5. Закон збереження маси

Один з основних законів хімії — закон збереження маси — відкритий і експериментально підтверджений великим російським вченим М. В. Ломоносовим у 1748 р. Цей закон можна сформулювати так: маса речовин, що вступили в реакцію, дорівнює масі речовин, що утворилися внаслідок реакції. В 1789 р. закон збереження маси незалежно від М. В. Ломоносова відкрив французький хімік А. Л. Лавуазьє, який довів, що під час реакції залишається сталою не тільки загальна маса речовини, а й маса кожного з елементів речо­вин, що взаємодіють.

Закон збереження маси став науковою основою для створення перших понять хімії, для відкриття нових законів. Завдяки цьому закону М. В. Ломоносов і А. Л. Лавуазьє дали перші уявлення про хімічні елементи та різні види речовин.

Видатний російський фізик П. М. Лебедєв експериментально довів, що світло здатне чинити тиск, його можна розглядати як один із видів матерії. Подібні досліди наштовхнули великого німецького фізика А. Ейнштейна на думку, що між масою тіла т і його енергією Е існує зв'язок:

Е = тс²,

де с — швидкість світла.

Отже, рівняння Ейнштейна є математичним виразом закону збереження маси й енергії — одного з основних законів сучасної фізики, який іноді нази­вають законом еквівалентності маси й енергії. Згідно з цим законом, зміні маси на величину т відповідає цілком певна зміна енергії.

Невеликі зміни маси повинні викликати значні енергетичні ефекти, оскільки множник с² дорівнює 9 * 10¹⁶ (швидкість світла становить 3 * 10⁸ м/с). Невеликі енергетичні ефекти, що супроводжують хімічні реакції, не можуть привести до помітних змін мас речовин, тому під час перевірки закону збереження маси на хімічних реакціях завжди підтверджувалась його справедливість.

6. Закон сталості складу

Завдяки відкриттю закону збереження маси в кінці XVIII ст. в хімії міцно укорінились кількісні методи дослідження, було вивчено кількісний склад багатьох речовин, відомий французький хімік Ж. Пруст відкрив закон сталос­ті складу, який формулюється так: кожна індивідуальна молекулярна сполука має сталий якісний і кількісний склад незалежно від способу її добування.

З відкриттям цього закону хімічною сполукою почали називати будь-яку індивідуальну складну речовину, що має сталий склад. Проте із закону ста­лості складу не можна зробити висновок, що одному й тому самому кількіс­ному складу відповідає одна сполука. Закон сталості складу не є загальним, він має істотні обмеження. Наприклад, для сполук, що мають молекулярну будову, цей закон справджується цілком, а для сполук з іншою будовою відомо багато сполук, що мають не сталий, а змінний склад. Так, вивчаючи сплави металів, видатний російський вчений М. С. Курнаков на початку XX ст. виявив сполуки змінного складу; в 30-х роках XX ст. виявлено такі самі сполуки серед оксидів, сполук металів з Сульфуром (сульфідів), Нітро­геном (нітридів), Карбоном (карбідів), Гідрогеном (гідридів).

Після відкриття ізотопів з'ясувалось, що із зміною ізотопного складу еле­мента змінюється і масовий склад сполуки. Так, важка вода містить близько 20 % Гідрогену, а звичайна — лише 11 %. Отже, співвідношення між масами елементів, що входять до складу певної речовини, сталі лише за умови ста­лості ізотопного складу цих елементів.