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.

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. Малахит из Сибири имеет тот же состав, как и малахит из Испании. Во всем мире есть лишь одна киноварь".

 

В этой формулировке закона, как и в приведенной выше, подчеркивается постоянство состава соединения независимо от способа получения и места нахождения.

Чтобы получить сульфид железа(II), мы смешивали железо и серу в соотношении 7:4.

Посмотрите видео-эксперимент.

Если смешать их в другой пропорции, например 10:4, то химическая реакция произойдет, но 3 г железа в реакцию не вступит. Почему наблюдается такая закономерность? Известно, что в сульфиде железа (II) на каждый один атом железа приходится один атом серы. Следовательно, для реакции нужно брать вещества в таких массовых соотношениях, чтобы сохранялось соотношение атомов железа и серы (1:1). Поскольку численные значения атомных масс Fe, S и их относительных атомных масс A_r(Fe), A_r(S) совпадают, можно записать:A_r(Fe):A_r(S) = 56:32 = 7:4. Отношение 7:4 сохраняется постоянно, в каких бы единицах массы ни выражать массу веществ (г, кг, т, а.е.м.). Большинство химических веществ обладает постоянным составом.

Рис. Кристаллическая решетка сульфида железа(II)

 

Развитие химии показало, что наряду с соединениями постоянного состава существуют соединения переменного состава. По предложению Н.С. Курнакова 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 Н₂О, НCl, ССl₄, СO₂. Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиометрическим отношениям.

Дальтониды – вещества постоянного качественного и количественного состава, которые не зависят от способа их получения.

Бертоллиды – соединения переменного состава, не подчиняющиеся законам постоянства состава вещества и закону кратных отношений

Пример: V_0.9-1.3, TiO_1.46-1.56

В связи с наличием соединений переменного состава в современную формулировку закона постоянства состава следует внести уточнение.

В связи с наличием соединений переменного состава в современную формулировку закона постоянства состава следует внести уточнение.

Cостав соединений молекулярной структуры, т.е. состоящих из молекул, - является постоянным независимо от способа получения. Состав же соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.

Поскольку атомы имеют постоянную массу, то и массовый состав вещества в целом постоянен.

На основе закона постоянства состава вещества можно производить различные расчеты.

Задача №1. В каких массовых отношениях соединяются химические элементы в серной кислоте, химическая формула которой H₂SO₄?

Решение:

Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов:
Ar(H)=1, Ar(S)=32, Ar(O)=16.

Определим массовые отношения этих элементов в формуле H₂SO₄

m(H): m(S): m(O) = 2Ar(H): Ar(S): 4Ar(O) = 2: 32: 64 = 1: 16: 32

Таким образом, чтобы получить 49 г серной кислоты (1+16+32=49), необходимо взять 1 г - Н, 16 г - S и 32 г - О.

Задача №2. Водород соединяется с серой в массовых отношениях 1:16. Используя данные об относительных атомных массах этих элементов, выведите химическую формулу сероводорода.

Решение:

Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов: Ar(H)=1, Ar(S)=32.

Обозначим количество атомов водорода в формуле - х, а серы - у: Н_хS_у

m(H): m(S) = хAr(H): уAr(S)= х1: у32 = (2х1): (1х32) = 2: 32 = 1: 16

Следовательно, формула сероводорода Н₂S

Задача №3. Выведите формулу сульфата меди, если массовые отношения в нём меди, серы и кислорода соответственно равны 2:1:2?

Решение:

Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов:

Ar(Cu)=64, Ar(S)=32, Ar(O)=16.

Обозначим количество атомов меди в формуле - х, серы - у, а кислорода - z: Cu_xS_yO_z

m(Cu): m(S): m(O) = хAr(Cu): уAr(S): zAr(O) = x64: y32: z16 = (1х64): (1х32): (4*16) = 64:32:64 = 2:1:2

 

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

 

Решите задачи

№1. Применяя сведения об относительных атомных массах химических элементов, вычислите массовые отношения элементов в угольной кислоте, химическая формула которой H₂CO₃.

№2. Определите массу кислорода, реагирующего без остатка с 3 г водорода, если водород и кислород в данном случае соединяются соответственно в соотношении 1:8?

№3. Углерод и кислород в углекислом газе соединяются в массовых отношениях 3:8.

Выведите химическую формулу углекислого газа

№4. Определите массу водорода, реагирующего без остатка с 48 г кислорода, если водород и кислород в данном случае соединяются в соотношеннии 1:8.