Joseph-Louis Gay-Lussac (Sent Liunard, Llemosí, 6 de desembre de 1778 - París, 9 de maig de 1850) fou un destacat químic i físic francès. Descobrí la llei de l'expansió del gasos (1802), fou pioner amb Jean-Baptiste Biot de les ascensions en globus aerostàtics (1804), fou elegit membre de l'Académie des Sciences (1806) amb la presentació de la tesi sobre la llei dels volums de combinació dels gasos. Publicà observacions sobre el magnetisme (1807). Descobrí, juntament amb Louis J. Thénard (1777-1857), l'element químic bor (1808) i descobrí del cianogen (1815). Fou un dels fundadors de la Societat d'Arcueil, professor de física a la Sorbona (1809), professor de química a l'École Polytechnique, membre del Comité des poudres et salpêtres (1818), director de l'Oficina de Garantia de la Casa de la Moneda (1819), associat a l'Acadèmia de Medicina (1820), diputat per l'Alta Viena a l'Assemblea Nacional (1831-39), professor de química general al Museu d'Història Natural (1832) i parell de França (1839). Deixà l'ensenyament i fou nomenat director de la companyia de vidres Saint-Gobain (1840); dissenyà la "Torre Gay-Lussac" a la fàbrica Chauny. Sovint se l'ha anomenat també amb l'ordre dels noms invertits, Louis Joseph.
Vida esquerra|miniatura|Sent Liunard Joseph-Louis Gay-Lussac fou el segon dels quatre fills de l'advocat al parlament i procurador del rei des del 1775 a Sent Liunard, Antoine Gay-Lussac (1744-1819), i de Léonarde Bouriquet. Antoine havia estudiat dret a Bordeus i era fill de Louis Gay, senyor de Lussac, unes terres properes a Sent Liunard, que estudià medicina a Bordeus i l'exercí a Sent Liunard, i net de Joseph Gay. Antoine afegí al llinatge del seu pare el nom del senyoriu per diferenciar-se d'altres amb el mateix llinatge, essent el primer Gay-Lussac.
Abans de la Revolució Francesa (1789-1799) la responsabilitat de l'educació estava en mans de l'Església catòlica, i Gay-Lussac rebé l'educació primerenca amb l'abat Jean-Joseph Bourdeix (1752-?) estudiant humanitats, filosofia i teologia. Amb la Revolució el 1793 l'abat fou arrestat i probablement posteriorment s'exilià. Gay-Lussac probablement assistí a l'escola de la població veïna d'Aimostier, on seguí amb l'educació clàssica en la qual les ciències tenien poca cabuda, només unes nocions elementals d'astronomia. Seguí amb l'educació laica amb dos mestres, Courty i Albert, però era una educació de baix nivell. Amb la caiguda de Robespierre el juliol de 1794 s'obriren noves possibilitats i, amb setze anys, fou enviat a París per continuar els estudis. miniatura|Tomba al cementiri del Père-Lachaise de Paris.Acta de defunció |dreta A París estigué a càrrec de l'abat Dumonteil. Estudià a l'escola Pension Savouré i a la de Monsieur Sencier, on aprengué anglès. Amb aquesta formació aconseguí ser admès a la fi del 1797 a recentment creada École polytechnique, després que s'enduguessin al seu pare a la presó a conseqüència de la Revolució Francesa. A lÉcole polytechnique hi donaven classe alguns professors molt destacats: Antoine François de Fourcroy, Claude Louis Berthollet, Jean Antoine Chaptal, Gaspard Monge, Gaspard de Prony i Joseph Louis Lagrange. Tres anys més tard, el 1800, acabada la formació bàsica a lÉcole polytechnique completà els estudis a lÉcole des Ponts et Chaussées i rebé el títol d'enginyer de ponts i camins. Poc temps després fou assignat a Claude Louis Berthollet, quan aquest retornà de la campanya d'Egipte de Napoleó Bonaparte, com a ajudant, on rebé una intensa formació en química. Gay-Lussac fou al mateix temps, i successivament, adjunt (del 31 de desembre de 1802) i repétiteur (del 23 de setembre de 1804) a lÉcole polytechnique. El 31 de març de 1809 rebé el títol honorífic de professor de química pràctica, però a la mort de Fourcroy fou nomenat professor de química (17 de febrer de 1810). Amb la creació de la Facultat de Ciències de la Sorbona el 1808, Gay-Lussac en fou nomenat professor de física; el 1832 renuncià a aquesta càtedra a favor de la de química general del Museu Nacional d'Història Natural. El 8 de desembre de 1806 obtingué el lloc de membre de primera classe de l'Institut de França (secció de física). Ja era membre de la Société d'Arcueil i de la Société Philomatique. El setembre de 1807 es casà amb Geneviève Marie Joseph Rojot (1785-1867) a l'església de Sainte Geneviève de París (actualment el Panteó). Tengueren cinc fills, Virginie Antonie Henriette, Jules Alexandre, Joséphine Eléonore, Louis Frédéric i Gabriel. Jules fou auxiliar de Justus von Liebig a Giessen.
