1.2. Основні закони хімії

Закон сталості складу: кожна речовина молекулярної будови має сталий склад, що не залежить від способу її одержання. Наприклад, до складу Карбон (IV) оксиду СО₂ входять Карбон і Оксиген, масові частки яких відповідно становлять 27,27 % і 72,73 %. Такий же якісний та кількіс­ний склад буде мати і Карбон (IV) оксид, що був добутий, наприклад, при згорянні органіч­них речовин, термічному розкладанні вапняку тощо.

Речовини, для яких виконується закон сталості складу, називають дальтонідами. Існують речовини, що мають однаковий склад (тобто й од­накову молярну масу), але мають різну будову. Такі речовини називають ізомерами. Наприклад, С₂Н₅ОН — етиловий спирт і СН₃ОСН₃ — диме­ти­ло­вий естер.

Речовини немолекулярної будови можуть мати як сталий так і змінний склад. В останньому випадку їх називають бертолідами, наприклад, Титан оксид ТiO_1,6-2,0. Ця формула показує, що у середньому на 1 атом Титану може припадати 1,6; 1,7; 1,8; 1,9 або 2,0 атоми Оксигену.

Закон збереження маси речовин: під час хімічних реакцій маса речовин (речовини), що вступають (вступає) у хімічну реакцію, дорівнює масі речовин (речовини), що утворюються (утворюється) внаслідок реакції.

Відповідно до сучасної точки зору, цей закон є приблизним оскільки усі хімічні реакції завжди супроводжуються виділенням або погли­нанням енергії, що відповідно призводить до зміни маси реагуючих ре­човин. Однак ці зміни надто малі (приблизно 10^-9 г) і зафіксувати їх су­часними методами практично неможливо. Тому можна сміливо вва­жати, що закон збереження маси виконується під час хімічних реакцій.

Закон об’ємних співвідношень: об’єми газів, що вступають у реак­цію та утворюються внаслідок її, співвідносяться між собою, як невеликі прості числа, наприклад:

2NO_(г) + О_2(г) = 2NO_2(г),

тобто 2 : 1 : 2.

Коефіцієнти 2; 1; 2 називають стехіометричними.

Закон Авогадро: у рівних об’ємах різних газів за однакових умов міститься однакове число молекул.

На основі цього закону був визначений молярний об’єм газу за нор­мальних умов (V_m), молекулярні маси газів, стала Авогадро (N_A), уні­версальна газова стала (R). При розрахунках за хімічними рів­ня­ннями використовують не тільки закон, а й висновки із закону Авогадро:

1) молярний об’єм будь-якого газу за нормальних умов дорівнює 22,4 л;

2) співвідношення густини двох газів за однакових умов дорівнює співвідношенню їх відносних молекулярних або молярних мас. Це співвід­но­шення називають густиною D першого газу за другим:

Звідси густина газів за дигідрогеном

,

а густина газів за повітрям

Густина диоксигену за дигідрогеном і повітрям:

Об’єднаний газовий закон: для даної маси газу відношення до­бутку тиску на об’єм за абсолютної температури є сталою величиною у будь-якому стані:

,

де P₀, T_0, V₀ — тиск, температура та об’єм за нормальних умов:

Відношення з рівняння газового стану для 1 моль будь-якого (ідеального) газу є постійним. Цю величину називають універсальною газовою сталою (R):

Дж/(К∙моль)

Рівняння для 1 моль газу перетворюється на рівняння

,

а для υ молів газу

.

Якщо врахувати, що , то рівняння має вигляд (рівняння Менделєєва – Клапейрона):

.

Парціальним тиском газу в суміші називають такий тиск, який мала б ця ж сама кількість газу, якщо б він займав при цій самій температурі увесь об’єм, який має суміш газів.

Відповідно до закону парціальних тисків загальний тиск суміші газів, які хімічно не взаємодіють один з одним, дорівнює сумі парціальних тисків газів, які складають суміш:

,

де P – загальний тиск; P₁, P₂, P₃ – парціальні тиски газів.

Закон еквівалентів: маси реагуючих речовин відносяться між собою, а також до мас продуктів реакції, як їх молярні маси еквівалентів. У випадку, наприклад, реакції виду A + B = M + N закон еквівалентів можна застосувати так:

Якщо речовина, наприклад B, газоподібна, то математичним виразом закону еквівалентів буде:

У випадку, коли обидві речовини A і B газоподібні:

Цей закон використовують при хімічних розрахунках різного типу.