Zákon stálosti složení hmoty. Zákony ochrany v chemii

Chemie patří do kategorie přesných věd a společně s matematikou a fyzikou vytváří zákony o existenci a vývoji hmoty složené z atomů a molekul. Všechny procesy, které se vyskytují jak v živých organizmech, tak mezi objekty neživé přírody, jsou založeny na fenoménu transformace hmoty a energie. Právo stálosti složení

Atomová molekulární výuka

Abychom pochopili podstatu zákonů upravujících hmotnou skutečnost, musíme mít představu o tom, z čeho sestává. Podle velkého ruského vědce MV Lomonosova „ve tmě musí dodržovat fyziku a zejména chemici, nevěda, vnitřní strukturu částic.“ Byl to on, kdo v roce 1741, nejprve teoreticky a později potvrzují i ​​zkušenosti, objevil zákony chemie, jsou základem pro studium živé a neživé hmoty, a to: Všechny látky jsou složeny z atomů, molekul, které jsou schopny tvořit. Všechny tyto částice jsou v neustálém pohybu.

Objevy a chyby J. Daltona

Po 50 letech byla myšlenka Lomonosova vyvinuta anglickým vědcem J. Daltonem. Vědec provedl nejdůležitější výpočty pro stanovení atomové hmotnosti chemických prvků. Toto byl hlavní důkaz těchto předpokladů: hmotnost molekuly a hmoty lze vypočítat, protože je známa atomová hmotnost částic, které tvoří její složení. Jak Lomonosov, tak Dalton věřili, že bez ohledu na způsob výroby bude mít molekula sloučeniny vždy nezměněnou kvantitativní a kvalitativní složení. Zpočátku se v této podobě formuloval zákon o stálosti složení látky. Uznávajíc obrovský přínos společnosti Dalton k rozvoji vědy, nemůžeme mlčet o nepříjemných chybách: odmítnutí molekulární struktury jednoduchých látek, jako je kyslík, dusík, vodík. Vědec věřil, že molekuly jsou jen komplexní chemických látek. Vzhledem k obrovské autoritě Daltona ve vědecké komunitě jeho chyby negativně ovlivnily vývoj chemie.

Jak můžeme vážit atomy a molekuly

Objevování takového chemického postulátu jako práva stálosti složení hmoty bylo možné díky myšlence zachování hmoty látek, které reagovaly a vytvořily se po něm. Kromě Daltona bylo měření atomových hmot provedeno I. Berzeliusem, který sestavil tabulku atomových hmotností chemických prvků a navrhl jejich moderní označení latinskými písmeny. V současnosti je určena hmotnost atomů a molekul uhlíkových nanotrubiček. Výsledky získané v těchto studiích potvrzují stávající zákony chemie. Předtím vědci používali zařízení, jako je hmotnostní spektrometr, ale komplikovaná technika vážení byla vážnou nevýhodou spektrometrie.

Proč je důležitý zákon zachování hmoty látek?

Formulovány Lomonosov nad názvem chemického postulát dokazuje skutečnost, že v průběhu reakce atomy jsou součástí reagujících látek a produkty, které nejsou zmizí a objeví z ničeho. Jejich množství zůstává nezměněno před a po chemickém procesu. Vzhledem k tomu, že hmotnost atomů je konstantní, tato skutečnost logicky vede k zákonu zachování hmoty a energie. Navíc tento vědce deklaroval tuto pravidelnost jako univerzální zásadu přírody, potvrzující interkonverzi energie a stálost složení hmoty.

Proustovy myšlenky jako potvrzení atomové molekulární teorie

Podívejme se na objev takového postulátu jako na zákonnost stálosti kompozice. Chemie konce 18. a počátku 19. století byla vědou, v níž vedly vědecké spory mezi dvěma francouzskými vědci, J. Proustem a C. Berthollethem. První tvrdí, že složení látek vzniklých v důsledku chemické reakce závisí hlavně na povaze činidel. Berthollet byl přesvědčen, že relativní množství interakčních látek ovlivňuje i složení reakčních produktů sloučenin. Většina chemiků na začátku výzkumu podpořila myšlenky Proustu, který je formuloval takto: složení komplexní sloučeniny je vždy trvalé a nezávisí na tom, jak byla přijata. Nicméně další studie kapalných a pevných roztoků (slitin) potvrdila myšlenky K. Berthollet. U těchto látek byl zákon nestálosti složení neuplatnitelný. Kromě toho nefunguje u sloučenin s iontovými krystalovými mřížkami. Složení těchto látek závisí na způsobu, jakým jsou extrahovány.

