Основные количественные законы химии

К основным количественным законам химии относятся:закон постоянства состава, закон кратных отношений и закон эквивалентов. Эти законы были открыты в конце XIII – начале XIX веков, и затем были уточнены в результате развития теорий о строении вещества и химической связи. Современная формулировка закона постоянства состава: химические соединения с молекулярной структурой имеют один и тот же состав и свойства независимо от способа получения; химические соединения с ионной, ковалентной и металлической связью имеют в кристаллическом и жидком состояниях один и тот же состав только при строгом соблюдении постоянными всех условий эксперимента. Их состав зависит от способа и условий получения.

Вещества молекулярного строения, которые подчиняются закону постоянства состава, называют дальтонидами (в память английского ученого Дальтона, предложившего закон постоянства состава), а вещества немолекулярного строения – бертоллидами (в память французского химика Бертолле, который предвидел подобные соединения). Примерами дальтонидов служат СО, СО₂, SО₃, CH₄ и т. д. Примерами бертоллидов служат оксид титана (IV), который может иметь состав ТiО_1,6 – ТiО_1,9, оксид ванадия (II), который может иметь состав VО_0,9 – VО_1,3.

Современная формулировка закона постоянства состава позволяет уточнить такие важные понятия химии как валентность, степень окисления, молекула и структурная формула. Поскольку валентность принято определять числом ковалентных химических связей, то этим понятием пользуются при рассмотрении органических веществ и только тех неорганических веществ, которые имеют молекулярное строение. При рассмотрении вещества немолекулярного строения, предпочтительно применять понятие «степень окисления». По этой же причине использование понятия «молекула», а также «структурная формула» для изображения состава веществ немолекулярного строения условно.

Закон кратных отношений: если два элемента образуют друг с другом несколько соединений с молекулярной структурой, то на одно и то же массовое количество одного из них приходятся такие количества другого, которые относятся между собой как целые числа. Этот закон подтверждает дискретность вещества, а также то, что все атомы одного химического элемента одинаковы и обладают строго определенной массой. Например, массовые соотношения С:О в оксидах СО₂ и СО равны 12:32 и 12:16. Следовательно, массовое отношение углерода, связанное с постоянной массой кислорода СО₂ и СО, равно 2:1.

Закон эквивалентов: отношения масс, вступающих в химическую реакцию веществ, равны или кратны их эквивалентам, т.е., все вещества реагируют в эквивалентных отношениях.

Эквивалентом называют условную или реальную единицу, способную присоединять, отдавать или замещать один протон в кислотно-основных реакциях или эквивалентную одному электрону в окислительно-восстановительной реакциях.

Фактор эквивалентности показывает, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному протону или электрону. Например:

f_экв(НСL) = 1/1; f_экв(Н₂SO₄) = 1/2; f_экв(Na₂CO₃) = 1/2;

f_экв(KMnO₄) =1/5; f_экв(Fe₂(SO₄)₃)=1/6.

Молярная масса эквивалента – это масса одного моль – эквивалента вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молекулярную массу вещества. Например, для карбоната натрия:

М(1/2Na₂CO₃) = f_эквМ(Na₂CO₃) = 1/2М(Na₂CO₃) =

= 1/2 • (2 • 23 +12 + 3 • 16) = 53.

Аналитическое выражение закона:

С₁V₁ = С₂V₂,

где С₁ и V₁ – эквивалентная концентрация и объем одного вещества, например кислоты; С₂ и V₂ – эквивалентная концентрация и объем другого вещества, например щелочи.

Роль стехиометрических законов в науке исключительно велика, так как они исторически явились базой современного учения о строении вещества.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое химия?

2. Что является объектом изучения общей химии?

3. Что называется химическим элементом, молекулой?

4. Какие вещества называются простыми? Приведите примеры.

5. Какие вещества называются сложными? Приведите примеры.

6. Что такое валентность?

7. Что такое эквивалент вещества?

8. Что такое фактор эквивалентности вещества?

9. Как рассчитать молярную массу и молярную массу эквивалента вещества?

10. В чем заключается закон эквивалентов.

11. В чем заключается закон постоянства состава.

12. Какие вещества называются бертоллидами? Приведите примеры.

13. Какие вещества называются дальтонидами? Приведите примеры.

14. В чем заключается закон кратных отношений.

15. Каково значение химии в изучении природы и развитии техники?

Вопросы для самостоятельной работы:

1. Значение химии в изучении природы и развитии техники.

2. Применение знаний химии по специальности.

Дата добавления: 2013-12-12