréra, és azt Berthollet úr, Thomson Kémiájához írott bevezetésében, már erõsen opponálta is. Látni fogjuk, hogy a valóságban az elmélet nem egészen pontos. Így áll most a szóban forgó kérdés. Nagyon messze van még a megoldástól, de remélem, hogy a tények, amelyeket most felsorakoztatok, a tények, melyek teljesen elkerülték a vegyészek figyelmét, hozzájárulnak majd a kérdés megvilágításához.

A 100 oxigén aránylik a 200 hidrogénhez pontos arányból, amit víz esetén Humboldt úr és én meghatároztunk, gyanítható, hogy más gázok is egyszerû arányban vegyülhetnek. A következõ kísérletet végeztem. Fluobórsav-, sósav- és szénsavgázt készítettem és ezeket folyamatosan ammóniagázzal vegyítettem.* 100 rész sósavgáz pontosan 100 rész ammóniagázt telített, és a só, amely keletkezett, tökéletesen semleges, még ha az egyik vagy másik gáz feleslegben volt is. A fluobórsavgáz ezzel szemben kétféle arányban egyesül az ammóniagázzal. Ha elõször a savanyú gázt tesszük be az osztott csõbe és aztán a másik gázt vezetjük hozzá, azt találjuk, hogy a kettõnek egyenlõ térfogatai kondenzálódnak, és a keletkezett só semleges. Ha azonban elõbb az ammóniagázt tesszük a csõbe és a fluobórsavgázt buborékokként eresztjük be, az elsõ gáz feleslegben lesz a másodikhoz képest és eredményül olyan só fog keletkezni, melyben feleslegben van a bázis, és amely 100 rész fluobórsavgázból és 200 rész ammóniagázból áll. Bizonyítható azonban, hogy az ammónia semleges karbonátja ezeknek a komponenseknek egyenlõ térfogataiból keletkezik. Berthollet úr, aki ezt a sót elemezte, szénsavgázt bocsátva a szubkarbonátra, úgy találta, hogy az 73,34 súlyrész szénsavgázból és 26,66 súlyrész ammóniagázból áll. Nos, ha feltételezzük, hogy a komponensek egyenlõ térfogataiból keletkezik a só, ismert fajsúlyaikból az következik, hogy annak súlyszerint

 71,81 súlyrész szénsavat
 28,19 súlyrész ammóniát 


100,00

kell tartalmaznia, ami csak kicsit tér el a fent említettõl.

Ha az ammónia semleges karbonátját elõ lehet állítani szénsavgáz és ammóniagáz keverékébõl, ugyanannyi gáznak kell fogynia az egyikbõl, mint a másikból. Mivel a képzõdést csak víz közbejöttével tudjuk elérni, arra kell következtetnünk, hogy ennek a folyadéknak az affinitása az, ami verseng az ammóniáéval, hogy legyõzze a szénsav rugalmasságát és arra kell gondolnunk, hogy az ammónia semleges karbonátja csak vizes közegben tud létezni.

Arra jutottunk tehát, hogy a sósav, a fluobórsav és a szénsav pontosan saját térfogatával megegyezõ ammóniagázzal képez semleges sókat, és a két utóbbi kétszer annyit fogyaszt szubsók keletkezése során. Igen figyelemreméltó, hogy egymástól ennyire különbözõ savak fogyasztanak az ammóniagázból saját térfogatukkal megegyezõ térfogatot a semlegesítéshez; és ebbõl azt gyaníthatjuk, hogy ha minden sav és minden lúg létezne gázállapotban, a semlegesség azonos térfogatú savak és lúgok vegyülése útján következne be.

Nem kevésbé figyelemreméltó, hogy akár a semleges, akár a szubsót állítjuk elõ, elemeik proporcióhatárainak tekinthetõ egyszerû arányokban kombinálódnak. Ennek megfelelõen, ha elfogadjuk a sósav Biot úr és általam meghatározott fajsúlyát, valamint a  szénsav és az ammónia Biot és Arago urak által meghatározott fajsúlyát, úgy találjuk, hogy a száraz ammónium-klorid az

részt tartalmaz, s ez az arány messze van Berthollet úr arányának adatától. Hasonló módon úgy találjuk, hogy az ammónia szubkarbonátja Az elõbbi eredmények alapján a fluobórsav, a sósav és a szénsav kapacitásarányait könnyen megállapíthatjuk. Mivel ez a három gáz azonos térfogatú ammóniagázt telít, relatív kapacitásaik fordítottan arányosak sûrûségeikkel (számot vetve a sósav víztartalmával).

