KAKŠNI SO TEŽO ZAKONI KEMIJE? (PRIMERI) - KEMIJA - 2026

V ponderal zakoni kemije so tiste, ki so pokazali, da se mase snovi, ki reagirajo ne naredi poljubno ali naključno; vendar z ohranjanjem konstantnega matematičnega deleža celih števil ali njihovih podmnožic, v katerih atomi elementov ne nastajajo niti ne uničijo.

V preteklosti je bilo za vzpostavitev teh zakonov potrebno izredno veliko razmišljanje; kajti čeprav se zdaj zdi preveč očitno, pred atomsko in molekularno maso elementov oziroma spojin sploh nismo poznali.

Vir: Jeff Keyzer iz Austina, TX, ZDA

Ker ni bilo natančno znano, koliko je enak en mol atomov vsakega elementa, so se kemiki v 18. in 19. stoletju morali zanesti na mase reaktantov. Tako so bila rudimentarna analitična tehtnica (zgornja slika) neločljivo spremljevalec med stotimi poskusi, potrebnimi za določitev zakonitosti teže.

Zaradi tega, ko preučujete te zakone kemije, vsak trenutek naletite na množične meritve. Zahvaljujoč temu smo z ekstrapoliranjem rezultatov poskusov ugotovili, da se čiste kemijske spojine vedno tvorijo z enakim masnim deležem njihovih sestavnih elementov.

Zakon ohranjanja mase

Ta zakon pravi, da je v kemični reakciji skupna masa reaktantov enaka skupni masi produktov; dokler je obravnavani sistem zaprt in ne pride do izmenjave mase in energije z okolico.

Pri kemijski reakciji snovi ne izginejo, temveč se preoblikujejo v druge snovi enake mase; od tod znameniti stavek: "nič se ne ustvari, nič se ne uniči, vse se preoblikuje".

Zgodovinsko gledano je zakon ohranjanja mase v kemijski reakciji prvič predlagal leta 1756 Mihail Lomonsov, ki je rezultate svojih poskusov prikazal v svojem dnevniku.

Kasneje leta 1774 je francoski kemik Antoine Levoisier predstavil rezultate svojih poskusov, ki so to omogočili; ki ga nekateri imenujejo tudi Lavoisierjev zakon.

-Lavoisierjevi poskusi

V Lavoisierjevem času (1743-1794) je obstajala Phlogistonova teorija, po kateri so telesa lahko vžgala ali sežgala. Lavoisierjevi poskusi so to teorijo lahko zavrgli.

Lavoisier je izvedel številne poskuse zgorevanja kovin. Materiale pred in po zgorevanju je skrbno stehtal v zaprti posodi in ugotovil, da je prišlo do očitnega povečanja teže.

Toda Lavoiser je na podlagi svojega znanja o vlogi kisika pri zgorevanju ugotovil, da je povečanje telesne mase pri zgorevanju posledica vključitve kisika v gorilni material. Rodil se je koncept kovinskih oksidov.

Zato je vsota mas kovin, ki so bile izpostavljene zgorevanju, in kisika ostala nespremenjena. Ta sklep je omogočil vzpostavitev zakona o ohranjanju maše.

-Bilance enačb

Zakon o ohranjanju mas je določil potrebo po uravnoteženju kemijskih enačb, ki zagotavljajo, da je število vseh elementov, ki sodelujejo v kemični reakciji, tako kot reaktanti bodisi kot proizvodi, popolnoma enako.

To je bistvena zahteva za natančnost izvedbe stehiometričnih izračunov.

- Izračunavanje

Vodni moli

Koliko molov vode lahko nastane med zgorevanjem 5 molov metana v presežku kisika? Pokažite tudi, da velja zakon o ohranjanju snovi.

CH ₄ + 2 O ₂ => CO ₂ + 2H ₂ O

Z upoštevanjem uravnotežene enačbe reakcije se sklene, da 1 mol metana proizvede 2 mola vode.

Težavo lahko rešimo neposredno s preprostim pristopom, saj nimamo 1 mola, ampak 5 molov CH ₄ :

Molov vode = 5 molov CH ₄ (2 mol H ₂ O / 1 molom CH ₄ )

= 10

To bi bilo enakovredno 180 g H ₂ O. Tako _{je nastalo} tudi 5 mol ali 220 g CO ₂ , kar je skupno v masi 400 g izdelkov.

Tako je za izpolnitev zakona o ohranitvi snovi potrebno reagirati 400 g reagentov; nič več nič manj. Od teh 400 g 80 g ustreza 5 molom CH ₄ (pomnoženo z njegovo molekulsko maso 16 g / mol) in 320 g do 10 molov O ₂ (na enak način z molekulsko maso 32 g / mol ).

Izgorevanje magnezijevega traku

V zaprti posodi, ki je vsebovala 0,80 g kisika, je zgorelo 1,50 g magnezijevega traku. Po zgorevanju je v posodi ostalo 0,25 g kisika. a) Kakšna masa kisika je reagirala? b) Koliko magnezijevega oksida je nastalo?

Masa kisika, ki je reagiral, se pridobi s preprosto razliko.

