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Uno de los primeros científicos en conferir conocimiento físico a la química, empleó el conocimiento del peso físico y lo ligó al descubrimiento de la Ley de la Conservación de la Materia.
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Se reconoce su aportación del comportamiento fisicoquímico de los gases. Estudió la expansión de los gases en relación con la temperatura a presiones constantes.
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Su aportación científica se ausentó en estudios sobre dilatación y medida de las temperaturas, transferencia del calor y calor específico de los gases.
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"Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia", donde expuso las ideas que darían forma al segundo principio de la termodinámica.
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Desarrolló métodos de análisis de gases. Fue pionero en los estudios de la fotoquímica y la espectroscopia. Desarrolló un quemador de laboratorio que lleva su apellido.
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En su disertación sobre la conservación de la energía, postuló que el calor era una forma de energía que consistía en un pequeño y aleatorio movimiento en las partículas de materia. Sugirió que el calor y el trabajo deberían ser considerados como energía y que era el total de la misma lo que se conservaba, en lugar de conservarse como calor o trabajo separadamente. Explicó que no sólo la materia sino también la electricidad existen en cantidades discretas.
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Desarrolló ideas sobre la energía perdida y acuñó el termino entropía.
Estableció una relación matemática para explicar la transición de fase entre dos estados de la materia. -
Inventó el espectroscopio y demostró la relación entre la emisión y la absorción de la luz por los cuerpos incandescentes propuso el nombre de radiación del cuerpo negro y efectuó investigaciones sobre la conducción del calor.
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Estudió las predicciones matemáticas del descenso del punto de fusión y el aumento del punto de ebullición en disoluciones.
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Destaca su aportación a los cimientos de la termodinámica teórica. Definió la función de estado de un sistema termodinámico, la energía libre que permite prever la espontaneidad de un determinado proceso fisicoquímico.
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Uno de los fundadores de la Fisicoquímica e investigador de la dinámica química y de la presión osmótica en disoluciones.
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Una de sus aportaciones principales a la fisicoquímica se refiere a los principios fundamentales que gobiernan los equilibrios químicos, la velocidad de reacción y el equilibrio químico.
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Destaca su contribución al campo de la fisicoquímica en el estudio de la disociación electrolítica. Desarrolló la teoría de la existencia del ion.
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Fundador de The Journal of Physical Chemistry, destacó en el trabajo docente en el área de dinámica química y en sus estudios de química coloidal.
