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Joseph Louis Gay-Lussac

Gay-Lussac, Joseph Louis (N. St. Léonard, França1778; ob. Paris, França1850). chemistry, physics. Químico e Físico, nascido em França. Membro da Société d'Arcueil, pupilo de Berthollet.


Vida

Joseph Louiss Gay-Lussac era o mais velho de cinco irmãos, filhos de Antoine Gay, advogado e procureur royal em St. Léonard, e de Leonarde Bouringner. O seu pai, para se distinguir de outros com o mesmo sobrenome na região de Limoges, começou a apelidar-se a si próprio de Gay-Lussac, devido à propriedade da família perto de St. Léonard, apelido este, também adoptado por Joseph Louis.

A Revolução do final do século XVIII abalou a confortável posição económica e social da família, tendo sido o seu pai preso em Setembro de 1793, como suspeito. Nessa altura, Joseph Louis foi enviado para uma pequena escola privada em Paris, onde aprendeu Matemática e Ciências.

Mais tarde, Gay-Lussac teve sucesso no competitivo exame de admissão à École Polytechnique, na qual foi admitido em Dezembro de 1797. Após a sua graduação, em 1800, e como era habitual para os melhores alunos, entrou na eescola de Engenharia Civil, a École Nationale des Ponts e Chaussées. No Inverno de 1800-1801, Berthollet, impressionado com as capacidades do jovem, levou-o para a sua casa de campo em Arcueil como assistente, onde o instruiu na investigação química, tornando-o no seu protegido.

Em 1808, Joseph Louis casou com Geneviève Marie Josèph Rojot, com quem teve cinco filhos, tendo, o mais velho, sido assistente de Liebig.

Gay-Lussac foi sucessivamente adjoint e repetiteur na École Polytéchnique. Em 1809 recebeu o título honorário de professor de química prática, todavia com a morte de Fourcroy acabou por suceder a este como professor de química. Além disso, com a criação da Faculdade de Ciência em Paris, em 1808, foi apontado como professor de Física, cargo este que abandonou em 1832 para leccionar química geral no Muséum National d’Histoire Naturelle. Foi ainda membro de Société d’Arcueil e da Société Philomatique.

Joseph Louis teve também uma breve carreira política. Foi eleito para a Câmara dos Deputados em 1831, 1834 e 1837, mas abandonou em 1838 por questão de princípio. Ainda, em 1839, foi nomeado por Louis Philippe para a Câmara Alta, cargo que já houvera recusado anteriormente.

Obra

Expansão Térmica dos Gases

A primeira grande investigação levada a cabo por Gay-Lussac, com o apoio de Laplace e Berthollet, foi acerca da expansão térmica dos gases, no Inverno de 1801-1802. Este trabalho permitiu-lhe concluir que iguais volumes de qualquer gás expandem igualmente, com o mesmo aumento de temperatura. Dos 0ºC aos 100ºC, a expansão dos gases foi 1/266,66 do volume observado aos 0ºC. Já em 1787 J. A. C. Charles se tinha apercebido este fenómeno para diversos gases, todavia nunca publicou as suas descobertas. Hoje em dia, apesar de Charles não ter medido o coeficiente de expansão a lei quantitativa para a expansão dos gases é, contudo, designada Lei de Charles.

Balão de Hidrogénio

Gay-Lussac fez, além disso, uma ascensão num balão de hidrogénio com Biot no dia 24 de Agosto de 1804, com o objectivo principal de verificar se a intensidade magnética na superfície terrestre diminuiria com o aumento da altitude. Os cientistas acabaram por concluir que era constante acima dos 4000 metros. Levaram também consigo fios, para testar a electricidade das diferentes partes da atmosfera, recolheram amostras de ar a diferentes altitudes para comparar a sua composição com o ar ao nível do solo. Mais tarde, em Setembro do mesmo ano, Gay-Lussac fez nova ascensão, desta vez sozinho, de modo a diminuir o peso do balão e atingindo maiores altitudes, nas quais procedeu à repetição das observações de pressão, temperatura, humidade e medições magnéticas, recolhendo ainda amostras de ar a altitudes superiores a 6000 metros, que permitiram determinar que as proporções de oxigénio eram idênticas às do ar comum. De facto, nesta ascensão, Joseph Louis atingiu uma altura de cerca de 7000 metros acima do nível do mar, um record que não foi equiparado por ninguém durante meio século.