Gairebé tota la vida de Gay-Lussac la dedicà a la ciència pura i aplicada, però tingué una breu carrera política. Fou elegit diputat de l'Assemblea Nacional per departament de l'Alta Viena del grup dels liberals el 1831, el 1834 i el 1837, però dimití a principis de 1838. El 7 de març de 1839, després d'haver-se negat rebre un títol de Carles X, fou honrat per Lluís Felip I amb un títol superior, el de pair de France. El 1840 deixà l'ensenyament, però seguí amb les seves investigacions. El 1848 es retirà a Lussac i morí a París el 1850.
Obra Estudis sobre el magnetisme terrestre miniatura|Gay-Lussac i Biot en la seva ascensió en globus a 4000 mGay-Lussac realitzà un ascens en un globus aerostàtic d'hidrogen amb Jean-Baptiste Biot (1774–1862) el 24 d'agost de 1804. Tenia per objectiu principal estudiar si la intensitat magnètica a la superfície de la Terra disminuïa en augmentar l'altitud. Conclogueren que era constant fins a 4 000 metres, on arribaren. També portaven cables llargs per provar l'electricitat de diferents parts de l'atmosfera.
El març de 1805, Gay-Lussac inicià amb Alexander von Humboldt un any de viatge per Europa, primer a Roma i acabant a Berlín. Volien estudiar el magnetisme terrestre en diferents indrets. Per obtenir la intensitat magnètica, determinaren el període d'oscil·lació d'una agulla magnetitzada desplaçant-la lleugerament del meridià magnètic en un moment determinat. Descobriren que aquesta intensitat era proporcional al quadrat del nombre d'oscil·lacions realitzades. Confirmaren que la intensitat magnètica en un lloc no canviava amb el temps, ni sofria variacions durant el dia. El canvi que sí que observaren fou que la component horitzontal de la intensitat magnètica de la Terra augmenta des del nord (Berlín) fins al sud (Nàpols), però que la intensitat total disminueix en apropar-se a l'equador.
Estudis dels gasos L'expansió tèrmica dels gasos miniatura|Animació de la llei de Charles i Gay-Lussac que relaciona temperatura i volum a pressió constant. La primera investigació destacada de Gay-Lussac fou l'expansió tèrmica dels gasos. La dugué a terme amb l'estímul de Claude-Louis Berthollet (1748-1822) i Pierre Simon de Laplace (1749-1827) a l'hivern de 1801-1802. Hi havia proves contradictòries sobre les propietats expansives de diferents gasos quan se'ls escalfava a pressió constant. Gay-Lussac millorà les tècniques més recents prenent precaucions per excloure el vapor d'aigua dels seus aparells i utilitzà gasos secs. Després d'examinar una àmplia varietat de gasos, incloent-hi diversos solubles en aigua, i repetint cada experiment diverses vegades, conclogué que volums iguals de tots els gasos s'expandien per igual amb el mateix augment de temperatura. A l'interval de temperatures de 0 °C fins a 100 °C l'expansió dels gasos era 1/266,66 del volum a 0 °C, per cada grau de pujada de temperatura.
On:
Vés el volum del gas a una temperatura Tmesurada en graus centígrads. V_0és el volum del gas a la temperatura T_0. \alphaés el coeficient de dilatació tèrmica dels gasos, actualment 1/273,15 °C−1.
Al voltant de 1787 el francès Jacques A. C. Charles (1746-1823) havia reconegut la mateixa expansió de diversos gasos, però mai no s'havia molestat a publicar les seves troballes. Proporcionà la informació dels resultats i dels aparells que havia emprat a Gay-Lussac, el qual ho reconegué en la seva publicació i millorà les mesures. Per aquesta raó llei és sovint anomenada "llei de Charles" o "llei de Charles i Gay-Lussac".
