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Uno de los primeros científicos en conferir conocimiento físico a la química; empleo el conocimiento del peso físico y lo ligo al descubrimiento de la ley de conservación de la materia.
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Se le reconoce su aportación del comportamiento fisicoquímico de los gases, estudio la expansión de los gases en relación con la temperatura, a presiones constantes.
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Su aportación científica se sustento en estudios sobre dilatación y medida de la temperatura, transferencia del calor y calor especifico de los gases.
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"Reflexiones sobre la potencia matriz del fuego y sobre las maquinas adecuadas para desarrollar esta potencia" donde expuso las ideas que darían forma al segunda principio de la termodinámica.
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Desarrollo métodos de análisis de gases. Fue pionero en los estudios de la fotoquímica y la espectroscopia. Desarrollo un quemador de laboratorio que lleva su apellido.
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En su disertación sobre la conservación de la energía, postulo que el calor era una forma de energía que consistía en un pequeño, y aleatorio movimiento en las partículas de la 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 trabajos separadamente. Explico que no solo la materia sino también la electricidad existen en cantidades discretas.
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Desarrolló ideas sobre la energía perdida y acuñó el término entropía. Estableció una relación matemática para explicar la transición de fase entre dos estados de la materia.
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Invento el espectroscopio y demostró la relación entre la emisión y la absorción de la luz por los cuerpos incandescentes, propuso el nombre de la 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 una 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. Desarrollo 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 la dinámica química y en sus estudios de química coloidal