Análises de Oxigénio em Amostras

Um dos colaboradores de Gay-Lussac foi Alexander von Humboldt, aproximadamente dez anos mais velho que ele, e que tinha uma grande reputação internacional. Juntos colaboraram na examinação de vários métodos de estimar a proporção de oxigénio no ar, particularmente no uso do eudiometro de Volta. Neste método, o gás testado (que continha obviamente oxigénio) era inflamado com hidrogénio para formar vapor de água, o qual condensava. A contracção resultante permitia estimar a proporção de oxigénio na amostra. Gay-Lussac e von Humboldt, através das suas experiências, calcularam que 100 partes de volume de oxigénio combinavam com cerca de 200 partes de hidrogénio. Efectivamente, Gay-Lussac demonstrou sempre claramente a sua preferência por volumes.

Calores Específicos dos Gases vs. Densidade

Em 1807, levou a cabo uma série de experiências com o intuito de avaliar se haveria algum tipo de relação entre os calores específicos dos gases e as suas densidades , medindo as alterações da temperatura do gás como função das alterações da sua densidade, provocadas pela expansão livre do mesmo. Este trabalho permitiu-lhe estabelecer um princípio básico da Física, em que a energia interna de um gás ideal depende apenas da temperatura.


Lei dos Volumes de Combinações de Gases

Provavelmente o maior feito singular alcançado por Gay-Lussac foi mesmo a Lei dos Volumes de Combinação de Gases, também conhecida com Lei de Gay-Lussac e anunciada pelo próprio na Société Philomatique em Paris, no mês de Dezembro de 1808. Esta Lei, baseada nos seu trabalho com Humboldt acerca das partes de oxigénio e hidrogénio, diz os gases reagem em proporções volumétricas simples e que os volumes de reagentes se podem relacionar com os volumes dos produtos em proporções simples.

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Aparelho das densidades de vapor de Gay-Lussac

Esta teoria foi muito bem recebida pelo químico-físico italiano Avogadro, o qual desenvolveu as suas implicações na relação entre os volumes de gases e o número de moléculas que os mesmos contêm. Por outro lado, apesar de ser esperado que Dalton aceitasse bem esta Lei, como evidência para a sua Teoria Atómica, o cientista recusou-se a aceitar os resultados de Gay-Lussac. Contudo, Berzeluis salientou que o método de Gay-Lussac, de falar sobre volumes, era preferível aos átomos de Dalton, uma vez que não seria absurdo lidar com metades de volumes, enquanto que seria contraditório falar em “meios átomos”.

O interesse por volumes fez, além disto, com que desenvolvesse um aparelho que lhe permitisse comparar as densidades de vapor de líquidos pudessem ser comparadas. O mesmo foi mais tarde melhorado por A. W. Hofmann, e o método pelo qual o volume de um dado peso de uma substância vaporizada é determinado é hoje conhecido por método de Hofmann. Gay-Lussac trabalhou também com Thenard na investigação dos efeitos químicos da pilha voltaica, ambos inspirados por Volta. De facto, é sublinhar que o seu relatório sugere que a taxa de decomposição de um determinado electrólito depende apenas da força da corrente, tendo usado ainda a decomposição química como medida da corrente eléctrica, trinta anos antes de Faraday.



