Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Пшестанчик В.Р., Томина В.В., Кострюков В.Ф Стехиометрические законы химии

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
26.04.2023
Размер:
528.84 Кб
Скачать

31

Е слим ногоосновныекислоты п ом им осредних солей м огутобразовыватьи к ислыесоли, в которых атом ы водороданеп олностью зам ещ ены нам еталл, то «зер кальносим м етричное» утверж дениесущ ествуетидляоснований.

М н ог окислотн ы е осн ован ия способн ы образовы вать осн овн ы е соли, в к отор ых невсегидр ок согр уп п ы зам ещ ены нак ислотный остаток .

Здесьум естноотм етить, чтов ш к ольной п р огр ам м еп охим иинер едк о «говор ится А инеговор ится Б » . В частности, п онятиеосновностик ислоти п р едставления о к ислых солях звучатк удаболеевнятно, чем аналогичные п онятия ок ислотностиоснований иосновных солях. Т ер м ин «к ислотность оснований» в базовой ш к ольной п р огр ам м е вообщ е отсутствует. П оэтом у нер едк о ш к ольник и, слыш авш иеоб этом п онятии, нонеосвоивш иеегоговор ят«м ногоосновныек ислоты им ногоосновныеоснования» . П оотм еченным п р ичинам зам ечено, что абитур иенты часто «боятся» основных солей, совер ш еннонеощ ущ ая, чтоониничутьнеслож нее, чем из вестныеим к ислыесоли. О собенноз ам етенэтотдеф ек тп р ир ассм отр ениигидр олиз асолей.

О тм етим , чтоп р авильнееисп ольз оватьтер м ин«осно´вныесоли» (суда- р ением навтор ом «о» ), ане«основны´е» (судар ением на«ы» ), к ак этонер ед- к о п р иходится слыш ать. И наче м ож ет возник нуть воп р ос– ачто, бываю т к ак ие-нибудьдоп олнительные?

И так , аналогично эк вивалентной м ассе к ислот, эк вивалентную м ассу основания м ож нор ассчитать, разд елив его мо льную массуна кисло т но ст ь о сно вания .

Н о здесь сп р аведливы те ж е р ассуж дения, к отор ые п р иведены выш е для м ногоосновных к ислот. М ногок ислотныеоснования так ж ем огутз ам е- щ атьсвоигидр ок согр уп п ы нак ислотный остаток неп олностью , алиш ьчастично. Рассм отр им в к ачествеп р им ер авзаим одействиегидр ок сидаалю м и- ния сзар анеез аданным к оличеством соляной к ислоты:

Al(OH)3 +3 HCl = AlCl3+ 3H2O

+2 HCl = Al(OH)Cl2+ 2H2O

+1 HCl = Al(OH)2Cl+ H2O

В п ер вом случае1 м ольAl(OH)3 взаим одействуетстр ем я м олям иHCl (илитр ем я эк вивалентам и, т.к . для одноосновных к ислотэтип онятия сов- п адаю т). Следовательно, он содер ж итв себетак ж е3 эк вивалента, аэк вивалентная м ассагидр ок сидаалю м иния в этой р еак циисоставляет1/3 м ольной м ассы: mЭ [Al(OH)3]=78/3=26 г/м оль. В овтор ом случаенак ислотный остаток з ам ещ аю тся тольк одвегидр ок согр уп п ы, аоднаостается нез ам ещ енной. О б- р азуется п ер вая основная сольиэк вивалентная м ассаAl(OH)3 вовтор ой р е- ак ции составляет п оловину его м ольной м ассы: mЭ [Al(OH)3]= 78/2 = 39 г/м оль. О чевидно, чтов тр етьей р еак цииэк вивалентная м ассаAl(OH)3 сов- п адаетсм ольной м ассой, так к ак з десьзам ещ аетсялиш ьоднагидр ок согр уп -

п а из тр ех,

а две остаю тся незам ещ енным и (обр аз уется втор ая основная

соль). Т ак им

обр азом , основныесолим ож нор ассм атр иватьк ак недок онца

нейтр ализованные м ногок ислотные основания (п о аналогииск ислым исолям и). Н иж еп р иведены гр аф ическ иеф ор м улы Al(OH)3 иобр азую щ ихся солей:

 

 

 

 

 

 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

H

 

O

 

H

 

O

 

H

 

 

Cl

 

 

 

 

 

Al

 

O

 

H Al

 

O

 

H Al

 

Cl

Al

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

H

 

Cl

 

 

Cl

 

 

Cl

 

 

 

 

Н еобходим о особоотм етить, чтоотм еченная «зер кальная сим м етричность» п онятий итерм инологиив кислотно-основном взаим одействиикасается ин - менклат урык ислыхиосновныхсолей. А том водородавкислом остатке(называе- м ый гид р -) п рисоединяетсявназваниисолик кислотном уостатку:

Na2HPO4 –гидр оф осф атнатр ия;

NaH2PO4 –дигидр оф осф атнатр ия (д и-, к ак известно, оз начаетд ва).

