Zakon stalnosti sestave snovi. Zakoni ohranjanja v kemiji

Kemija sodi v kategorijo točnih znanosti, skupaj z matematiko in fiziko pa vzpostavlja zakone o obstoju in razvoju snovi, ki jo sestavljajo atomi in molekule. Vsi procesi, ki se pojavljajo v živih organizmih in med predmeti nežive narave, temeljijo na pojavu preobrazbe mase in energije. Zakon stalnosti sestave

Atomsko-molekularno poučevanje

Da bi razumeli zakone, ki urejajo materialno realnost, morate imeti idejo o tem, kaj je narejen. Glede na velik ruski znanstvenik MV Lomonosov "v temi morajo upoštevati fizike in, predvsem, kemiki, ne vedoč, notranjo strukturo delcev." To je bil tisti, ki leta 1741, najprej teoretično, nato pa potrjujejo izkušnje, odkrili zakone kemije, so osnova za proučevanje življenja in neživega snovi, in sicer: vse snovi, ki so sestavljene iz atomov, molekul, ki lahko tvorijo. Vsi ti delci so v neprekinjenem gibanju.

Odkritja in napake J. Daltona

Po 50 letih je zamisel o Lomonosovu razvil angleški znanstvenik J. Dalton. Znanstvenik je izvedel najpomembnejše izračune za določitev atomskih mas kemičnih elementov. To je bil glavni dokaz takšnih predpostavk: lahko se izračuna masa molekule in snovi, ki pozna atomsko težo delcev, ki sestavljajo njeno sestavo. Tako Lomonosov kot Dalton sta verjela, da bo, ne glede na način proizvodnje, molekula spojine vedno imela nespremenjeno kvantitativno in kvalitativno sestavo. Sprva je bilo v tej obliki, da je bil oblikovan zakon nespremenljivosti sestave snovi. Spoznavajoč ogromen prispevek Daltona k razvoju znanosti ne moremo molčati o nadležnih napakah: negaciji molekularne strukture preprostih snovi, kot so kisik, dušik, vodik. Znanstvenik je verjel, da so molekule le v kompleksnih kemične snovi. Glede na Daltonovo ogromno avtoriteto v znanstveni skupnosti so njegove napake negativno vplivale na razvoj kemije.

Kako tehtamo atome in molekule

Odkritje takega kemijskega postulata kot prava nespremenljivosti sestave snovi je postalo možno zaradi ideje o ohranjanju mase snovi, ki so se odzvale in oblikovale po njej. Poleg Daltona je merjenje atomskih mas izvajal I. Berzelius, ki je sestavil tabelo atomskih uteži kemijskih elementov in predlagal njihovo sodobno označevanje v obliki latinskih črk. Trenutno je masa atomov in molekul določena z ogljikova nanocevka. Rezultati, pridobljeni v teh študijah, potrjujejo obstoječe zakone o kemiji. Pred tem so znanstveniki uporabili napravo, kot je masni spektrometer, vendar je bila zapletena tehnika tehtanja resna pomanjkljivost v spektrometriji.

Zakaj je zakon o ohranjanju mase snovi pomemben?

Zgoraj imenovani kemijski postulat, ki ga je oblikoval MV Lomonosov, dokazuje dejstvo, da med reakcijo atomi, ki tvorijo reagente in izdelke, nikjer ne izginejo in se iz nič ne pojavijo. Njihova količina ostane nespremenjena pred in po kemijskem postopku. Ker je masa atomov konstantna, to dejstvo logično pripelje do zakona o ohranjanju mase in energije. Poleg tega je znanstvenik navedel to pravilnost kot univerzalno načelo narave, ki potrjuje medsebojno preoblikovanje energije in nespremenljivost sestave snovi.

