3.2. Закон збереження маси речовин під час хімічних реакцій

Закон вперше сформулював у 1748р. і підтвердив експериментально М. Ломоносов. Формулювання:

Загальна маса речовин, які вступають у хімічну реакцію, дорівнює загальній масі речовин, що утворюються внаслідок реакції.

Цей закон є основою для кількісних розрахунків за хімічними рівняннями в науці та на виробництві.

З точки зору сучасних уявлень про зв'язок між масою та енергією закон не зовсім точний. Оскільки хімічні реакції супроводжуються поглинанням або виділенням енергії, повинна змінюватися і маса реагуючих речовин. Так, під час термічної дисоціації молекул водню енергетичний ефект становить 432 кДж/моль, що відповідає зміні маси на 2,5 х 10^-9г. У ядерних реакціях закон не виконується: загальна маса ядер, які утворюються, менша за масу вихідних ядер на так званий дефект мас.

3.3. Закон об'ємних співвідношень

Вперше сформулював цей закон Ж. Гей-Люссак. Формулювання:

Співвідношення об'ємів газів, що вступають у реакцію та утворюються внаслідок неї, є співвідношенням простих цілих чисел. Закон використовують для розрахунків об'ємів газів за хімічними рівняннями.

3.4. Закон Авогадро

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

Закону підлягають усі гази. Не підлягають йому ті гази, що знаходяться в умовах високого тиску та низької температури, й речовини в рідкому і твердому станах.

Як відомо, об'єм, що займає певна кількість речовини в будь-якому агрегатному стані, обумовлюється трьома параметрами: кількістю речовини (числом молекул або інших складових часток - структурних елементів речовини), відстанями між складовими частками та їхніми розмірами. У газах за умов низького тиску відстані між молекулами приблизно в тисячу разів більші за розміри самих молекул, тобто розміри молекул ножна не враховувати. Внаслідок цього об'єм газу обумовлюється двома параметрами: числом молекул і відстанями між ними. За однакових умов (тиск і температура) відстані між молекулами в різних газах однакові. Ось чому за однакових умов рівні об'єми різних газів містять одне й те ж число молекул і навпаки. За низьких температур та під високим тиском відстані між молекулами в газах зменшуються і наближаються до розмірів молекул. Тому за таких умов і гази не підлягають закону Авогадро.

Наслідки закону Авогадро:

1. Молярний об'єм будь – якого газу за нормальних умов дорівнює 0,0224 м³ х моль^-1, або 22,4 л х моль^-1.

2. Співвідношення густин двох газів за однакових умов дорівнює співвідношенню їхніх відносних молекулярних або молярних мас:

p₁ : p₂ = М_r1: М_r2 = М₁ : М₂

Відносна густина речовини (позначення D) – фізична величина, що визначається відношенням густини цієї речовини p₁ до густини іншої речовини р₂, яку взято за стандартний зразок.

D = р₁: р₂

Тема 4. Періодичний закон і періодична система хімічних елементів д.І. Менделєєва

План:

1. Відкриття періодичного закону та створення періодичної системи.

2. Будова періодичної системи.

4.1. Відкриття періодичного закову та створення періодичної системи

Після відкриття основних законів та створення атомно-молекулярного вчення хімія почала швидко розвиватися. Виникла необхідність систематизації хімічних елементів. Вчені різних країн – англійці У. Одлінг (1829–1921) і Дж. Ньюлендс (1837–1898), німці І. Деберейнер (1780–1849) і Л.Мейєр (1830–1895), француз Ж. Дюма (1800–1848) та інші намагалися класифікувати хімічні елементи. Розв'язав цю проблему в 1869 р. Д. Менделєєв.

В основу класифікації хімічних елементів вчений поклав значення їхніх атомних мас. Він розташував усі відомі на той час елементи за зростанням їхньої атомної маси і виявив періодичне повторення їхніх властивостей. Так, від літію до фтору змінюються:

-властивості елементів від типових металічних (Lі) до типових неметалічних (F);

-формули вищих оксидів у послідовності Lі₂O à ВеО à В₂O₃ àCО₂ à N₂O₅ ;

-формули гідратів цих оксидів у послідовності LiОН à Ве(ОН)₂ à Н₃ВO₃ à Н₂СО₃ à НNO₃ (елемент фтор не утворює ні оксиду, ні гідроксиду, а киснева сполука фтору ОF₂ не є оксидом);

-валентність елементів у оксидах і гідратах оксидів (від 1 до 5);

-властивості оксидів і їхніх гідратів від основних (Li) через амфотерні (Ве) та слабокислі (В,С) до сильнокислих (N);

-формули летких водневих сполук у послідовності СН₄ à NН₃ à Н₂O à НF та їхні властивості від нейтральних (СН₄) через основні (NН₃) і амфотерні (Н₂O) до кислих (НF).

Новий ряд елементів від натрію до хлору повторює наведені зміни в тій самій послідовності:

-властивості хімічних елементів від типових металічних (Nа) до типових неметалічннх (СІ);

-формули вищих оксидів у послідовності Nаі₂O à МgO à АІ₂O₃ à SіO₂ à Р₂O₃ à SO₃ à СІ₂O₇;

-формули гідратів цих оксидів у послідовності NаОН à Мg(ОН)₂ à Аl(ОН) ₃ à Н₃АlO₃ àН₂SiO₃ àНРО₃ àН₂S0₄ àНСlO₄;

-валентність елементів у оксидах і гідратах оксидів (від 1 до 7);

-властивості оксидів і їхніх гідратів від сильвоосновних (лужних) (Nа), основних (Мg), через амфотерні (АІ) і слабокислі (Sі,Р) до сильнокислнх (S, СІ);

-формули летких водневих сполук у послідовності SіН₄ à РН₃ à Н₂S à НСІ і їхні властивості від нейтральних (SiH₄) через дуже слабкі основні (РН₃) до слабокислих (Н₂S) і сильнокислнх (НСІ).

Далі в ряду від калію до брому подібна послідовність змін формул вищих оксидів і валентності елементів повторюється двічі. Формули летких водневих сполук і їхні властивості змінюються в такому порядку: GеH₄ à АsН₃ àН₂Sе à НВr і т. д.

Відокремивши такі ряди елементів у періоди та розташувавши елементи з подібними властивостями один під одним у вертикальні стовпчики – групи, Д.І. Менделєєв сформулював періодичний закон:

Властивості простих речовин, а також формули та властивості сполук хімічних елементів перебувають у періодичній залежності сполук від значення атомної маси елементів.

На базі цього закону вчений побудував періодичну систему хімічних елементів, у якій кожний елемент зайняв своє місце в певному періоді та певній групі. Подальші відкриття будови атома та явища ізотопії показали, що головною кількісною характеристикою елемента є не атомна маса, а заряд ядра (Z). Так виникло сучасне визначення періодичного закону:

Властивості хімічних елементів, а також форми та властивості їхніх сполук перебувають у періодичній залежності від значення заряду їхніх атомних ядер або порядкового номера елемента е періодичній системі.