Zakon stalnosti sastava materije. Zakoni očuvanja u kemiji

Kemija spada u kategoriju egzaktnih znanosti, a osim matematike i fizike postavlja zakone postojanja i razvoja materije koja se sastoji od atoma i molekula. Svi procesi koji se javljaju u živim organizmima i među objektima nežive prirode temelje se na fenomenu transformacije mase i energije. Zakon stalnosti sastava

Atomsko-molekularno učenje

Da bi se shvatila suština zakona koji reguliraju materijalnu stvarnost, treba imati ideju o tome što se sastoji. Prema riječima velikog ruskog znanstvenika MV Lomonosov, "U tami moraju ostati fizičari i, osobito, kemičari, ne znajući unutarnje čestice strukture". On je 1741. godine, prvo teoretski, a kasnije potvrdio i iskustva, otkrio zakone kemije, su osnova za proučavanje života i neživim stvar, a to su: Sve tvari sastoje od atoma, molekula koji mogu tvoriti. Sve te čestice su u kontinuiranom kretanju.

Otkrića i pogreške J. Dalton

Nakon 50 godina, ideja Lomonosova razvila je engleski znanstvenik J. Dalton. Znanstvenik je proveo najvažnije izračune za određivanje atomske mase kemijskih elemenata. To je služio kao glavni dokaz te pretpostavke: masa molekule i tvari može se izračunati iz atomske mase čestica u svom sastavu. Kao i Lomonosov Dalton vjeruje da, bez obzira na način priprave spojevi molekule će uvijek imati nepromjenjivu kvalitativno i kvantitativno. U početku je bio u ovom obliku da je formuliran zakon stalnosti sastava tvari. Prepoznajući veliki doprinos znanosti Daltona, ne mogu prikriti pogreške neugodno: uskraćivanje molekularnu strukturu jednostavnih tvari kao što su kisik, dušik, vodik. Znanstvenik je vjerovao da postoje molekule samo u kompleksu kemijske tvari. S obzirom na Daltonovu ogromnu autoritet u znanstvenoj zajednici, njegove su pogreške nepovoljno utjecale na razvoj kemije.

Kako vagati atome i molekule

Otkriće takvog kemijskog postulata kao prava stalnosti sastava materije postalo je moguće zbog ideje očuvanja mase tvari koje su reagirale i formirale nakon nje. Osim Daltona, mjerenje atomske mase provodilo je I. Berzelius, koji je sastavio tablicu atomske težine kemijskih elemenata i predložio njihovu modernu oznaku u obliku latiničnih slova. Trenutno, masa atoma i molekula određena je pomoću ugljikova nanocijevi. Rezultati dobiveni u ovim studijama potvrđuju postojeće zakone kemije. Prije su znanstvenici koristili uređaj poput masenog spektrometra, ali komplicirana tehnika vaganja bila je ozbiljan nedostatak u spektrometriji.

Zašto je zakon o očuvanju mase tvari važan?

Formuliran Lomonosov gore navedene kemijske postulat dokazuje činjenica da je tijekom reakcije ugljikova dio reaktanata i produkata ne nestane i pojavi iz ničega. Njihova količina ostaje nepromijenjena prije i poslije kemijskog procesa. Budući da je masa atoma konstantna, ta činjenica logično vodi do zakona očuvanja mase i energije. Štoviše, znanstvenik je ovu pravilnost proglasio univerzalnim načelom prirode, potvrđujući interkonverziju energije i postojanost sastava materije.

Proustove ideje kao potvrdu atomsko-molekularne teorije

Obratimo se otkriću takvog postulata kao zakonu postojanosti sastava. Kemija krajem 18. i početkom 19. stoljeća bila je znanost unutar kojega se između dvaju francuskih znanstvenika, J. Prousta i C. Bertholleta, vodili znanstvene sporove. Prva je tvrdila da sastav tvari nastalih uslijed kemijske reakcije ovisi uglavnom o prirodi reagensa. Berthollet je bio siguran da relativna količina međudjelujućih tvari također utječe na sastav spojeva - produkata reakcije. Većina kemičara na početku istraživanja podupirala je ideje Prousta, koji ih formuliraju kako slijedi: sastav složenog spoja je uvijek trajna i ne ovisi o tome kako je primljena. Međutim, daljnja studija tekućih i krutih otopina (legura) potvrdila je misli K. Bertholleta. Ove supstance nije valjalo primjenjivati ​​zakon o postojanosti sastava. Nadalje, ne djeluje za spojeve s ionskim kristalnim rešetkama. Sastav tih tvari ovisi o metodama kojima se ekstrahiraju.