Sódio e Potássio

Gay-Lussac e Thenard, inspirados no trabalho de Davy e apoiados por Berthollet, deram um grande contributo com a preparação de sódio e potássio em quantidades aceitáveis e puramente através de meios químicos, assentando no princípio de que a acção dum grande aquecimento iria modificar as afinidades usuais. Na verdade e até então, estes novos metais só tinham sido produzidos por Davy, mas em pequenas quantidades. A dupla de cientistas pôde, deste modo, averiguar as constantes físicas do potássio, determinando, por exemplo, a sua gravidade específica como 0,874 (valor actual: 0,859 a 0ºC), a qual havia sido fixada anteriormente por Davy em 0,6. Para além disto, investigaram a reacção do potássio com os vários gases, tendo descoberto que o potássio, fortemente aquecido em hidrogénio, combina-se de forma a originar hidreto de potássio. Usaram ainda este metal para decompor ácido bórico, o que lhes permitiu anunciar em Novembro de 1808 a descoberta do boro, o qual apresentava propriedades semelhantes às do carbono, fósforo e enxofre.


Influência da Luz nas Reacções Químicas

Mais tarde, em novas experiências, Gay-Lussac e Thénard observaram que, mesmo quando fortemente aquecido, o carbono não se decompunha em gás. Surpreendentemente, porém, através da luz solar, o mesmo era facilmente decomposto. Isto conduziu-os a novas experiências acerca do efeito da luz nas reacções químicas, das quais constataram que a velocidade de reacção é proporcional à intensidade da luz.


Iodo

Apesar de não ter sido Gay-Lussac a descobrir o iodo, embora lhe tenha dado o nome (do Grego iodeidēs, “de cor violeta”), foi ele quem estudou detalhadamente o iodeto de hidrogénio, no qual afirmou existir uma percentagem de 50% de hidrogénio por volume, tendo acabado mais tarde por estudar um grande número de iodetos e iodatos. Além destes, estudou ainda os sulfuretos, pois considerava-se que certos metais como o zinco, manganésio, cobalto e níquel, não poderiam ser precipitados passando sulfureto de hidrogénio através de soluções dos seus respectivos sais. Gay-Lussac demonstrou com sucesso que os sulfuretos destes metais poderiam ser precipitados caso estivessem presentes como sais de ácido acético ou na presença de uma base, como a amónia.

Teoria do Oxigénio de Lavoisier e os Hidrácidos

Esta teoria do oxigénio dos ácidos foi questionada por Berthollet, que não encontrou elemento nem no sulfureto de hidrogénio nem no ácido prússico – também conhecido por cianeto de hidrogénio. Coube, então, ao seu pupilo demonstrar que havia, definitivamente, uma classe distinta de ácidos que, em vez de conterem oxigénio, continham hidrogénio e à qual atribuiu a designação de hidrácidos. No entanto, a ideia de oxigénio de Lavoisier, como o principal acidificante, era tão firmemente aceite que Gay-Lussac estava convencido que o hidrogénio não tinha qualquer ligação com as propriedades acídicas, mas sim, por exemplo, o sulfureto.

Ácido Prússico

A importante investigação acerca do cianeto de hidrogénio iniciou-se com a sua bem sucedida preparação em 1811 pela acção do ácido hidroclórico (ácido clorídrico) no cianeto de mercúrio. Em 1815 determinou as constantes físicas do ácido, assim como a sua densidade de vapor, e expressou a sua composição como: um volume de vapor de carbono, meio volume de hidrogénio e meio volume de azoto. O seu estudo foi muito importante, mais tarde, no desenvolvimento da Química Orgânica.


Solubilidade e Equilíbrio Químico

O estudo de Gay-Lusssac acerca da solubilidade dos sais é de considerável importância, já que foi o primeiro a traçar uma curva de solubilidade, salientando a variação da solubilidade de diversos sais na água, a diferentes temperaturas. Apercebeu-se, inclusivamente, que a solubilidade de um sal na água a uma dada temperatura é uma constante, na presença de um excesso de soluto.

