Закон сохранения элементов

Закон сохранения массы

Основные понятия и законы химии

Современная формулировка закона сохранения массы гласит: Масса веществ, вступивших в химическое превращение, всегда равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Масса реакционной смеси в любой момент времени постоянна.

Лавуазье, помимо подтверждения закона сохранения массы пришел еще к одному важному выводу:

При химических реакциях остается постоянной не только общая масса веществ, но масса каждого из элементов, входящих в состав взаимодействующих веществ. При химических реакциях элементы не превращаются друг в друга.

А.Л. Лавуазье стал первооткрывателем кислорода. Выделив кислород из окислов ртути и олова, он поместил в собранный в пробирке газ лучину, и она ярко вспыхнула. Был сделан вывод, что в воздухе содержится газ, поддерживающий горение – кислород.

Исходя из общего принципа сохранения материи и движения, Ломоносов в 1760 г сформулировал закон сохранения энергии, который был подтверждён в 1842 году Р. Майером.

Энергия системы, включающей вещества, вступившие в реакцию, равна энергии системы, включающей вещества, образовавшиеся в результате реакции.

Каждое химическое уравнение объединяет в себе законы сохранения массы и энергии при химических реакциях.

Суммарные массы и энергия объектов, вступивших в реакцию, всегда равны суммарной массе и энергии продуктов реакции.

После закона сохранения вторым по значимости является

закон постоянства состава химических соединений (Жан-Луи Пруст, 1799).

Состав чистого вещества не зависит от способа получения этого вещества. Под составом вещества соотношение масс элементов, входящих в вещество.

Каждое индивидуальное химическое соединение независимо от способа его получения состоит из одних и тех же элементов, соотношения между массами которых постоянны.

Пример CuO:

2Cu + O₂ Þ 2CuO

CuCO₃ Þ CuO + CO₂

При количественном анализе оксида меди, полученного этими двумя способами, соотношение масс кислорода и меди в нём всегда постоянно и равно 63,6: 16.

Примерно в это же время французский химик Бертолле, исследуя составы гидратов и сольватов, обнаружил, что состав некоторых соединений может изменяться непрерывно. Между Прустом и Бертолле развернулась длительная научная дискуссия. Сторону Пруста принял английский естествоиспытатель Дж. Дальтон. Позднее, основоположник физико-химического анализа, профессор Горного института академик Н.С. Курнаков развил учение о дальтонидах и бертоллидах. Дальтониды – это газообразные или жидкие, то есть молекулярные соединения. Они имеют дискретные составы. Бертоллиды – ряд кристаллических соединений, имеющих области гомогенности (что это - счас рассмотрим). Обычно это вещества с ионными или металлическими решётками, в составе которых нельзя выделить индивидуальные молекулы. Кристаллогидраты солей и цеолитов имеют переменные числа гидратации. Большинство минералов являются соединениями переменного состава.

Рассмотрим, например, ряд соединений титана с кислородом.

Ti TiO TiO_1,5 TiO₂ O (O₂)

На приведённой диаграмме составы соединений представлены дискретными точками. Однако, в действительности дискретен лишь сам тип химического соединения, характеризуемый определённой структурой (типом кристаллической решётки) и набором физико-химических свойств. Каждому наблюдаемому типу химического соединения отвечает в действительности определённая область непрерывно изменяющегося соотношения компонентов – область гомогенности.

Ti TiO_0,9-1 TiO_1,4-1,54 TiO_1,8-2 O (O₂)

Из диаграммы видно, что дискретность типов соединений сочетается с непрерывностью изменения количественного соотношения между составляющими их элементами в пределах области гомогенности. Причинами образования области гомогенности являются, главным образом, различные дефекты кристаллической решётки, близость свойств компонентов, составляющих то или иное химическое соединение, в результате чего возможно встраивание одного из них в кристаллическую решётку другого, а также, включение в кристалл или аморфное вещество атомов – примесей.

Большинство минералов, встречающихся в природе, являются бертоллидами.

Рутил TiO_1,9-2,0,

Иттрофлюорит CaF₂ + несколько % YF₃

Y³⁺ занимает места Ca²⁺, а дополнительные ионы F^- располагаются в вакансиях кристаллической решётки. Плоскогорское месторождение в районе Ловозерского ГОК содержит около 6-7% YF₃.

Перовектит африканского месторождения CaTiO₃, часть Ti замещена на Nb, Ta, a Ca на La.

Апатит Ca₅(PO₄)₃X, где X^-= F^-, OH^-, Cl^-, ½ CO₂ в различных соотношениях.

Дата добавления: 2014-01-07