Svaka kemijska tvar, bez obzira na način njegove pripreme, ima konstantan kvalitativni i kvantitativni sastav. Ova formulacija karakterizira zakon konstantnosti sastava materije, koju je predložio J. Proust 1808. godine. Kao dokaz, on navodi sljedeće primjere figurativno: malahit iz Sibira ima isti sastav kao i mineralna minirana u Ispanii- na svijetu postoji samo jedna supstanca Rumenica, a nije važno iz kojeg potječe depozite. Tako je Proust naglasio postojanost sastava tvari, bez obzira na mjesto i način ekstrakcije.

Nema pravila bez iznimaka

Iz zakona stalnosti sastava slijedi da se u formiranju složenog spoja kemijski elementi međusobno kombiniraju u određenim težinskim omjerima. Uskoro u kemijskoj znanosti pojavile su se informacije o postojanju tvari koje imaju promjenjivu kompoziciju koja je ovisila o načinu proizvodnje. Ruski znanstvenik M. Kurnakov predložio je da ove spojeve zove brtve, na primjer titan oksid, teška voda, cirkonijev nitrid.

Ove tvari imaju drugačiju količinu drugog elementa po jednom dijelu po težini jednog elementa. Dakle, u binarnom spoju bizmutu s galijem, jedan dio težine galija ima 1,24 do 1,82 dijela bizmuta. Kasnije kemičari su utvrdili da, osim što kombiniraju metale jedni s drugima, tvari koje ne poštuju zakon o postojanosti sastava, postoje u takvom klasa anorganskih spojeva, kao oksidi. Bertollidi su također karakteristični za sulfide, karbide, nitride i hidride.

Uloga izotopa

Budući da je dobio na raspolaganju zakon konstanta materije, kemija kao točna znanost mogla bi povezati težinsku karakteristiku spoja s izotopnim sadržajem elemenata koji ga oblikuju. Sjetite se da izotopi smatraju atome jednog kemijskog elementa s identičnim protonom, ali različitim brojevima nukleona. Uzimajući u obzir prisutnost izotopa, jasno je da težinski sastav spoja može biti varijabilan pod uvjetom da su elementi koji ulaze u tu tvar konstantni. Ako element povećava sadržaj bilo kojeg izotopa, tada se mijenja i težina sastava tvari. Na primjer, obična voda sadrži 11% vodika, a teška voda, koju tvori izotop (deuterij), iznosi 20%.

Karakteristike vezivnih sastojaka

Kao što smo već objasnili, zakoni očuvanja u kemiji potvrđuju osnovne postavke atomsko-molekularne teorije i apsolutno su istinite za tvari konstantnog sastava-daltonida. Splavari imaju granice u kojima je moguće mijenjati dijelove težine elemenata. Na primjer, u oksidu tetravalentnog titana, jedan dio mase metala je od 0,65 do 0,67 dijelova kisika. Tvari nekonstantnog sastava nemaju molekularnu strukturu, njihovi kristalni rešetki se sastoje od atoma. Stoga kemijske formule spojeva odražavaju samo granice njihovog sastava. Različite tvari su različite. Temperatura također može utjecati na intervala promjena u sastavu težine elemenata. Ako dva kemijska elementa međusobno formiraju nekoliko sporednih čvorova, tada je zakon višestrukih odnosa također neprimjenjiv za njih.

Iz svih gore navedenih primjera izvucimo zaključak: teoretski u kemiji postoje dvije skupine tvari: s konstantnim i promjenjivim sastavom. Prisutnost u prirodi tih spojeva služi kao odlična potvrda atomsko-molekularne teorije. Ali zakon o postojanosti samog sastava više nije dominantan u kemijskoj znanosti. Ali to jasno ilustrira povijest svog razvoja.