КАКВИ СА ТЕГЛОВНИТЕ ЗАКОНИ НА ХИМИЯТА? (ПРИМЕРИ) - ХИМИЯ - 2025

На претеглени законите на химията са тези, които показват, че масите на вещества, които реагират не правят така произволно или случаен начин; но чрез поддържане на постоянна математическа пропорция от цели числа или подмножества от тях, при които атомите на елементите не са създадени, нито унищожени.

В минали времена установяването на тези закони изискваше извънредни усилия за разсъждение; защото въпреки че сега изглежда твърде очевидно, преди атомната и молекулярната маса на съответно елементите или съединенията, дори не бяха известни.

Източник: Джеф Кийзър от Остин, Тексас, САЩ

Тъй като не беше известно колко точно се равнява един мол атоми на всеки елемент, химиците през 18-ти и 19-ти век трябваше да разчитат на реагентните маси. Така че рудиментарните аналитични везни (отгоре изображение) бяха неразделни спътници по време на стотиците експерименти, необходими за установяване на закони за теглото.

Именно поради тази причина, когато изучавате тези закони на химията, всеки момент се натъквате на масови измервания. Благодарение на това, екстраполирайки резултатите от експериментите, беше открито, че чистите химични съединения винаги се образуват с еднакъв масов дял на съставните им елементи.

Закон за запазване на масата

Този закон казва, че при химическа реакция общата маса на реагентите е равна на общата маса на продуктите; стига разглежданата система да е затворена и да няма обмен на маса и енергия със заобикалящата я среда.

При химическа реакция веществата не изчезват, а се трансформират в други вещества с еднаква маса; оттук и известната фраза: „нищо не се създава, нищо не се унищожава, всичко се трансформира“.

В исторически план законът за запазване на масата при химическа реакция е предложен за първи път през 1756 г. от Михаил Ломонсов, който показва резултатите от своите експерименти в своя дневник.

По-късно през 1774 г., Антоан Левоазие, френски химик, представя резултатите от своите експерименти, които позволяват да се установи това; които някои наричат ​​и законът на Лавоазие.

-Лавоазийски експерименти

По времето на Лавоазие (1743-1794 г.) съществува теорията на Флогистън, според която телата са имали способността да се запалват или да горят. Експериментите на Лавоазие позволиха да се отхвърли тази теория.

Лавоазие проведе множество експерименти с изгарянето на метали. Той внимателно претегля материалите преди и след изгарянето в затворен контейнер, установявайки, че има очевидна печалба в теглото.

Но на базата на познанията си за ролята на кислорода при изгарянето Лавоазер стигна до заключението, че наддаването на тегло при изгарянето се дължи на включването на кислород в изгарящия материал. Роди се концепцията за метални оксиди.

Следователно сумата от масите на металите, подложени на горене, и на кислорода остана непроменена. Този извод позволи създаването на Закона за опазване на масата.

-Баланс на уравнения

Законът за опазване на масите установява необходимостта от балансиране на химичните уравнения, като гарантира, че броят на всички елементи, участващи в химическа реакция, като реагенти или като продукти, е абсолютно еднакъв.

Това е съществено изискване за точността на стехиометричните изчисления, които трябва да бъдат извършени.

-Calculations

Водни бенки

Колко бенки вода могат да бъдат произведени при изгарянето на 5 мола метан в излишък от кислород? Също така покажете, че законът за опазване на материята е валиден.

CH ₄ + 2 О ₂ => СО ₂ + 2 H ₂ O

Наблюдавайки балансираното уравнение на реакцията, се заключава, че 1 мол метан произвежда 2 мола вода.

Проблемът може да бъде решен директно с прост подход, тъй като ние нямаме 1 мол, а 5 мола СН ₄:

Мола вода = 5 мола CH ₄ (2 мола H ₂ O / 1 мол CH ₄)

= 10

Това би било еквивалентно на 180 g H ₂ O. Също така се образува 5 mol или 220 g CO ₂, което е равно на обща маса от 400 g продукти.

По този начин, за да бъде изпълнен законът за опазване на материята, 400 g реагенти трябва да реагират; Нито повече, нито по - малко. От тях четиристотингр, 80 гр съответстват на 5 мола CH ₄ (умножена по своята молекулна маса от 16 г / мола), и 320 грама съответстват на 10 мола O ₂ (по същия начин, по своята молекулна маса от 32 г / мол).

Изгаряне на магнезиева лента

1.50 g магнезиева лента се изгаря в затворен съд, съдържащ 0,80 g кислород. След изгаряне, 0,25 g кислород остава в контейнера. а) Каква маса на кислород реагира? б) Колко магнезиев оксид се е образувал?

Масата на реагиралия кислород се получава чрез проста разлика.