В то ж е вр ем я гр уп п а О Н в основных солях (наз ываем ая гид ро ксо -) долж нап р исоединяться в названиисолик ат о му мет алла (п оск ольк у основная сольп р оисходитотоснования):

Al(OH)Cl2 – хлор ид гид ро ксо алю миния (ане гидр ок сохлор ид алю м и- ния, к ак нер едк ом ож ноуслыш ать, даип р очитатьв нек отор ыхп особиях!);

Al(OH)2Cl –хлор идд игид ро ксо алю миния ..

О тм етим , что ш ир ок о п оним аем ая сим м етр ичность к ислотноосновного вз аим одействия является одной из центр альных линий в хим ии вообщ е.

Рассм отр им теп ер ьоп р еделения исп особы р асчетаэк вивалентов иэк - вивалентныхм асссолей.

Э квивален том соли н азы вается такоеееколичество, котороеобразуется при взаимодействии 1 эквивален такислоты с осн ован ием

(к отор оетож е, естественно, взаим одействуетск ислотой в к оличестве1 эк - вивалента).

Э квивалент ную массусо литак ж е, к ак ив п р едыдущ их случаях м ож но р ассчитать (но не датьоп р еделение!) п о ф ор м уле (4-а), гдеп од валентностью Вп оним ается о б щая валент но ст ь илик атиона, илианиона.

Na2SO4 содер ж ит два одновалентных к атиона(в целом две«единицы валентности»), или(чтотож есам ое) одиндвухвалентный анион. Следовательно,

mЭ (Na2SO4) = M/2 = 142/2 = 71 г/м оль, аэк вивалентNa2SO4 составляет п оловинум оля.

Al2(SO4)3 содер ж итдватр ехвалентных к атиона(т.е. 6 «единиц валентности»), илитр идвухвалентных аниона (так ж е 6 «единиц валентности» ). П оэтом у

mЭ [Al2(SO4)3] = M/6 = 342/6 = 57 г/м оль, аэк вивалентсульф атаалю м и- ния составляет1/6 м оля.

Гидр ок ар бонатнатр ия NaHCO3 содер ж итодинодновалентный к атион, илиодин одновалентный гидр ок ар бонат-анион HCO3. Следовательно, эк -

вивалентная м ассаNaHCO3 р авнам ольной м ассе, аегоэк вивалентсовп адает см олем .

Д игидр оф осф атбар ия Ba(H2PO4)2 содер ж итодиндвухвалентный к атион, илидваодновалентных дигидр оф осф ат-аниона H2PO4 (две«единицы валентности»). Значит, эк вивалентBa(H2PO4)2 составляетп оловинум оля, а

33

эк вивалентная м асса этой соли р авна п оловине м ольной м ассы: mЭ [Ba(H2PO4)2] = 331/2 = 165,5 г/м оль.

Н итр атгидр ок соалю м иния Al(OH)(NO3)2 содер ж итдваодновалентных аниона NO3 , илиодин двухвалентный к атионгид ро ксо алю миния Al(OH)2+.

Е го эк вивалент, очевидно, составляет 1/2 м оля, а эк вивалентная м асса составляетп оловинум ольной м ассы.

К ар бонатгидр ок сом еди(CuOH)2CO3 (м алахит) содер ж итодин двухвалентный анион, илидваодновалентных к атионагидр ок сом едиCuOH+. П о- этом уэк вивалентная м ассаэтой солитак ж есоставляетп оловинуеем ольной

массы, аэк вивалентр авен1/2 м оля.

Мож но зам етить, чтоэк вивалентная м ассасолиск ладывается из эк вивалентной м ассы к атионаиэк вивалентной м ассы аниона:

mЭ (соли)= mЭ (к атиона)+ mЭ (аниона)

Э то неп оср едственно вытек аетиз з ак онаэк вивалентов, п оск ольк ус1 эк ви-

валентом одноговещ ествадолж енсоединиться 1 эк вивалентдр угого.

Т ак , эк вивалентная м ассасульф атаалю м иния (57 г/м оль) п р едставляет собой сум м у эк вивалентных м ассалю м иния [mЭ (Al) = A(Al)/B = 27/3 = 9 г/м оль] ик ислотногоостатк аSO4 [mЭ (SO4) = M(SO4)/2 = 96/2 = 48 г/м оль].

Э к вивалентная м ассак ислой солиBa(HCO3)2 (129,5 г/м оль) слагаетсяиз эк вивалентных м ассбар ия [mЭ (Ba) = A(Ba)/B=137/2 = 68,5 г/м оль] ик ислого

остатк аHCO3[mЭ ( HCO3) = 61/1 = 61 г/м оль].

