Основные законы химии

ПЛАН:
Закон сохранения массы
Закон постоянства состава
Закон эквивалентов
Закон Авогадро
Закон Клайперона-Менделеева

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ
Закон сохранения массы теоретически был описан в 1748 году, а экспериментально подтверждён в 1756 году русским ученым М.В. Ломоносовым. В 1789 году французский учёный Антуан Лавуазье подтвердил выводы Ломоносова.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ
Масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции

Модель химической реакции.
Атомно-молекулярное учение этот закон объясняет следующим образом: в результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка (т.е. химическое превращение- это процесс разрыва одних связей между атомами и образование других, в результате чего из молекул исходных веществ получаются молекулы продуктов реакции). Поскольку число атомов до и после реакции остается неизменным, то их общая масса также изменяться не должна. Под массой понимали величину, характеризующую количество материи. Исходя из закона сохранения массы, можно составлять уравнения химических реакций и по ним производить расчеты. Он является основой количественного химического анализа.

ПРИМЕР:
3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2O = 3Na2SO4 + 2MnO2 + 2KOH.
Массы исходных и конечных веществ составят:
3·126 + 2·158 + 18 = 3·142 + 2·87 + 2·56,
т.е. масса исходных веществ (712 г) равна массе продуктов реакции (712 г).

ПРАВИЛА СОСТАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ:
Необходимо знать формулы веществ, вступивших в реакцию (реагентов) и формулы веществ, полученных в результате реакции (продукты реакции).
Число атомов каждого элемента в левой части уравнения должно быть равно числу атомов этих же элементов в правой части уравнения. Для уравновешивания подбирают и расставляют перед формулами соответствующие коэффициенты.
Левую и правую части уравнения нельзя менять местами.
Нельзя переносить формулы веществ из одной части уравнения в другую.

РЕШИМ ЗАДАЧИ:

ЗАКОН ПОСТОЯНСТВА СОСТАВА
был открыт французским ученым Жозефом Луи Прустом в 1808 г.

ЗАКОН ПОСТОЯНСТВА СОСТАВА
Вот как этот закон звучал в его изложении:
«От одного полюса Земли до другого соединения имеют одинаковый состав и одинаковые свойства. Никакой разницы нет между оксидом железа из Южного полушария и Северного. Малахит из Сибири имеет тот же состав, как и малахит из Испании. Во всем мире есть лишь одна киноварь».
Современная формулировка закона: каждое химически чистое вещество с молекулярным строением независимо от места нахождения и способа получения имеет один и тот же постоянный качественный и количественный состав.

Чтобы получить сульфид меди (CuS) необходимо смешать порошки меди и серы в массовых отношениях 2 : 1.
Если взятые количества исходных веществ не соответствуют их соотношению в химической формуле соединения, одно из них останется в избытке.
Например, если взять 3 г меди и 1 г серы, то после реакции останется 1 г меди, который не вступил в химическую реакцию. Вещества немолекулярного строения не обладают строго постоянным составом. Их состав зависит от условий получения.

Например, оксид кальция состоит из кальция и кислорода (качественный состав). В СаO содержится 71,43 мас.% кальция и 28,57 мас.% кислорода (количественный состав). Получить оксид кальция можно в результате реакций:
2 Са + О2 = 2 СаО,
СаСО3 = СаО + СО2,
Са(ОН)2 = СаО + Н2О,
2 Сa(NO3)2 = 2 CaO + 4 NO2 + O2.
Однако независимо от способа получения, чистый оксид кальция будет иметь приведенный выше состав.

ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ.
В конце XVIII века были получены эмпирическим путем многие законы химии. Ими можно было пользоваться и применять их на практике, но точное доказательство было получено лишь много десятилетий спустя. Одним из таких столпов современной химии стал закон эквивалентов, который напрямую связан с другими фундаментальными законами - законом сохранения массы и правилом кратных отношений.
Различные химические вещества могут взаимодействовать не произвольно, а в строго определенных пропорциях. Поэтому в химическом лексиконе появились слово «эквивалентность». Новое понятие в переводе на русский язык означало «равноценность».

Закон эквивалентов в химии несколько раз менял свою формулировку.
Эквивалент (Э) – реальная или условная частица вещества, которая может присоединить, заместить в кислотно-основных реакциях один ион водорода (или другого одновалентного элемента), а в окислительно-восстановительных реакциях – присоединить или высвободить один электрон.
Эквивалент (Э) – такое количество вещества, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает его в соединениях.
Под условной частицей вещества подразумевается реально существующие частицы (молекулы, ионы, электроны и т.д.), доли этих частиц (например, 1/2 иона) или их группы.

Фактор эквивалентности fэ (х) – число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества X эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основной реакции или одному электрону в реакции окисления-восстановления, а также число моль вещества, соединяющегося с 1 моль водорода.
Фактор эквивалентности – величина безразмерная. Принимает значения 1 или меньше единицы.
Для простых веществ и элементов в соединении
где В – валентность элемента.
Например, для водорода или натрия fэ= 1/1 = 1. Для магния или кислорода fэ = 1/2.

Для сложных веществ фактор эквивалентности определяется следующим образом:
Например, в соединениях HCl, H2S, NH3, CH4 фактор эквивалентности хлора, серы, азота, углерода
равен соответственно 1 1/2, 1/3, 1/4.

Молярная масса эквивалента вещества (эквивалентная масса) Мэ(х) – масса одного моля эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности fэ(х) на молярную массу вещества Мх.
Мэ(х) = fэ (х) · Мх (кг/моль, г/моль).
Если одно из реагирующих веществ – газ, то для него вводится понятие эквивалентного объема вещества – Vэ(х), который рассчитывается на основании следствия из закона Авогадро:
1 моль газа массой М занимает объем 22,4 л, при нормальных условиях (н.у.): Рo =101,3 кПа; То = 273 К
Например, при нормальных условиях 1 моль эквивалента водорода занимает объем, равный:
Vэ (Н2) = 22,4 · 1 / 2 = 11,2 л/моль.
Для кислорода эта величина составляет
Vэ (О2) = 22,4 · 8 / 32 = 5,6 л/моль.

Закон эквивалентов: массы (или объемы) реагирующих веществ, прямо пропорциональны эквивалентным массам (или эквивалентным объемам) этих веществ.
Если одно из этих веществ представляет собой газ, то закон эквивалентов записывается в виде:
Открыт закон был немецким химиком И. В. Рихтером, труды которого долгое время были неизвестны. В своей трехтомной работе, опубликованной в период с 1792 по 1794 годы под названием «Начала стехиометрии, или способ измерения химических элементов», ученый показал, что химические вещества вступают в реакции в строгом соотношении.

Пример 1. Рассчитайте эквивалентную массу трёхвалентного металла, навеска которого массой 1,44 г при его полном окислении превращается в 2,72 г соответствующего оксида. Какой металл используется в качестве исходного реагента?

Пример 2. Сколько граммов цинка растворилось в соляной кислоте, если известно, что в ходе этой реакции выделилось 1,2 л водорода.

ЗАКОН АВОГАДРО
Формулировка закона:
В равных объемах различных газов при одинаковых внешних условиях
(температура и давление) содержится одинаковое число молекул
1следствие:
1 моль любого газа при постоянных условиях занимает один и тот же объем (молярный объем)

2 СЛЕДСТВИЕ:

ЗАКОН КЛАЙПЕРОНА-МЕНДЕЛЕЕВА