Маса на консумирания кислород = (начална маса - остатъчна маса) кислород

= 0,80 g - 0,25 g

= 0.55 грам O ₂ (а)

Според закона за запазване на масата, Маса на магнезиев оксид = маса на магнезий + маса на кислород

= 1,50 g + 0,55 g

= 2,05 g MgO (b)

Закон на определени пропорции

Джоузеф Луи Пруст (1754-1826), френски химик, осъзнава, че при химическа реакция химичните елементи винаги реагират в определени пропорции на маси, образувайки специфично чисто съединение; следователно неговият състав е постоянен, независимо от източника или произхода или от начина, по който се синтезира.

Пруст през 1799 г. изрича закона за определени пропорции, който гласи, че: „Когато два или повече елемента се комбинират, за да образуват съединение, те го правят във фиксирано съотношение на масата“. Така че, тази връзка е фиксирана и не зависи от стратегията, следвана за получаването на съединението.

Този закон е известен още като закон на постоянен състав, който гласи, че: "Всяко химично съединение в състояние на чистота винаги съдържа едни и същи елементи, в постоянна пропорция на масата."

-Илюстрация на закона

Желязото (Fe) реагира със сяра (S) и образува железен сулфид (FeS), могат да се отбележат три ситуации (1, 2 и 3):

За да намерите пропорцията, в която се комбинират елементите, разделете по-голямата маса (Fe) на по-малката маса (S). Изчислението дава съотношение 1,75: 1. Тази стойност се повтаря в дадените три условия (1, 2 и 3), където се получава една и съща пропорция, въпреки че се използват различни маси.

Тоест 1,75 g Fe се комбинира с 1,0 g S, при което се получават 2,75 g FeS.

-Applications

Прилагайки този закон, човек може да знае точно масите на елементите, които трябва да бъдат комбинирани, за да се получи желаната маса на съединението.

По този начин може да се получи информация за излишната маса на някои от елементите, участващи в химическа реакция, или дали има ограничаващ реагент в реакцията.

Освен това се прилага за познаване на стотицималния състав на съединението и въз основа на последното може да се установи формулата на съединението.

Стензимален състав на съединение

Въглеродният диоксид (CO ₂) се образува при следната реакция:

C + O ₂ => CO ₂

12 g въглерод комбинират 32 g кислород, за да се получат 44 g въглероден диоксид.

Значи процентът въглерод е равен

Процент въглерод = (12 g / 44 g) 100%

= 27,3%

Процент кислород = (32 g / 44 g) 100%

Процент кислород = 72,7%

Използвайки изявлението на Закона за постоянен състав, може да се отбележи, че въглеродният диоксид винаги се състои от 27,3% въглерод и 72,7% кислород.

-Calculations

Сярен триоксид

При взаимодействие на 4 g и 6 g сяра (S) с кислород (О) в различни съдове се получават съответно 10 g и 15 g серен триоксид (SO ₃).

Защо са получени такива количества серен триоксид, а не други?

Изчислете също количеството сяра, необходимо за комбиниране с 36 g кислород и масата на получения серен триоксид.

Част А)

В първия съд 4 сяра се смесва с X g кислород за получаване на 10 g триоксид. Ако се приложи законът за запазване на масата, можем да решим за масата на кислорода, която се комбинира със сярата.

Маса на кислорода = 10 g кислороден триоксид - 4 g сяра.

= 6 g

В съд 2 6 g сяра се смесват с X g кислород за получаване на 15 серен триоксид.

Маса на кислорода = 15 g серен триоксид - 6 g сяра

= 9 g

След това продължаваме да изчисляваме съотношенията O / S за всеки контейнер:

Съотношение O / S в ситуация 1 = 6 g O / 4 g S

= 1,5 / 1

Съотношение O / S в ситуация 2 = 9 g O / 6 g S

= 1,5 / 1

Което е в съответствие с посоченото в закона на определени пропорции, което показва, че елементите винаги се комбинират в една и съща пропорция и образуват определено съединение.

Следователно получените стойности са правилни и тези, които съответстват на прилагането на закона.

Част б)

В предишния раздел беше изчислена стойност 1,5 / 1 за съотношението O / S.

g сяра = 36 кислорода (1 g сяра / 1,5 g кислород)

= 24 g

g серен триоксид = 36 g кислород + 24 g сяра

= 60 g

Хлор и магнезий

Хлорът и магнезият се комбинират в съотношение 2,95 g хлор за всеки g магнезий. а) Определете масите на хлора и магнезия, необходими за получаване на 25 g магнезиев хлорид. б) Какъв е процентният състав на магнезиевия хлорид?