Estudi de l'aire Un dels objectius de l'ascens que realitzà Gay-Lussac en un globus aerostàtic d'hidrogen amb Jean-Baptiste Biot (1774–1862) el 24 d'agost de 1804 era recollir mostres d'aire a gran altitud per comparar la seva composició química amb la de l'aire a nivell del sòl. Assoliren el seu objectiu i pogueren recollir mostres a 4 000 m d'altura. El 16 de setembre de 1804 Gay-Lussac dugué a terme un segon ascens, però aquesta vegada sol, per disminuir el pes del globus i aconseguir així una major alçada. Fou capaç de repetir mesures de pressió atmosfèrica, temperatura i humitat. Recollí mostres d'aire a una altitud de més de 6 000 metres i la seva posterior anàlisi indicà que la proporció d'oxigen era idèntica a la de l'aire a nivell del sòl. Aconseguí una alçada calculada de 7 016 metres sobre el nivell del mar, un rècord no igualat durant mig segle més.
La llei dels volums de combinació dels gasos L'èxit més gran de la recerca de Gay-Lussac potser és la llei dels volums de combinació dels gasos, presentada en una reunió de la Société Philomathique a París, el 31 de desembre de 1808. La llei afirma que els volums de gasos que reaccionen, en les mateixes condicions de pressió i temperatura, per donar un altre gas, estan en relacions senzilles de nombres enters i, també, amb el volum del producte obtingut.
Un treball del gener de 1805 amb Humboldt fou el punt de partida, però passaren tres anys fins que Gay-Lussac es decidí a ampliar-lo. Un dels primers col·laboradors de Gay-Lussac fou l'alemany Alexander von Humboldt (1769-1859), gairebé deu anys major que ell. Realitzaren un examen de diversos mètodes d'estimació de la proporció d'oxigen a l'aire, particularment l'ús de l'eudiòmetre de l'italià Alessandro Volta. En aquest mètode, la mostra d'aire es fa reaccionar amb hidrogen per formar vapor d'aigua, que es condensa. La contracció resultant permet una estimació de la proporció d'oxigen a la mostra. Aquest mètode, òbviament, suposava un coneixement de les proporcions relatives per volum en què es combinen hidrogen i oxigen per formar aigua, que fou un dels principals objectius del treball. Conclogueren que 100 parts de volum d'oxigen es combinen amb 200 parts de volum d'hidrogen i se'n formen 200 parts de volum de vapor d'aigua, amb una contracció de 100 parts del volum total inicial.
O2 + 2 H2 -> 2 H2O
Tres anys després Gay-Lussac profunditzà en el tema dels volums de combinació. Realitzà experiments amb alguns gasos i aprofità les anàlisis d'altres gasos que havien aparegut en la literatura química. Aquestes dades anteriors s'havien donat en composició gravimètrica i Gay-Lussac, prenent les dades de la densitat dels gasos, les convertí en proporcions volumètriques.
Malgrat que la llei de combinació dels gasos és una prova de la naturalesa atòmica de la matèria, John Dalton (1766-1844), autor de la primera teoria atòmica, publicada tres anys després al llibre A New System of Chemical Philosophy, es negà a acceptar-la. Les suposicions errònies de Dalton de què els elements químics es combinen en les proporcions més simples possibles i que els àtoms iguals no es combinen impedeixen explicar la llei de Gay-Lussac. Claude-Louis Berthollet (1748-1822), protector de Gay-Lussac, acceptà la llei malgrat que era una prova que contradeia la seva suposició de què els composts químics es formaven en proporcions diferents d'elements segons el mètode d'obtenció i reforçava la llei de les proporcions definides (1804) de Joseph-Louis Proust (1754-1826) que criticava Berthollet. Encaixar la llei dels volums de combinació amb la teoria atòmica no fou possible fins que l'italià Amedeo Avogadro (1776-1856) imaginà molècules diatòmiques d'elements iguals i realitzà (1811) la hipòtesi que volums iguals de gasos, en les mateixes condicions de pressió i temperatura, contenen el mateix nombre de molècules (llei d'Avogadro).
Els òxids de nitrogen