Considerou as partículas em solução de diferentes sais como estando em movimento aleatório no momento da mistura. Eventualmente, uma situação de equilíbrio ocorreria, no entanto, de qualquer pequena alteração das condições poderia advir uma mudança das partes ácidas e básicas do sal na solução. Foi também Gay-Lussac que introduziu o conceito de permutação dos constituintes dos sais.


Lei das Reações Sucessivas

Joseph Louis Gay-Lussac, com os seus trabalhos do cloro e bases, fez uma aproximação muito grande a esta teoria, publicada por Ostwald em 1897, em que já afirmava que quando os mesmos elementos podem formar compostos de diferentes estabilidade (capazes de existir em simultâneo e sob as mesmas condições), o primeiro a ser formado é o menos estável.


Química Orgânica

Gay-Lussac deu uma série de importantes contributos nesta área, apesar de ser maioritariamente conhecido pelos seus trabalhos de química inorgânica e física.

No início de 1810, juntamente com Thénard, desenvolveu o trabalho pioneiro de Lavoisier na análise quantitativa de compostos orgânicos por combustão. Enquanto o seu antecessor utilizou o oxigénio, provocando a inflamação de algumas substâncias, a dupla de investigadores passaram a recorrer a um agente oxidante. Inicialmente, fizeram uso do clorato de potássio, mas, verificando que tinha uma reacção demasiado poderosa, Joseph Louis propôs em 1815 o óxido de cobre, que demonstrou ser preferível e acabou por se estabelecer.

Ao aplicarem o seu método na análise de vinte substâncias de origem animal e vegetal, acabaram por dividir as últimas em três classes de acordo com a sua proporção de hidrogénio e oxigénio, nomeadamente a das sacarinas, mais tarde designada por hidratos de carbono.

A análise do ácido prússico por parte de Gay-Lussac foi particularmente importante uma vez que conduziu a atenção para a existência de um radical (-CN), bastante semelhante ao cloro no ácido clorídrico e ao iodo no ácido iodídico. Nomeadamente, anos mais tarde, Gay-Lussac, discutindo o papel do cloro nos óleos e nas ceras, observou que este elemento remove parte do hidrogénio dos óleos – formando ácido clorídrico –, e parte do cloro combina-se com óleo, tomando o lugar do hidrogénio removido. Este princípio começou a ser desenvolvido, em 1834 por Dumas, conduzindo à Teoria da Substituição em Química Orgânica.

Além disto, contribuiu de alguma forma para a Teoria do Isomerismo, já que em 1814 afirmou que o ácido acético e a matière ligneuse (“celulose”) tinham a mesma composição, concluindo que é o arranjo dos seus constituintes que determinam se a substância tem carácter neutro, ácido ou básico.

Titulações

Utilizou, pela primeira vez em 1824, os termos pipette e burette, assim como utilizou soluções padrão para a determinação de concentrações de substâncias em soluções. Em 1829, por exemplo, publicou o método para a determinação de borato de sódio. Recorrendo ao azul de tornesol e através da adição de ácido sulfúrico à solução com borato de sódio, o cientista concluiu que “cor de casca de cebola” indicava a neutralização da solução. Gay-Lussac fez ainda um maior contributo em 1832, ao introduzir um método volumétrico para estimar a quantidade de prata, muito mais exacto do que o método até então utilizado e que recorria à precipitação de cloreto de prata.


Publicações

  • "Mémoire sur la combinaison des substances gazeuses, les unes avec les autres" in Mémoirs de physique et de chimie de la Société d'Arcueil,(1809), pp. 207-234.
  • "Annonce d'un travail sur la densité des vapeurs de divers liquides", in Annales de chimie, (1811), p. 218.
  • "Sur l'analyse végétale et animale", in Journal de physique, (1810), pp. 257-266.

NOTA: São apenas três exemplos das inúmeras publicações nas diversas revistas e jornais científicos da época.

Bibliografia

Gillispie, C. (1970). Dictionary of Scientific Biography. Charles Scribner's sons, New York.

Sites Consultados

http://scienceworld.wolfram.com/physics/LawofCombiningVolumes.html


Ligações externas

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