Masa porabljenega kisika = (začetna masa - preostala masa) kisika

= 0,80 g - 0,25 g

= 0,55 g O ₂ (a)

Po zakonu ohranjanja množice oz.

Masa magnezijevega oksida = masa magnezija + masa kisika

= 1,50 g + 0,55 g

= 2,05 g MgO (b)

Zakon določenih razmerij

Joseph Louis Proust (1754–1826), francoski kemik, je spoznal, da v kemijski reakciji kemični elementi vedno reagirajo v fiksnih razmerjih mas, da tvorijo posebno čisto spojino; zato je njegova sestava konstantna, ne glede na izvor ali izvor ali kako se sintetizira.

Proust je leta 1799 izjavil zakon določenih razmerij, ki pravi, da: "Če se dva ali več elementov združi v tvorbo spojine, to storijo v fiksnem masnem razmerju." Torej, to razmerje je določeno in ni odvisno od strategije, ki jo bomo uporabili za pripravo spojine.

Ta zakon je znan tudi kot zakon stalne sestave, ki pravi, da: "Vsaka kemična spojina v stanju čistosti vsebuje vedno iste elemente, v konstantnem deležu mase."

-Ilustracija zakona

Železo (Fe) reagira z žveplom (S) in tvori železov sulfid (FeS), opazimo lahko tri situacije (1, 2 in 3):

Če želite najti delež, v katerem se elementi kombinirajo, večjo maso (Fe) razdelite na manjšo maso (S). Izračun daje razmerje 1,75: 1. Ta vrednost se ponovi v treh pogojih (1, 2 in 3), kjer dobimo enak delež, čeprav se uporabljajo različne mase.

To pomeni, da je 1,75 g Fe kombinirano z 1,0 g S, da dobimo 2,75 g FeS.

-Prijave

Z uporabo tega zakona je mogoče natančno vedeti mase elementov, ki jih je treba kombinirati, da dobimo želeno maso spojine.

Na ta način je mogoče pridobiti informacije o presežni masi nekaterih elementov, ki sodelujejo v kemični reakciji, ali o omejevalnem reagentu.

Poleg tega se uporablja za poznavanje stoletne sestave spojine, na podlagi slednje pa lahko določimo formulo spojine.

Centesimalna sestava spojine

Ogljikov dioksid (CO ₂ ) nastane v naslednji reakciji:

C + O ₂ => CO ₂

12 g ogljika združuje 32 g kisika, da dobimo 44 g ogljikovega dioksida.

Torej odstotek ogljika je enak

Odstotek ogljika = (12 g / 44 g) 100%

= 27,3%

Odstotek kisika = (32 g / 44 g) 100%

Odstotek kisika = 72,7%

Z uporabo izjave zakona o stalni sestavi je mogoče ugotoviti, da ogljikov dioksid vedno sestavlja 27,3% ogljika in 72,7% kisika.

- Izračunavanje

Žveplov trioksid

Z reakcijo v različnih posodah dobimo 4 g in 6 g žvepla (S) s kisikom (0), 10 g in 15 g žveplovega trioksida (SO ₃ ).

Zakaj so bile pridobljene take količine žveplovega trioksida in ne drugih?

Izračunajte tudi količino žvepla, potrebno za združitev s 36 g kisika, in maso dobljenega žveplovega trioksida.

Del A)

V prvi posodi zmešamo 4 žvepla z X g kisika, da dobimo 10 g trioksida. Če uporabimo zakon ohranjanja mase, se lahko odločimo za maso kisika, ki se je združila z žveplom.

Masa kisika = 10 g kisikovega trioksida - 4 g žvepla.

= 6 g

V posodi zmešamo 6 g žvepla z X g kisika, da dobimo 15 žveplovega trioksida.

Masa kisika = 15 g žveplovega trioksida - 6 g žvepla

= 9 g

Nato nadaljujemo z izračunom razmerja O / S za vsak vsebnik:

Razmerje O / S v položaju 1 = 6 g O / 4 g S

= 1,5 / 1

Razmerje O / S v položaju 2 = 9 g O / 6 g S

= 1,5 / 1

Kar je v skladu s tistim, ki je zapisano v zakonu določenih razmerij, kar pomeni, da se elementi vedno kombinirajo v enakem razmerju in tvorijo določeno spojino.

Tako so pridobljene vrednosti pravilne in tiste, ki ustrezajo uporabi zakona.

Del b)

V prejšnjem razdelku je bila za razmerje O / S izračunana vrednost 1,5 / 1.

g žvepla = 36 kisika (1 g žvepla / 1,5 g kisika)

= 24 g

g žveplovega trioksida = 36 g kisika + 24 g žvepla

= 60 g

Klor in magnezij

Klor in magnezij sta združena v razmerju 2,95 g klora na vsak g magnezija. a) Določite mase klora in magnezija, ki sta potrebna za pridobivanje 25 g magnezijevega klorida. b) Kakšna je odstotna sestava magnezijevega klorida?

