При химических реакциях молекулы одних веществ превращаются в молекулы других веществ. Атомы элементов при химических реакциях не изменяются.

Молекулы могут состоять из одного, нескольких и даже многих тысяч атомов (молекулы белков).

Законы сохранения массы и энергии являются одними из основных законов физики и химии. Они были открыты М. В. Ломоносовым в 1748 г., но человечество узнано о законе сохранения массы из уст Л. Лавуазье на 50 лет позже: масса вступивших в реакцию веществ равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

С точки зрения атомно-молекулярного учения этот закон объясняется тем, что при химических реакциях общее количество атомов не изменяется, а происходит лишь их перегруппировка. С открытием этого закона связывают возникновение современной химии, как точной науки.

С законом сохранения массы тесно связан закон сохранения энергии: энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, одни её виды могут превращаться в другие в строго эквивалентных количествах.

Так, при разложении воды, кислот, щелочей или солей посредством электрического тока электрическая энергия превращается в химическую. То же наблюдается при зарядке аккумулятора. Обратный процесс, превращение химической энергии в электрическую, происходит при разрядке аккумулятора.

Альберт Эйнштейн показал, что между изменением массы тела и изменением его энергии Е существует связь, выражаемая соотношением:

DE = -Dmc²

где с - скорость света в вакууме, равная 300 000 км/с. Это уравнение применимо ко всем энергетическим процессам, в том числе к химическим и ядерным реакциям. Из этого соотношения следует, что если масса системы изменяется, то происходит изменение и её энергии, и наоборот, изменение внутренней энергии системы всегда сопровождается изменением массы.

При протекании химических реакций всегда выделяется или поглощается энергия, поэтому и масса веществ, участвующих в этих реакциях, должна изменяться: при выделении теплоты — уменьшаться, а при поглощении — увеличиваться. Однако вследствие очень большой величины множителя с² изменения массы при химических реакциях настолько малы, что определить их существующими методами невозможно, но дефект масс при протекании ядерных реакций достаточно велик (примеры 1.1-1.3).

Рассчитаем, например, какой энергии соответствует изменение массы на 1 г:

Е = 1·10^-3·(3·10⁸)² = 9·10¹³ Дж.

При образовании 1 моля воды из газообразных водорода и кислорода выделяется 285,9 кДж энергии, уменьшение массы при этом составит 3,2·10^-8 г. Эта величина далеко за пределами возможностей взвешивания.

Тепловые эффекты химических реакций таковы по своей величине, что изменение массы веществ в их результате не могут быть измерены, поэтому закон сохранения массы веществ соблюдается практически при всех химических реакциях.

Закон постоянства состава. В начале XIX века возник спор между Луи Жозефом Прустом (1755-1826) и Клодом Луи Бертолле (1748-1822), суть которого заключалась в том, соединяются ли вещества в некоторых определенных соотношениях, зависящих от их природы, или же соотношения эти неопределенны, переменны и зависят исключительно от массы входящих в реакцию веществ.

В первом случае следовало ожидать образование немногих соединений, резко отличающихся по составу, вл втором ¾ должен был бы получиться ряд таких соединений с постепенно изменяющимся составом. В первом случае состав любого вещества должен быть вполне определенным и не зависящим от способа его получения, а во втором эта определенность состава исключалась.

В общем, спор шел о том, происходит ли изменение состава скачками или непрерывно.

Сторонником теории непрерывного изменения состава веществ выступил Бертолле, скачкообразного ¾ Пруст. В результате полемики продолжавшейся несколько лет (1801-1807) признание химиков получили взгляды Пруста. Тем самым был установлен второй основной закон химии ¾ закон постоянства состава: каждое химическое соединение имеет постоянный качественный и количественный состав независимо от способа его получения. Этот закон был сформулирован Прустом в 1799 г. 

Он находится в полном соответствии с атомно-молекулярным учением. Молекула любого вещества состоит из вполне определённого количества атомов, имеющих постоянную массу, поэтому её массовый состав и, следовательно, массовый состав вещества будут постоянны независимо от способа его получения. Такие соединения называются дальтониды.

Закону постоянства состава подчиняются главным образом вещества, состоящие из молекул. Вещества не имеющие молекулярной структуры могут иметь переменный состав. 

Соединения переменного состава, называемые бертоллиды, существуют и с каждым годом их открывают всё больше. Переменный состав бертоллидов связан с существованием дефектов в кристаллических структурах.

Впервые бертоллиды обнаружены в системах состоящих из нескольких металлов (интерметаллические соединения), затем среди оксидов, сульфидов, селенидов и др. Так, оксид титана (II) имеет состав от ТiO_0,59-1,33, в соединении таллия с висмутом на 1 весовую часть таллия приходится от 1,24 до 1,82 весовых частей висмута. В природе бертоллиды распространены значительно шире, чем дальтониды.

Отклонения от закона постоянства состава могут быть обусловлены и наличием в природе изотопов. Так, для водорода известны три изотопа с массовыми числами 1 (протий), 2 (дейтерий) и 3 (тритий). В молекулах воды, образованные первым, вторым или третьим изотопом, на 1 атом кислорода приходятся 2 атома водорода (качественный состав постоянен), однако процентное содержание кислорода в этих соединениях переменно и составляет соответственно 88,89; 80 и 72,73%. Об этих исключения надо помнить.