Вопрос №2. Основные законы химии: сохранения массы и энергии, постоянство состава, эквивалентов и Авогадро.

Закон сохранения массы:

Масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Закон открыт Ломоносовым в 1848 г. Изначальная формулировка: Все встречающиеся в природе изменения происходят так: сколько к одному материи прибавилось, столько же и отнимется от другого. Благодаря тому закону химия перешла от науки качественной к науке количественной.

Из уравнения Эйнштейна для соотношения массы и энергии следует, что в любом процессе, сопровождающимся изменением энергии, будет происходить соответствующее изменение массы. Однако из-за большого значения с (3*10⁸ м/с) тем энергиям, которые выделяются или поглощаются при химических реакциях, отвечают очень маленькие массы, лежащие вне пределов возможности измерений.

Закон сохранения энергии:

При любых взаимодействиях, имеющих место в изолированной системе, энергия той системы остается постоянной и возможны лишь переходы одного вида энергии в другой.

Практически это означает, что, если в ходе реакции энергия выделяется или поглощается, то запас энергии в продуктах реакции по сравнению с запасом ее в исходных веществах будет меньше или больше, соответственно. Запас энергии вещества принято называть теплосодержанием, а выделяющуюся или поглощающуюся энергию – теплом. Благодаря этому закону существует наука химическая термодинамика, изучающая вместе с другими явлениями тепловые эффекты химических реакций.

Закон постоянства состава:

Всякое химически индивидуальное вещество имеет один и тот же количественный состав независимо от способа его получения. Открыт Прустом в начале 19 века. Это означает, что соотношения между массами элементов, входящих в состав соединения, постоянны.

С+О₂=СО₂ СаСО₃=СаО+СО₂ Н₂СО₃=СО₂+Н₂О

Закон всегда выполняется для газообразных и жидких веществ. Для веществ, находящихся в твердом состоянии, строго говоря, закон не справедлив. Состав соединений молекулярного строения, то есть состоящих из молекул, является постоянным независимо от способа получения. Состав же соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения. Это связано с тем, что в кристаллической структуре любого твердого вещества всегда имеются пустоты, примесные атомы других элементов и другие отклонения от идеальной структуры. На все это влияет температура, давление, технологии получения, выделения и очистки вещества.

TiO_1,9-2,0 Такая формула отражает границы состава вещества. Область гомогенности – интервал изменения состава вещества без изменения его свойств (GaP – узкая область гомогенности).

Закон кратных отношений:

Если 2 элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа (Дальтон, начало 19 в). Например, СО и СО₂. Этот закон, как и закон постоянства состава, не является всеобщим и, строго говоря, также не справедлив для веществ в твердом состоянии. Например, TiO_1,46-1,56 и

TiO1,9-2,0.

Закон объемных отношений:

При одинаковых условиях объемы вступающих в реакцию газов, относятся друг к другу и к объемам образующихся газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа (Гей-Люссак, начало 19 в). Например, при взаимодействии 2 объемов водорода и 1 объема кислорода образуется 2 объема водяного пара. Эти числа совпадают со стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции. На этом законе основаны методы газового анализа, применяемого в промышленности.

Закон Авогадро:

0В равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и при одинаковом давлении, содержится одно и то же число молекул. Закон позволил сделать выводы о числе атомов в молекулах газов (водород, хлор, кислород, азот).

Следствия: 1. Молекулы всех простых газов двухатомны, кроме 8а группы. 2. 1 моль (н.у.) – 22.4 л. 3. N_а=6,02*10²³ частиц. 4. Можно определить молекулярные массы неизвестных газов.

Закон эквивалентов:

Химическим эквивалентом элемента называется количество элемента,

взаимодействующее с 1 массовой частью молекулы водорода или 1/8 частью молекулы кислорода.

Все вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Массы реагирующих друг с другом веществ пропорциональны их молярным массам эквивалентов. Молярной массой эквивалентов вещества называется отношение массы вещества к его количеству вещества эквивалентов.