1. Контрольная работа 1.2 «Основные законы химии» Теоретические пояснения

К числу основополагающих обобщений химии и естествознания относятся атомно-молекулярная теория, закон сохранения массы и энергии, Периодический закон и теория химического строения.

Атомно-молекулярная теория. Основные положения этой теории были сформулированы в XIX веке следующим образом:

1. Все вещества состоят из молекул. Молекула наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

2. Молекулы состоят из атомов. Атом наименьшая частица элемента в химическом соединении. Разным элементам соответствуют разные атомы.

3. Молекулы и атомы находятся в непрерывном движении.

4. При химических реакциях молекулы одних веществ превращаются в молекулы других веществ. Атомы при химических реакциях не изменяются.

Атомно-молекулярное учение получило подтверждение в результате открытия ряда законов: стехиометрических ( закон постоянства состава, закон кратных отношений, закон эквивалентов) и газовых законов.

Закон постоянства состава был установлен Жозефом Луи Прустом:

каждое химически чистое вещество, независимо от места и способа получения имеет постоянный качественный и количественный состав.

В современном понимании этот закон справедлив лишь для соединений с ковалентной связью в молекулах. Состав соединений ионной природы может быть непостоянным.

Закон кратных отношений сформулировал великий английский химик Джон Дальтон:

Если два элемента образуют между собой несколько молекулярных соединений, то массовые количества одного элемента приходящиеся на одно и то же массовое количество другого относятся между собой как небольшие целые числа. Для соединений не имеющих молекулярной структуры, массовые количества одного из них, приходящиеся на одно и то же количество другого, относятся между собой как дробные числа.

Нетрудно подсчитать, что в молекулах CO₂, CO и C₃O₂ массовые части углерода, приходящиеся на одну и ту же массовую часть кислорода, например на 16, относятся между собой как небольшие целые числа 1:2:3. Отношения массовых частей кислорода, приходящихся на одну и ту же массовую часть титана в оксидах переменного состава TiO_0,58-1,33, TiO_1,45-1,56 и TiO_1,9-2,0, выражаются дробными числами.

Закон эквивалентов:

Для молекулярных соединений массовые количества составляющих элементов пропорциональны их химическим эквивалентам; при отсутствии молекулярной структуры массовые количества составляющих элементов могут отклоняться от значений их химических эквивалентов.

Согласно следствию из закона эквивалентов, массы веществ m₁ и m₂, вступающих в реакцию, пропорциональны молярным массам их эквивалентов :

;

Газовые законы:

а) закон Авогадро (1811).

В равных объемах любых газов при постоянном давлении и температуре содержится одинаковое количество молекул. Следствия из закона:

1. молекулярная масса газа или пара равна произведению его плотности по отношению к любому другому газу на молекулярную массу последнего.

2. моль любого газа при нормальных условиях (273 К и 1,033·10⁵ Па)

занимает объем равный 22,4 л.

б) закон Гей-Люссака и Шарля (1802) устанавливает связь между объемом данной массы газа и температурой при постоянном давлении, его можно сформулировать следующим образом:

при постоянном давлении объем газа прямо пропорционален его абсолютной температуре (), или при постоянном давлении изменение температуры на 1⁰ изменяет объем данной массы на его объема при 0⁰С ();

при постоянном объеме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре(), или при постоянном объеме изменение температуры на 1⁰ изменяет давление газа на его давления при 0⁰С ().

Следствие из закона: объемы газообразных веществ, участвующих в реакции относятся как стехиометрические коэффициенты:

в) закон Бойля-Мариотта:

объем данного количества газа при постоянной температуре обратно пропорционален давлению.

Если через V₁ и V₂ обозначить объемы одного и того же количества данного газа при давлениях p₁ и p₂, то

Одним из основополагающих законов химии является закон сохранения массы и энергии. До начала XX века эти законы рассматривались независимо друг от друга. В 1905 г А.Эйнштейн показал, что между массой и энергией существует взаимосвязь, выражаемая уравнением:

поэтому для реакций, сопровождающихся выделением большого количества энергии закон сохранения массы (масса исходных веществ равна массе продуктов реакции) применить нельзя, т.к. часть массы теряется с выделившейся энергией (например в ядерных реакциях).