Э к вивалентная м ассаосновной солиAl(OH)Cl26 (57,5 г/м оль) –этосум - м аэк вивалентных м ассосновногок атионаAl(OH)2+ [mЭ [Al(OH)2+]=44/2=22 г/м оль] иэк вивалентной м ассы хлор а, к отор ая совп адаетсегом ольной м ассой (п оск ольк ухлор одновалентен): [mЭ (Cl) = 35,5 г/м оль].

А налогичным обр азом эк вивалентная м ассаоснования слагается из эк - вивалентныхм ассм еталлаигр уп п ыО Н :

mЭ (основания)= mЭ (м еталла)+ 17

Н етр удно догадаться (но вы все-так ип одум айте, п очем у), что, нап р и- м ер , эк вивалентную м ассук ислотногоостатк ам ож нооп р еделитьиз п р остой ф ор м улы:

mЭ (к ислотногоостатк а)= mЭ (к ислоты) –1.

Нак онец, эк вивалентныем ассыок сида, очевидно(новсе-так и- п очем у)

мож етбытьр ассчитанак ак : mэ(ок сид)=mэ(элем ента) + 8

В з ак лю чениер ассм отр им

п р им ер , иллю стр ир ую щ

ий в действиизак он

эк вивалентов. В озьм ем для п р им ер ак ак ую -нибудьр еак цию обм ена:

3 Ba(OH)2 + 2 H3PO4 = Ba3(PO4)2

+ 6 H2O

3 м оля

2 м оля

1 м оль

6 м олей

К ак видим , м ольныек оличествар еагентов здесьр азличны. Н осовер ш енно иная к ар тинанаблю дается, еслир ассм отр етьк оличестваэк вивалентов всех вещ еств. 1 м ольгидр ок сидабар ия содер ж итп ооп р еделению 2 эк вивалента. Следовательно, в р еак цииучаствую т6 эк вивалентов Ba(OH)2. 1 м ольтр ех-

6 О тм етим , чтогр уп п уО Н п р инап исанииф ор м улосновных солей п р инятозак лю чатьвск обк иис- к лю чительнодля облегчения восп р иятия ф ор м улы.

34

основной ф осф ор ной к ислоты содер ж ит3 эк вивалента. Значит, сгидр ок сидом бар ия вз аим одействую т6 эк вивалентов H3PO4, чтоиследуетиз з ак она эк вивалентов. П р иэтом , очевидно, обр азую тся 6 эк вивалентов ф осф атаба- р ия (1 м оль) и6 эк вивалентов воды (в р еак циях нейтр ализ ацииэк вивалентная м ассаводы совп адаетсеем ольной м ассой, т.к . м ольную м ассувр еак циях обм енап р ир асчетенадоделитьилинак оличествогр уп п О Н , илинак о- личествоатом ов Н , сп особныхз ам ещ аться нам еталл: Н _OH):

3 Ba(OH)2 + 2 H3PO4 = Ba3(PO4)2 + 6 H2O 6 эк в. 6 эк в. 6 эк в. 6 эк в.

Т ак им обр азом , еслим ольные соотнош ения к ом п онентов м огут быть р азличным и, то к оличества эк вивалентов всех участник ов р еак циинеп р е-

м еннодолж ны бытьодинак овым и. В

этом исостоитсм ыслп онятия «эк ви-

валент» изак онаэк вивалентов.

 

П онятие эк вивалента м ож но

р асп р остр анить и на ок ислительно-

восстановительныевзаим одействия.

Н о в этом п особииданный воп р осне

р ассм атр ивается.

 

4. Закон кратн ы хотн ошен ий

Э тотзак он был сф ор м улир ован английск им хим ик ом иф из ик ом Д ж о- ном Д альтоном (J. Dalton, 1766-1844) так ж ев началеXIX век а–в 1804 году. О н п озволилсвязатьэк сп ер им ентальнооп р еделяем ые«соединительныевеса» , илиэк вивалентныем ассы стеор етическ им ип р едставлениям иоб атом - ном стр оениииндивидуальных вещ еств.

Ф ор м улир овк а этого з ак она достаточно «тяж еловесна» , п оэтом у м ы сначалаееп р иведем , аз атем п оясним нак онк р етном п р им ер е.

Е сли дваэлемен таобразую т меж ду собой н есколько соедин ен ий, то массы одн ог о элемен та, приходящиеся н аодн у и ту ж емассу друг о-

го, отн осятся меж ду собойкак н ебольшиецелы ечисла.

Это з ак он обычно иллю стр ир ую т нап р им ер е ок сидов азота, к отор ых

из вестно п ять. М ы вновь навр ем я «з абудем » о сим волах элем ентов, атом - ных м ассах, совр ем енной ном енк латур есоединений. В таблицеп р едставлены стар ыеназвания ок сидов ип р оцентноесодер ж аниеэлем ентов в них, к о- тор оев тевр ем енауж ем оглиоп р еделятьдостаточноточно.