Már ennyi után megállapíthatnánk, hogy a gázok egymással igen egyszerû arányokban vegyülnek; de még további új bizonyítékokat is megadhatok.

Berthollet úr kísérletei szerint az ammónia

Én úgy találtam, hogy a kénsav Ha 50 rész oxigénbõl és 100 rész szénoxidból (amely cink-oxidnak erõsen kalcinált faszénen való desztillációja során keletkezett) álló keveréket meggyújtjuk, a két gáz eltûnik és helyüket 100 rész széngáz foglalja el. Következésképpen a szénsavat úgy tekinthetjük, mint ami Davy a nitrogénnek oxigénnel képzett különbözõ vegyületeit elemezve a következõ súlyarányokat kapta:
 
nitrogén oxigén
nitrózus oxid 63,30 36,70
nitrózus gáz 44,05 55,95
salétromsav  29,50 70,50

Térfogatra átszámítva az alábbi arányokat találjuk
 

nitrogén oxigén
nitrózus oxid 100  49,5
nitrózus gáz 100  108,9
salétromsav  100  204,7

Az elsõ és utolsó arány csak kevéssé tér el a 100 az 50-hez és a 100 a 200-hoz aránytól; egyedül a második különbözik kissé a 100 a 100-hoz aránytól. A különbség azonban nem nagyon nagy, és olyan, amit várhatunk az ilyenfajta kísérletekben. Magam gyõzõdtem meg arról, hogy az eltérés valójában nulla. Fahamuból keletkezõ új éghetõ anyagot 100 térfogatrész nitrózus gázban elégetve pontosan 50 rész nitrogén maradt vissza, amelynek a nitrózus gázból levezetett (Berard úr által Arcueilben nagy gonddal meghatározott) súlyából éppen az az eredmény következik, hogy a gáz azonos térfogatú nitrogénbõl és oxigénbõl áll.

Ezek után a nitrogénnek oxigénnel alkotott vegyületei arányára a következõket jelenthetjük ki:
 

nitrogén oxigén
nitrózus oxid 100  50
nitrózus gáz 100  100
salétromsav  100  200

... Ily módon számomra evidensnek tûnik, hogy amikor gázok egymásra hatnak, mindig a legegyszerûbb arányok szerint kombinálódnak. Láttuk, hogy a valóságban, minden fenti példában a vegyülés aránya 1 az 1-hez, 1 a 2-höz, vagy 1 a 3-hoz. Nagyon fontos észrevenni, hogy a súlyok tekintetében nincs egyszerû és egyértelmû összefüggés az egy-egy vegyület elemei között. Csak ha ugyanezen elemeknek van egy második vegyülete, akkor lesz a hozzáadott elem új aránya többszöröse az elsõ mennyiségnek. A gázok, ezzel szemben, bármely arányban vegyülnek is, mindig olyan vegyületekre vezetnek, amelyek elemei térfogat szerint egymás többszörösei.

Szepesváry Pálné fordítása

Magyarázat Gay-Lussac "Közlemény"-éhez

A közleményben elôforduló anyagok mai megnevezése:
 

fluobórsav bór-trifluorid (ill. annak hidrátja) BF3 (ill. HBO2·3HF·1/2 H2O)
nitrózus oxid dinitrogén-oxid N2O
nitrózus gáz nitrogén-monoxid NO
kénoxid kén-dioxid SO2
kénsav kén-trioxid SO3
salétromsav nitrogén-dioxid NO2
szénoxid szén-monoxid CO
szénsav szén-dioxid CO2


ChemoNet, 1997 

Vissza

http://www.kfki.hu/chemonet/ 

http://www.ch.bme.hu/chemonet/