Част А)

Въз основа на стойността 2,95 за съотношението Cl: Mg, може да се направи следния подход:

2.95 грама от Cl + 1 г Mg => 3,95 грама на MgCl ₂

Тогава:

г Cl = 25 г MgCl ₂ · (2.95 г хлорид / 3,95 грама MgCl ₂)

= 18.67

г Mg = 25 г MgCl ₂ · (1 г Mg / 3,95 грама MgCl ₂)

= 6.33

След това 18.67 g хлор се комбинира с 6.33 g магнезий за получаване на 25 g магнезиев хлорид.

Част б)

Първо се изчислява молекулната маса на магнезиевия хлорид, MgCl ₂:

Молекулно тегло MgCl ₂ = 24,3 g / mol + (2 35,5 g / mol)

= 95,3 g / mol

Процент магнезий = (24.3 g / 95.3 g) x 100%

= 25,5%

Процент хлор = (71 g / 95.3 g) x 100%

= 74,5%

Закон с множество пропорции или закон на Далтън

Законът е обявен през 1803 г. от френския химик и метеоролог Джон Далтън въз основа на наблюденията му относно реакциите на атмосферните газове.

Законът беше заявен по следния начин: „Когато елементите се комбинират, за да се получат повече от едно съединение, променлива маса на единия се присъединява към фиксирана маса на другата и първата има отношение на канонични и неясни числа“.

Също така: "Когато два елемента се комбинират, за да произведат различни съединения, като се има предвид фиксирано количество на едно от тях, различните количества на другия елемент, които се комбинират със споменатото фиксирано количество за получаване на съединенията, са във връзка с прости числа."

Джон Далтън направи първото модерно описание на атома като компонент на химичните елементи, когато посочи, че елементите са изградени от неделими частици, наречени атоми.

В допълнение, той постулира, че съединенията се образуват, когато атоми на различни елементи се комбинират помежду си в прости съотношения с цяло число.

Далтън завърши разследващите работи на Пруст. Той посочи наличието на два калаени оксида с проценти 88,1% и 78,7% калай със съответните проценти кислород, 11,9% и 21,3%, съответно.

-Calculations

Вода и водороден пероксид

Покажете, че съединенията вода, H ₂ O и водороден пероксид, H ₂ O ₂, отговарят на закона за множество пропорции.

Атомно тегло на елементите: H = 1 g / mol и кислород = 16 g / mol.

Молекулните тегла на съединенията: H ₂ O = 18 грама / мол и H ₂ O ₂ = 34 гр / мол.

Водородът е елемент с фиксирано количество в H ₂ O и H ₂ O ₂, така че ще се установи съотношението между О и Н и в двете съединения.

Съотношение O / H в Н ₂ О = (16 г / мол) / (2 г / мол)

= 8/1

Съотношение O / H в H ₂ O ₂ = (32 g / mol) / (2 g / mol)

= 16/1

Връзка между двете пропорции = (16/1) / (8/1)

= 2

Значи съотношението О / Н на водороден пероксид към вода е 2, просто цяло число. Следователно е доказано спазването на Закона за множествените пропорции.

Азотни оксиди

Какво маса на кислород се комбинира с 3.0 грама от азот в) на азотен оксид, NO и б) азотен диоксид, NO ₂. Покажете, че NO и NO ₂ съответстват на закона за множествените пропорции.

Маса на азот = 3 g

Атомни тегла: азот, 14 g / mol, и кислород, 16 g / mol.

Изчисленията

В НЕ един N атом се комбинира с 1 O атом, така че масата на кислорода, която се комбинира с 3 g азот, може да бъде изчислена чрез следния подход:

g O = g азот · (PA. O / PA. N)

= 3 g (16 g / mol / 14 g / mol)

= 3.43 g O

В NO ₂, един N атом се комбинира с 2 О атоми, така че масата на кислорода, която се комбинира, е:

g кислород = 3 g (32 g / mol / 14 g / mol)

= 6.86 g O

Съотношение O / N в NO = 3,43 g O / 3 g N

= 1,143

Съотношение O / N в NO ₂ = 6,86 g O / 3 g N

= 2,282

Стойност на връзката между O / N пропорциите = 2,282 / 1,143

= 2

И така, стойността на съотношението O / N е 2, просто цяло число. Следователно Законът за множествените пропорции е изпълнен.

Закон за реципрочни пропорции

Този закон, формулиран от Рихтер и Карл Ф. Венцел поотделно, установява, че масовите пропорции на две съединения с общ елемент ни позволяват да определим съотношението на трето съединение сред останалите елементи, ако те реагират.

Например, ако имате двете съединения AB и CB, можете да видите, че общият елемент е B.

Законът на Рихтер-Венцел или законът за взаимните пропорции гласи, че знаейки колко A реагира с B, за да даде AB, и колко C реагира с B, за да даде CB, можем да изчислим масата на A, която е необходима, за да реагира с a маса на С до образуване на променлив ток.