 

Содер ж ание, %

П р иходится к исло-

О тнош ение

Н азваниеок сида

 

К исло-

м асск исло-

А зот

р одана1 м .ч. аз ота

 

 

р од

 

р ода

Зак исьазота

63,64

36,36

0,57

1

О к исьазота

46,67

53,35

1,14

2

А зотистый ангидр ид

36,84

63,13

1,71

3

Д вуок исьазота

30,43

69,57

2,28

4

А зотный ангидр ид

25,93

74,07

2,85

5

Н аоснованиик оличественных данных п осодер ж анию элем ентов в ок - сидах тр удно сделать к ак ие-либо обобщ аю щ иевыводы. В идно, что содер - ж аниеаз отав ок сидах ум еньш ается, содер ж аниек ислор одавоз р астает, что п р оисходитск ачк ообр азноеиз м енениесоставаотодногоок сидак др угом у– и, п ож алуй, все.

35

Н о Д альтон сначала«п р ивел соотнош ения к единице» , т.е. р ассчитал, ск ольк ок ислор одап р иходится в всех ок сидах на1 м ас. ч. азота(наодноито ж ем ассовоек оличествов ф ор м улир овк езак она). Рассуж дения здесьэлем ентар ны. Т ак , для п ер вогоок сидаим еем п р оп ор цию :

На63,64 м ас. ч. азотап р иходится 36,36 м ас. ч. к ислор ода

На1 м ас. ч. азотап р иходится Х м ас. ч. к ислор ода

 

, ×1

36 36

X =

 

= 0,57 м ас. ч. к ислор ода

,64

 

63

Ф ак тическ ичисленные значения в тр етьей к олонк е п олучаю тся делением циф р из втор ой к олонк инациф р ы из п ер вой. Т ак былинайдены о т - но сит ельные к оличествак ислор одав ок сидах (п ом ните, выш ем ы уж егово- р или, чтоотносительныехар ак тер истик из начатбольш е, чем абсолю тные).

Н оД альтон сделалиследую щ ий ш аг. О н р ассм отр ел, в к ак ом отнош е- ниинаходятся м еж ду собой уж енайденныеотносительныек оличествак и- слор ода. Д ля этогонаим еньш еез начение(0,57) он, в свою очер едь, п р инял з аединицу, аостальныер азделилнанего. В р ез ультатетак ой обр аботк ии п олучилисьнебольш ие, аглавное, це лые числа(п оследняя к олонк ав таблице).

Следуетотм етить, чтововсевр ем енап оотнош ению к числам , особенно целым , сущ ествовало неск ольк о м истическ ое отнош ение. В сп ом ните, ск ольк оп ословиц ип р им етсвязаносчислам и3, 7, 13 («чер товадю ж ина» ), «числом звер я» 666 ит.д. П оявлениев р езультатеп ер есчетов целых чисел, хар ак тер изую щ их хим ическ ое вз аим одействие элем ентов, м ож но было бы связатьснек им и«м истическ им ип р оявлениям и» в хим ии. О днак оД альтон усм отр ел в этом зак оне ук азания на ре ально е сущест во вание атом ов. В п исьм евидном ухим ик утоговр ем ениБер целиусуД альтон п исал: «Без ато- м истическ ой гип отез ы теор ия к р атных отнош ений выгляделабы чистейш ей м истик ой» .

В сам ом деле, найденные числа являю тся целым и, п оск ольк у атом ы хим ическ инеделим ы ивступ аю т во взаим одействие к ак целые п ор ции, а небольш ие онип отом у, что взаим одействиеосущ ествляется в п р остых соотнош ениях –атом наатом , атом надваатом аит.д.

Здесь, в частности, вновьп р оявляется особенностьхим ическ огосп особа м ыш ления – ум ение сделать глубок ие выводы о внутр еннем стр оении вещ естванам ик р оск оп ическ ом (атом ном ) ур овненаоснованиир езультатов

мак р оск оп ическ огоэк сп ер им ента(данных хим ическ огоанализа).

Внастоящ еевр ем я, к огдар еальностьатом ов уж ениук огоневызывает сом нения, иих даж ем ож нонаблю датьнеп оср едственно, зак он к р атных от-

нош ений п р едставляет, м ож носк азать, чистоистор ическ ий интер ес. О днак о в началеXIX век ар оль этого з ак онаок аз аласьиск лю чительно велик а, п о- ставив хим ию наф ундам ентатом истическ их п р едставлений. Н ак онец, идеи атом изм а от чисто ум оз р ительных п р едставлений др евних гр ек ов стали, м ож носк азать, научнообоснованным иэк сп ер им ентальнодок азанным ф ак - том . И главная р оль в этом п р инадлеж ит Д альтону. И м енно теп ер ь стало возм ож ным оп р еделятьотносительныем ассы атом ов, вводитьсим волы хи-

36

м ическ их элем ентов, п одойти к важ нейш ей хар ак тер истик е атом ов – валентности, ив дальнейш ем – отк р ытьп ер иодическ ий з ак он исоздать п е- р иодическ ую систем уэлем ентов. Н еслучайнов истор иихим иизак он к р атных отнош ений считается вер ш иной атом истик иД альтона.