Každá chemická látka, bez ohledu na způsob její přípravy, má konstantní kvalitativní a kvantitativní složení. Tato formulace charakterizuje zákonnost stálosti složení hmoty, kterou navrhl J. Proust v roce 1808. Jako důkaz poukazuje na následující obrazové příklady: malachit ze Sibiře má stejné složení jako nerostné suroviny ve Španělsku - na světě je jen jeden rumělkový materiál a nezáleží na tom, z jakého pole se získal. Proto Proust zdůraznil stálost složení hmoty bez ohledu na místo a způsob extrakce.

Neexistují žádná pravidla bez výjimek

Ze zákona o stálosti kompozice vyplývá, že při tvorbě složité sloučeniny se chemické prvky vzájemně kombinují v určitých hmotnostních poměrech. Brzy v chemické vědě se objevily informace o existenci látek s různým složením, které závisely na způsobu výroby. Ruský vědec M. Kurnakov navrhl, aby tyto sloučeniny nazývaly berthollidy, například oxid titanu, těžká voda, nitrid zirkoničitý.

Tyto látky mají odlišné množství jiného prvku na 1 hmotnostní díl jednoho prvku. V binární sloučenině bizmutu s galliem tedy jedna hmotnostní část galia tvoří 1,24 až 1,82 dílů bismutu. Později lékárny zjistily, že kromě kombinace kovů spolu s látkami, které nedodržují zákon nestálosti složení, existuje v takovém třída anorganických sloučenin, jako oxidy. Bertollidy jsou také charakteristické pro sulfidy, karbidy, nitridy a hydridy.

Role izotopů

Poté, co byla v držení práva stálosti hmoty, chemie jako exaktní věda podařilo spojit vlastnosti hmotnostních sloučeniny s obsahem izotopů prvků ji tvoří. Připomeňme, že izotopy zvažují atomy jednoho chemického prvku s identickým protonem, ale různými čísly nukleonů. S přihlédnutím k přítomnosti izotopů je zřejmé, že hmotnostní složení sloučeniny může být variabilní za předpokladu, že prvky vstupující do této látky jsou konstantní. Pokud element zvyšuje obsah jakéhokoli izotopu, změní se také hmotnostní složení látky. Například obyčejná voda obsahuje 11% vodíku a těžká voda, tvořená svým izotopem (deuterium), je 20%.

Charakteristika bertholidů

Jak jsme již vysvětlili, zákony o ochraně v chemii potvrzují základní tvrzení atomové molekulární teorie a jsou naprosto pravdivé pro látky konstantní složení-daltonidy. Berthollidy mají hranice, ve kterých je možné měnit hmotnostní části prvků. Například v oxidu čtyřmocného titanu je jedna hmotnostní část kovu od 0,65 do 0,67 dílů kyslíku. Látky nekonstantního složení nemají molekulární strukturu, jejich krystalové mřížky se skládají z atomů. Proto chemické vzorce sloučenin odrážejí pouze hranice jejich složení. Různé látky jsou různé. Teplota může také ovlivnit intervaly změny hmotnosti složení prvků. Pokud dva chemické prvky tvoří mezi sebou několik berthollidů, potom je pro ně i nepoužitelný zákon více vztahů.

Ze všech výše uvedených příkladů dospíme k závěru: teoreticky v chemii existují dvě skupiny látek: s konstantním a variabilním složením. Přítomnost těchto sloučenin v přírodě slouží jako vynikající potvrzení atomové molekulární teorie. Ale zákon o stálosti kompozice sám už není dominantní v chemické vědě. Ale to jasně ilustruje historii svého vývoje.