Учебник по Химии.
Закон сохранения массы вещества. Закон постоянства вещества.
Закон сохранения массы вещества. Рассмотрим в свете атомно-молекулярного учения основные законы химии: сохранения массы веществ, постоянства состава, объемных отношений и закон Авогадро. Эти законы подтверждают атомно-молекулярное учение — основу новой химии1. В свою очередь, атомно-молекулярное учение объяснило основные законы химии. Закон сохранения массы веществ впервые сформулирован в 1748 г.М. В. Ломоносовым. Позднее (в 1756 г.) он экспериментально обосновал этот закон. Современная формулировка закона такова: масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Независимо от Ломоносова этот закон сформулировал в 1789 г.французский химик Лавуазье. Он также получил экспериментальные доказательства закона, изучив многие реакции окисления металлов. Закон сохранения массы веществ может быть объяснен с точки зрения атомно-молекулярного учения так: при химических реакциях атомы не исчезают и не могут .возникнуть из ничего; общее число атомов остается постоянным до и после реакции. Например, при взаимодействии двухатомных молекул водорода и хлора должно образоваться столько молекул НС), чтобы число атомов водорода и хлора осталось равным двум, т.е. две молекулы:Н2+ Cl2= 2HCl И, поскольку атомы имеют постоянную массу, не меняется и масса веществ до и после реакции. Закон сохранения массы веществ М.В. Ломоносов связывал с законом сохранения энергии (количества движения). Он рассматривал эти законы в единстве как всеобщий закон природы, и сформулировал его (1748) следующим образом: «Все перемены в натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оные у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».Таким образом, законы сохранения массы веществ и сохранения энергии ~ это две стороны единого закона природы — закона вечности материи и ее движения. Взгляды Ломоносова подтверждены современной наукой. Взаимосвязь массы и энергии (она рассматривается в физике) выражается уравнением Эйнштейна: Е=mc
2, где Е — энергия; m — масса; c — скорость света в вакууме. Закон сохранения массы веществ дает материальную основу для составления уравнений химических реакций. Опираясь на него, можно производить расчеты по химическим уравнениям. Закон постоянства состава вещества. К основным законам химии относится закон постоянства состава. Всякое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав . Рассмотрим, например, состав оксида углерода (IV) углекислого газа) СО
2 Он состоит из углерода и кислорода (качественный состав). Содержание углерода в С0
2 27,27%, кислорода — 72,73% (количественный состав). Получить углекислый газ можно многими способами: синтезом из углерода и кислорода, из оксида углерод (II) и кислорода, действием кислот на карбонаты и др. Во всех случаях чистый оксид углерода (IV) будет иметь приведенный выше состав независимо от способа получения.
Атомно-молекулярное учение позволяет объяснить закон постоянства состава. Поскольку атомы имеют постоянную массу, то и массовый состав вещества в целом постоянен.
Закон постоянства состава впервые сформулировал французский ученый-химик Ж. Пруст в 1808 г. Он писал: «От одного полюса Земли до другого соединения имеют одинаковый состав и одинаковые свойства. Никакой разницы нет между оксидом железа из Южного полушария и Северного. Развитие химии показало, что наряду с соединениями постоянного состава существуют соединения переменного состава. Первые названы дальтонидами (в память английского химика и физика Дальтона), вторые — бертоллидами (в память французского химика Бертолле, предвидевшего такие соединения). Состав дальтонидов выражается простыми формулами с целочисленными стехиометрическими индексами, например Н 2О , НС1, CCl4, C02. Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиометрическим отношениям. Например, состав оксида урана (IV) обычно выражают формулой U0
з. На самом деле он имеет состав от UO
2,5 до UO
3. Кроме состава ZnN, имеются нитриды ZrNo,59 ZrNo,69 ZrNo,69 , ZrNo.89. бертоллиды встречаются среди оксидов, гидридов, сульфидов, нитридов, карбидов (соединения с углеродом), силицидов (соединения с кремнием) и других неорганических веществ, имеющих кристаллическую структуру. В связи с наличием соединений переменного состава в современную формулировку закона постоянства состава следует внести уточнение. Состав соединений молекулярной структуры, т. е. Состоящих из молекул, является постоянным независимо от способа получения. Состав же соединений с иемолекуляриой структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения. Например, состав оксида ванадия (11) зависит от температуры и давление кислорода, применяемого при синтезе. Надо также учитывать изотопный состав элементов: обычная вода, например, содержит 11,19% водорода, а тяжелая вода — 20% .