О днак оатом истик аД альтонав из вестном см ыслебылаш агом наз адп о ср авнению сатом истик ой Л ом оносова, к отор ый четк о р аз личал дваур овня хим ическ ой ор ганизациивещ ества– «элем енты» (в совр ем енном п оним а- нии– атом ы) и«к ор п уск улы» (м олек улы в совр ем енном см ысле). Д альтон ж еговор иллиш ьо«п р остых» и«слож ных» атом ах. Хотя нап ер вый взгляд этор азличиенеоченьп р инцип иально(невселир авно, к ак наз вать, нап р и- м ер , HCl – м олек улой или«слож ным атом ом » ), в действительностиздесь ск р ытап р инцип иальная п р облем а. О б этом м ы п оговор им , р ассм атр ивая за- к он объем ных отнош ений, идалееобсуж дая воп р осы, связанныесоп р еделением относительных атом ных м асс.

5. Закон объ емн ы хотн ошен ий. ГипотезаА вог адро

Зак он объем ных отнош ений отк р ыл ф р анцуз ск ий хим ик иф изик Ж о-

з еф Л уиГей-Л ю ссак (J. L. Gay-Lussac, 1778-1850) в 1808 году. Гей-Л ю ссак ,

к ак известноиз ш к ольногок ур саф из ик и, –автор одногоиз газ овыхз ак онов (изм енениеобъем агаз астем п ер атур ой п р ип остоянном давлении). Н оздесь р ечьидетодр угом егоз ак оне:

О бъ емы реаг ирую щих г азов отн осятся меж ду собой и к объ емам образую щихся г азов как н ебольшиецелы ечисла.

Следует особо п одчер к нуть, что этот зак он был установлен экспериме нт альн , а в естественных наук ах сущ ествует п р инцип : эк сп ер им ент – этовысш ий судья (Е гоВ еличество–эк сп ер им ент). И еслитеор ия входитв п р отивор ечиесэк сп ер им ентом , то тем хуж едля теор ии, анедля эк сп ер и-

м ента. Э тим тез исом

м ыбудем нер аз п ользоватьсяв дальнейш ем .

К слову ск аз ать,

в наук енаиболееценны теэк сп ер им енты, к отор ыене

ук ладываю тся в р ам к исущ ествую щ их теор ий. И м енноониз аставляю тнаук у р азвиваться, соз даватьновыетеор ии.

П р ииз учениигаз овых р еак ций Гей-Л ю ссак ом эк сп ер им ентальнобыло обнар уж ено, что1 л водор одап олностью р еагир уетс1 л хлор аип р иэтом обр азую тся 2 лхлор оводор ода:

водор од+ хлор = хлор оводор од, 1 л 1 л 2 л

т.е. объем ы р еагир ую щ их иобр аз ую щ ихся газовотносятся к ак 1 : 1 : 2.

Т очнотак ж е, нап р им ер , 1 лводор одар еагир уетбез остатк ас0,5 лк и- слор одаип р иэтом обр азуется 1 лводяногоп ар а:

водор од+ к ислор од= вода(п ар ), 1 л 0,5 л 1 л

т.е. объем ы р еагентов относятся к ак 1 : 0,5 : 1 или2 : 1 : 2 (небольш иеицелыечисла!). О тм етим , чтом ы сп ециальнонеп иш ем здесьхим ическ иесим - волы –нетольк оп отом у, чтов товр ем я их ещ енебыло, ноип одр угой, болееваж ной п р ичине.

37

О чевиднааналогия в ф ор м улир овк ах з ак онов объем ных ик р атных отнош ений. В обоих случаях ф игур ир ую тнебольш иеицелыечисла. Н ов за- к оне к р атных отнош ений целочисленность объясняется с п озиций атом и- стик иД альтона– к ак взаим одействиетип а«атом + атом » , «атом + 2 атом а» ит.д. А в зак онеобъем ных отнош ений им еем «объем + объем » . «объем + 2 объем а» ит.д.

Д альтон, авслед заним Бер целиусвыск аз алиестественноеп р едп оло- ж ение, что в равных о б ъе мах различ ных газо в (естественно, п р иодинак о- вых условиях –тем п ер атур еидавлении) со д е рж ит ся равно е ч исло а т омов

(!). В отз десь ип р оявляется недостаток атом истик иД альтона– п р изнание р еальноститольк оатом ов.