Proustove zamisli kot potrditev atomsko-molekularne teorije

Naj se obrnemo k odkritju takega postulata kot zakona nespremenljivosti sestave. Kemija konca 18. in začetka 19. stoletja je bila znanost, v okviru katere so se ukvarjali znanstveni spori med dvema francoskima znanstvenicoma J. Proustom in C. Bertholletom. Prvi je trdil, da je sestava snovi, nastalih kot posledica kemijske reakcije, odvisna predvsem od narave reagentov. Berthollet je bil prepričan, da relativna količina medsebojno vplivnih snovi vpliva tudi na sestavo spojin-reakcijskih produktov. Večina kemikov na začetku raziskave je podprla ideje Prousta, ki so jih oblikovali takole: sestava kompleksne spojine je vedno stalna in ni odvisna od tega, kako je bila sprejeta. Vendar pa je nadaljnja študija tekočih in trdnih raztopin (zlitin) potrdila misli K. Berthollet. Za te snovi je bil zakon nespremenljivosti sestave neuporaben. Poleg tega ne deluje za spojine z ionsko kristalno rešetko. Sestava teh snovi je odvisna od metod, s katerimi so izvlečeni.

Vsaka kemična snov, ne glede na način priprave, ima stalno kvalitativno in kvantitativno sestavo. Ta formulacija je značilna za pravo nespremenljivosti sestave snovi, ki jo je leta 1808 predlagal J. Proust. Kot dokaz, navaja naslednje figurativne primere: malaški sir iz Siberije ima enako sestavo kot mineralno minirano v Španiji - na svetu je samo en cinabaritni material, ne glede na to, na katerem področju je bilo pridobljeno. Tako je Proust poudaril stalnost sestave snovi, ne glede na kraj in način ekstrakcije.

Brez izjem ni nobenih pravil

Iz zakona nespremenljivosti sestave sledi, da se pri oblikovanju kompleksne spojine kemični elementi v določenih masnih razmerjih kombinirajo med seboj. Kmalu v kemični znanosti so se pojavili podatki o obstoju snovi, ki imajo spremenljivo sestavo, kar je odvisno od načina proizvodnje. Ruski znanstvenik M. Kurnakov je predlagal, da te spojine berthollide, na primer titanov oksid, težka voda, cirkonijev nitrid.

Te snovi imajo drugačno količino drugega elementa na en del po teži enega elementa. Tako je v binarni spojini bizmuta z galijem en del teže galija 1,24 do 1,82 delov bizmuta. Kasneje so kemiki ugotovili, da poleg kombiniranja kovin med seboj tudi snovi, ki ne spoštujejo prava nespremenljivosti sestave, je v takem razred anorganskih spojin, kot oksidi. Bertolidi so značilni tudi za sulfide, karbide, nitride in hidride.

Vloga izotopov

Ko je imel na razpolago zakon stalnosti snovi, bi lahko kemija kot natančna znanost povezala težo, značilno za spojino, z izotopsko vsebino elementov, ki ga tvorijo. Spomnimo se, da izotopi upoštevajo atome enega kemijskega elementa z enakim protonom, vendar različnimi nukleonskimi številkami. Ob upoštevanju prisotnosti izotopov je jasno, da je lahko masni sestavek spojine spremenljiv, če so elementi, ki vstopajo v to snov, stalni. Če element poveča vsebino katerega koli izotopa, se spremeni tudi masa sestave snovi. Na primer, navadna voda vsebuje 11% vodika, težka voda, ki jo tvori njegov izotop (devterij), je 20%.

Značilnosti bertholidov

Kot smo že pojasnili, ohranitveni zakoni v kemiji potrjujejo temeljne predloge atomsko-molekularne teorije in so absolutno resnični za snovi konstantne sestave-daltonide. Bertholidi imajo meje, v katerih je mogoče spremeniti dele teže elementov. Na primer, pri oksidu tetravalentnega titana je en del po teži kovine od 0,65 do 0,67 delov kisika. Snovi nestandardne sestave nimajo molekularne strukture, njihove kristalne rešetke sestavljajo atomi. Zato kemične formule spojin odražajo le meje njihove sestave. Različne snovi so različne. Temperatura lahko vpliva tudi na interval spremembe teže sestave elementov. Če dva kemična elementa tvorita več bertholidov med seboj, potem tudi zakon večkratnih odnosov ni uporaben.

Iz vseh zgornjih primerov sklepamo: teoretično v kemiji obstajata dve skupini snovi: s konstantno in spremenljivo sestavo. Prisotnost v naravi teh spojin služi kot odlična potrditev atomsko-molekularne teorije. Toda zakon nespremenljivosti sestave sama v kemični znanosti ni več dominanten. Ampak to jasno ilustrira zgodovino njenega razvoja.