И резултатът е, че съотношението A: C или A / C трябва да е кратно или подмножество на A / B или C / B. Този закон обаче не винаги е изпълнен, особено когато елементите представят различни окислителни състояния.

От всички пондерални закони това е може би най-„абстрактното“ или сложното. Но ако го анализирате от математическа гледна точка, ще се види, че се състои само от коефициенти на преобразуване и анулиране.

-Примери

метан

Ако е известно, че 12 g въглерод реагира с 32 g кислород, за да образува въглероден диоксид; и че, от друга страна, 2 g водород реагира с 16 g кислород, за да образува вода, тогава масовите пропорции C / O и H / O за CO ₂ и H ₂ O, съответно, могат да бъдат оценени.

Изчислявайки C / O и H / O, имаме:

С / О = 12 g С / 32 г О

= 3/8

H / O = 2g H / 16gO

= 1/8

Кислородът е общият елемент и искате да знаете колко въглерод реагира с водород, за да произведе метан; това означава, че искате да изчислите C / H (или H / C). След това е необходимо да се направи разделение на предишните пропорции, за да се покаже дали е изпълнена респективността или не:

C / H = (C / O) / (H / O)

Обърнете внимание, че по този начин O се анулират и C / H остава:

С / Н = (3/8) / (1/8)

= 3

И 3 е кратно на 3/8 (3/8 x 8). Това означава, че 3 g С реагира с 1 g Н, за да даде метан. Но, за да можете да го сравните с CO ₂, умножете C / H по 4, което е равно на 12; това дава 12 g С, който реагира с 4 g Н, за да образува метан, което също е вярно.

Магнезиев сулфид

Ако е известно, че 24 g магнезий реагират с 2 g водород, образувайки магнезиев хидрид; Освен това, 32 g сяра реагира с 2 g водород, за да образува сероводород, общият елемент е водород и искаме да изчислим Mg / S от Mg / H и H / S.

След това, изчислявайки Mg / H и H / S отделно, имаме:

Mg / H = 24g Mg / 2g H

= 12

H / S = 2g H / 32gS

= 1/16

Въпреки това е удобно да използвате S / H за отмяна на H. Следователно, S / H е равно на 16. След като това е направено, пристъпваме към изчисляване на Mg / S:

Mg / S = (Mg / H) / (S / H)

= (12/16)

= 3/4

И 3/4 е подмножество от 12 (3/4 x 16). Съотношението Mg / S показва, че 3 g Mg реагира с 4 g сяра, образувайки магнезиев сулфид. Трябва обаче да умножите Mg / S на 8, за да можете да го сравните с Mg / H. По този начин, 24 g Mg реагира с 32 g сяра, при което се получава този метален сулфид.

Алуминиев хлорид

Известно е, че 35,5 g Cl взаимодейства с 1 g Н и образува HCl. Също така, 27 г Al реагира с 3 г Н за образуване ALH ₃. Намерете пропорцията на алуминиев хлорид и кажете дали това съединение се подчинява на закона на Рихтер-Венцел.

Отново пристъпваме към изчисляване на Cl / H и Al / H отделно:

Cl / H = 35,5 g Cl / 1 g H

= 35.5

Al / H = 27g Al / 3g H

= 9

Сега Al / Cl се изчислява:

Al / Cl = (Al / H) / (Cl / H)

= 9 / 35.5

≈ 0,250 или 1/4 (всъщност 0,253)

Тоест, 0,250 g Al взаимодейства с 1 g Cl до образуването на съответната сол. Но, отново, Al / Cl трябва да се умножи по число, което позволява да се сравнява (за удобство) с Al / H.

Неточности в изчислението

След това Al / Cl се умножава по 108 (27 / 0.250), като се получават 27 g Al, който реагира със 108 g Cl. Това не е точно така. Ако вземем за пример стойността 0,253 пъти Al / Cl и я умножим по 106,7 (27 / 0,253), ще имаме, че 27 g Al реагира със 106,7 g Cl; който е по-близо до реалността (АЮЬ ₃, с PA 35,5 г / мол за Cl).

Тук виждаме как законът на Рихтер може да започне да фалира над прецизността и злоупотребата с десетични знаци.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. Flores, J. Química (2002). Редакция Сантилана.
3. Хоакин Сан Фрутос Фернандес. (SF). Пондералните и обемни закони. Възстановено от: encina.pntic.mec.es
4. Toppr. (SF). Закони за химическо комбиниране. Възстановено от: toppr.com
5. Брилянтно. (2019). Закони за химическо комбиниране. Възстановено от: bril.org
6. Химия LibreTexts. (2015 г., 15 юли). Основни химически закони. Възстановено от: chem.libretexts.org
7. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (18 януари 2019 г.). Закон за запазване на масата. Възстановено от: thinkco.com