П ольз уясьп р едставлениям иД альтона(исовр ем енным исим волам иэле- м ентов), п р иведенныевзаим одействия м ож нозап исатьтак :

H + Cl = HCl

(«п р остой атом » Н + «п р остой атом » Cl даю т«слож ный атом » HCl) H + O = HO

(«п р остой атом » Н + «п р остой атом » O даю т«слож ный атом » HO)

Н о п р иэтом во всех случаях долж но соблю даться соотнош ениеобъе- м ов р еагир ую щ их иобр азую щ ихся газов 1:1:1 (атом + атом , илиобъем + объем – ведь в р авных объем ах содер ж ится р авноечислоатом ов). Но эт о про т иво реч ит экспе римент у(!)

В оттогда, 3 годасп устя, в 1811 г. для объяснения зак онаобъем ных отнош ений итальянск ий ученый А м едео А вогадр о(A. Avogadro, 1776-1856) и выдвинулсвою гип отезу:

1.В равн ы х объ емахразличн ы хг азов (при один аковы х вн ешн их условиях) содерж ится равн оечисло молекул.

2.М олекулы просты х г азообразн ы х веществ состоят из двух атомов.

Т еп ер ьук азанныевз аим одействия м ож нозап исатьтак :

H2 + Cl2 = 2HCl 1 : 1 : 2

2H2 + O2 = 2H2O (п ар ) 2 : 1 : 2

Впо лно м со о т вет ст виис экспе римент о м !

Т ак им обр аз ом , основной см ысловой ак центв этой ф ор м улир овк е за- к лю чается нев утвер ж дениио«р авном числе» (к ак этонер едк оп оним аю тв ш к оле), аво введениип онятия мо ле кулы, к ак к ачественноособой частице вещ ества, отр аж аю щ ей болеевысок ий ур овеньегохим ическ ой ор ганизации п оср авнению сатом ом 7.

7 Т о, чтов р авных объем ах газов содер ж ится р авноечислочастиц, былоясноещ еД альтону. См ысл гип отез ы А вогадр о, ок азывается, совсем в др угом . Н о для того чтобы этотсм ыслв долж ной м ер е ощ утить, необходим о п р едвар ительно оз нак ом иться сзак онам ик р атных иобъем ных отнош ений. П оск ольк у в ш к ольной п р огр ам м е этизак оны неуп ом инаю тся, тр ак товк аз ак онаА вогадр о иур о- веньегоп оним ания весьм адалек иот«идеала» .

38

Т еп ер ьвидно, чтоосновной недостаток атом истик иД альтонанев том , «к ак назвать» HCl –м олек улой, или«слож ным атом ом » , ав р аз личиим еж ду п онятиям и«п р остой атом » Н , или«м олек ула» Н 2.

Здесьм ы вновьим еем п р им ер действия зак онаотр ицанияотр ицания «с

возвр атом к стар ом у на новой основе» – к ак

бы возвр ат к воз зр ениям

Л ом оносова(элем енты ик ор п уск улы) нановом

ур овнеп оним ания (атом ы и

м олек улы) –р аз витиеп оз нания «п осп ир али».

 

Н огип отез уА вогадр осовр ем енник и-хим ик инеп р изнали. И для этого

в началеXIX век абылисвоиоснования. Д елов том , чтов товр ем я весьм а

п оп уляр ной ср едихим ик ов была так называем ая дуалистическ ая (двойст-

венная – д у оз начаетд ва) теор ия хим ическ ого ср одства, к отор ую п р едло- ж илавтор итетный ш ведск ий ученый Бер целиус. Согласноэтим п р едставлениям , атом ы м еталлов обладалииз бытк ом «п олож ительногоэлек тр ичества» , аатом ы нем еталлов – из бытк ом «отр ицательного» . В заим ноеср одство, та-

к им обр азом , интер п р етир овалоськ ак

элек тр остатическ ое взаим одействие.

К ак теп ер ьп онятно, в оп р еделенном

см ыслеэтивоз зр ения п р едвосхитили

совр ем енныевз гляды нап р ир оду ионной связи. К р ом етого, ониотр аж али

из вестную общ ехим ическ ую

к онцеп цию ,

согласно к отор ой чем болееп р о-

тивоп олож ны п о свойствам

вещ ества, тем

энер гичнее онивз аим одейству-

ю т. Н е удивительно, что р азвитые Бер целиусом п р едставления п озволили объяснитьм ногиеиз вестныек том увр ем ениз ак оном ер ностив неор ганическ ой хим ии(гдеособенноз ам етенионный вк ладвовз аим одействие), иони ш ир ок оп р им енялисьхим ик ам и.

Н осэтой точк из р ения оставалосьсовер ш еннонеп онятным , к ак м огут м еж ду собой вз аим одействоватьо д инако вые атом ы, к ак оеу них взаим ное ср одство. Болеетого, еслидаж еп р едп олож ить, чтотак оевзаим одействиеп о к ак им -топ р ичинам возм ож но, тонеп онятным оставалось, п очем ум олек улы п р остых газ ов долж ны состоятьим енноиз двух атом ов, анеиз тр ех, четы- р ех ит.д. Е слитольк одля того, чтобы соблю дался з ак он объем ных отнош е- ний, тоэтоп р осто«п одгон» .8

К ак видим , для того вр ем енивозр аж ения былидостаточно весом ы, и гип отез у А вогадр о надолго з абыли. П отр ебовался достаточнодлинный п е- р иод р азвития хим ии(главным обр азом , ор ганическ ой, где, к ак теп ер ьизвестно, дом инир ует к овалентная связь, а ионная связ ь не является тип ичной). П од давлением новых ф ак тов дуалистическ ая теор ия ср одстваБер целиусап остеп енно утр атиласвоип озиции. В оттогда, в сер единеXIX век а, благодар я усилиям др угогоитальянск огоученогоСтанислаоК анниццар о(S. Cannizzaro, 1826-1910) этагип отезавновьвозр одилась, ноуж ев к ачествеза- к онаА вогадр о. К 1858 г. К анниццар о р аз вил атом но-м олек уляр ное учение наосновез ак онаА вогадр о и, нак онец, четк о р азгр аничил п онятия «атом » , «м олек ула» , «эк вивалент» . Н азнам енитом 1-ом М еж дунар одном съездехи- м ик ов в К ар лср уэ (1860), ок отор ом уп ом инается в ш к ольной п р огр ам м еп о

8 Н ап ом ним , чтов тевр ем енаещ енебыловведеноп онятиевалентностиэлем ентов (сеесвойством насыщ аем ости) иуж п одавно отсутствовалисовр ем енные элек тр онные п р едставления оп р ир оде к овалентной связ и.

39

ор ганическ ой хим ии, он, выступ ая сп ленар ным док ладом , убедил м ногих хим ик ов встатьнап оз ицииатом но-м олек уляр ного учения ивнесясностьв з ап утанный воп р осор азличиив значениях атом ных, м олек уляр ных иэк вивалентных м асс.

Н ачиная с этого вр ем енив хим ииок ончательно утвер дилось атом но- м олек уляр ноеучениесегоисходным тез исом : «всевещ ествасостоятиз м о- лек ул...» . Н одальнейш еер азвитиехим иип р ивелок воз ник новению нового тезиса: «невсевещ ествасостоятиз м олек ул...» , к отор ый связан сизучением нем олек уляр ных ф ор м сущ ествования вещ еств (к оор динационных к р исталлов) ип р облем ы п остоянстваип ер ем енностисоставав хим ии. О тм етим , чтоп р изнаниетр ех ф ор м хим ическ ой ор ганизациивещ ества

атом –м олек ула–ф аза з нам енуетновый «виток сп ир али» в р азвитиинаш егоп ознания. Совр ем ен-

ная хим ическ ая атом истик а–этонеотк аз отатом но-м олек уляр ногоучения, адальнейш ееегор азвитиеиобобщ ение. Т о, что«невсевещ ествасостоятиз м олек ул» , вовсенеоз начаетп олногоотр ицания сущ ествованиям олек ул.

6.А томн ы еи молекулярн ы емассы веществ

Абсолю тныем ассы атом ов исчезаю щ ем алы ив XIX век ебылинедос-

туп ны неп оср едственном у оп р еделению . Д альтону(1803) п ер вом у п р инадлеж итидея оп р еделения о т но с ит е льных атом ных м асс, т.е. чисел, п ок азы- ваю щ их, воск ольк о р аз один атом тяж елеедр угого. Заединицуон п р инял м ассу сам оголегк ого атом а– атом аводор ода. Т ак воз ник лап ер вая – во д о - ро д ная ш к алаатом ных м асс. Д ля оп р еделения относительных атом ных м асс др угих элем ентов Д альтон п р едп олагал восп ольз оваться р езультатам ихи- м ическ огоанализа. Н оз десьвоз ник лип р облем ы.

Н ап р им ер , п оданным хим ическ ого анализ аизвестно, чтов водеводо- р одик ислор одсодер ж атся в к оличественном соотнош ении11,2% Н и88,8% О , или(п р иняв м ассуН з аединицу) в соотнош ении1:8. Д остаточнолиэтих сведений для того, чтобы оп р еделитьотносительную м ассу атом ак ислор о- да? О к азывается –недостаточно! Д ля этогонадоещ езнать, ско лько ат о мо в Н иО со д ерж ит ся в мо лекуле во д ы. Е слиф ор м улаводы (в совр ем енных сим волах) Н О 2, то 8 п р иходится на 2 атом а к ислор ода, а следовательно, атом ная м ассак ислор одар авна4. Е слиф ор м улаводы Н О , тоатом ная м асса к ислор ода8, еслиф ор м улаН 2О , то атом ная м асса к ислор ода16, ит.д. Н е им ея возм ож ностивыбор ам еж дуэтим ивар иантам и, Д альтон восп ольз овался «п р инцип ом наибольш ей п р остоты» , п р иняв ф ор м улу м олек улы (или «слож ногоатом а» ) воды заН О . Следовательно, онневер нооп р еделилатом - ную м ассук ислор ода(аз атем , п ок ислор оду–иатом ныем ассы м ногих др у- гих элем ентов). К ак теп ер ьп онятно, п р облем аз ак лю чаласьещ еив том , что для неко т о рых элем ентов оп р еделенные так им сп особом атом ные м ассы ок азалисьп р авильным и, адля др угих –нет. Н овыяснитьв товр ем я, к ак ие атом ные м ассы невер ны, не было ник ак ой возм ож ности. Т ак им обр азом , Д альтон, п р едлож ив п ер вую ш к алу относительных атом ных м асс, сам и атом ныем ассы м ногих элем ентов оп р еделилневер но.

40

Д альнейш иер аботы п ооп р еделению атом ных м ассв значительной м е- р е связаны сим енем Бер целиуса. П р еж де всего, следует отм етить, что он п р едлож ил заоснову ш к алы п р инятьневодор од, ак ислор од, так к ак п р ак - тическ ивсеэлем енты обр азую ток сиды, в то вр ем я к ак водор одныесоединения из вестны далек онедля всех элем ентов, ип ок ислор одуоп р еделение атом ных м ассэлем ентов ок азывается болееудобным .

В настоящ еевр ем я известно, чтоок сидов необр аз ую ттольк отр иэле- м ентап ер иодическ ой систем ы – гелий, неон иар гон. Д ля всех остальных элем ентов ок сиды сущ ествую т. П р иэтом следуетр азличатьвыр аж ения «об- р азую ток сиды» и«взаим одействую тск ислор одом » . М ногиеэлем ентыск и- слор одом неп оср едственно не вз аим одействую т ни п р и к ак их условиях (хлор , з олото, п латина, к сенонидр .). Н оих ок сиды, тем нем енее, известны им огутбытьп олучены к освенным п утем .

О чевидно, м ассу атом ак ислор оданельз я п р инять заединицу, так к ак п р иэтом атом ные м ассы более легк их элем ентов будутм еньш е единицы, что неоченьудобно. П ер воначально Бер целиусп р инял атом ную м ассу к и- слор одаза100. И ным исловам и, м ож но ск аз ать, чтоз аединицуон п р инял 1/100 от м ассы атом ак ислор ода. Н о п отом ок азалось, чтоудобнееп р инять атом ную м ассук ислор одаза16 (т.е. з аединицу–1/16 отм ассы атом ак исло- р ода), так к ак п р иэтом атом ныем ассы больш инствадр угих элем ентов вы- р аж аю тся п р ак тическ ицелым ичислам и. Т ак возник лакисло ро д ная шкала атом ных м асс, к отор аяп р осущ ествовалавхим иидосер единыХХвек а.

Н аучный автор итет Бер целиусап озволял ем у «р аботать навек а» . К ак п р авило, хим ик исоглаш алисьсегоп р едлож ениям и. Т ак , в 1813-14 гг. Бер - целиусп р едлож итизобр аж атьсим волы элем ентов п ер вым ибук вам иих латинск их названий (илип ер вой иодной из п оследую щ их). Хим ик иэтоп р и- нялик ак «р ук оводствок действию » . Т ак ивозник латахим ическ ая сим воли- к а, к отор ой м ып ользуем сяип оныне.

Однак ов ХХвек евозник лиф ак тическ идвек ислор одных ш к алы –ф и-

зическ ая ихим ическ ая. Д елов том , что элем ентк ислор од в п р ир одеп р едставленсм есью тр ех изотоп ов

168O, 178O, 188O

ср ез к им п р еобладанием сам ого легк ого. Хим ик из ак ислор одную единицу

(к .е.) п р иним али1/16 отс ред ней м ассы п р ир одной из отоп ной см еси, аф и- з ик и– 1/16 от м ассы атом аизотоп а16О . Т ак им обр аз ом , «хим ическ ая» к и-

слор одная единицаок азалась чуть «тяж елее» , чем «ф изическ ая» (так к ак в

неевносятсвой, хотя инезначительный, вк ладболеетяж елыеизотоп ы): 1 к .е. (хим . ш к ала) =1,6602.10-27 к г 1 к .е. (ф из . ш к ала) =1,6597.10-27 к г

А следовательно, атом ная м ассаэлем ентаА в хим ическ ой ш к аледолж - набытьчутьм еньш е, чем в ф изическ ой:

Аф .ш. =1,000275

Ах.ш.