Del A)

Na podlagi vrednosti 2,95 za razmerje Cl: Mg lahko naredimo naslednji pristop:

2,95 g Cl + 1 g Mg => 3,95 g MgC ₂

Nato:

g Cl = 25 g MgC ₂ · (2,95 g Ci / 3,95 g MgCl ₂ )

= 18,67

g Mg = 25 g MgC ₂ · (1 g Mg / 3,95 g MgCl ₂ )

= 6,33

Nato 18,67 g klora združimo s 6,33 g magnezija, da dobimo 25 g magnezijevega klorida.

Del b)

Najprej izračunajte molekulsko maso magnezijevega klorida, MgCl ₂ :

Molekularna teža MgCl ₂ = 24,3 g / mol + (2 35,5 g / mol)

= 95,3 g / mol

Odstotek magnezija = (24,3 g / 95,3 g) x 100%

= 25,5%

Odstotek klora = (71 g / 95,3 g) x 100%

= 74,5%

Zakon več proporcij ali Daltonov zakon

Zakon je leta 1803 razglasil francoski kemik in meteorolog John Dalton na podlagi njegovih opažanj glede reakcij atmosferskih plinov.

Zakon je bil naveden na naslednji način: "Kadar se elementi združijo, da se dobi več kot ena spojina, se spremenljiva masa enega od njih pridruži fiksni masi druge in prva ima razmerje med kanoničnimi in nejasnimi števili."

Tudi: "Če sta dva elementa združena, da nastanejo različne spojine, glede na določeno količino ene od njih, so različne količine drugega elementa, ki se združujejo z omenjeno fiksno količino, da nastanejo spojine, v razmerju do preprostih celih števil."

John Dalton je prvi sodobni opis atoma sestavil kot sestavino kemijskih elementov, ko je opozoril, da so sestavljeni iz nedeljivih delcev, imenovanih atomi.

Poleg tega je predpostavil, da se spojine tvorijo, kadar se atomi različnih elementov kombinirajo med seboj v preprostih razmerjih s celim številom.

Dalton je končal preiskovalna dela Prousta. Izpostavil je obstoj dveh kositrnih oksidov z 88,1% in 78,7% kositra z ustreznimi odstotki kisika, 11,9% in 21,3%.

- Izračunavanje

Voda in vodikov peroksid

Pokažite, da spojine voda, H ₂ O in vodikov peroksid, H ₂ O ₂ , ustrezajo zakonu več deležev.

Atomska teža elementov: H = 1 g / mol in kisik = 16 g / mol.

Molekularna teža spojin: H ₂ O = 18 g / mol in H ₂ O ₂ = 34 g / mol.

Vodik je element s fiksno količino v H ₂ O in H ₂ O ₂ , zato se določi razmerja med O in H v obeh spojinah.

Razmerje O / h H ₂ O = (16 g / mol) / (2 g / mol)

= 8/1

Razmerje O / H v H ₂ O ₂ = (32 g / mol) / (2 g / mol)

= 16/1

Razmerje med obema razmerjema = (16/1) / (8/1)

= 2

Torej je razmerje O / H vodikovega peroksida in vode 2, preprosto celo število. Zato je dokazano skladnost z zakonom večkratnih deležev.

Dušikovi oksidi

Kolikšna masa kisika se kombinira s 3,0 g dušika v a) dušikovem oksidu, NO in b) dušikovem dioksidu, NO ₂ . Pokažite, da sta NO in NO ₂ skladna z zakonom več deležev.

Masa dušika = 3 g

Atomske mase: dušik, 14 g / mol, kisik pa 16 g / mol.

Izračuni

V NO se en atom N kombinira z 1 O atomom, zato lahko maso kisika, ki združuje s 3 g dušika, izračunamo z naslednjim pristopom:

g O = g dušika · (PA. O / PA. N)

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

= 3,43 g O

V NO ₂ se en atom N kombinira z 2 O atomoma, tako da je masa kisika, ki je združena:

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

= 6,86 g O

Razmerje O / N v NO = 3,43 g O / 3 g N

= 1.143

Razmerje O / N v NO ₂ = 6,86 g O / 3 g N

= 2,282

Vrednost razmerja med razmerji O / N = 2,282 / 1,143

= 2

Torej, vrednost razmerja O / N je 2, preprosto celo število. Zato je zakon o večkratnih deležih izpolnjen.

Zakon vzajemnih razmerij

Ta zakon, ki sta ga Richter in Carl F. Wenzel oblikovala ločeno, določa, da masni deleži dveh spojin s skupnim elementom omogočajo določitev deleža tretje spojine med drugimi elementi, če reagirajo.

Če imate na primer obe spojini AB in CB, lahko vidite, da je skupni element B.

Zakon Richter-Wenzela ali zakon o vzajemnih razmerjih pravi, da lahko vemo, koliko A reagira z B, da poda AB, in koliko C reagira z B, da poda CB, lahko izračunamo maso A, ki je potrebna za reakcijo s masa C, da nastane AC.

Rezultat tega je, da mora biti razmerje A: C ali A / C večkratno ali podmnožica A / B ali C / B. Vendar pa ta zakon ni vedno izpolnjen, zlasti kadar elementi predstavljajo različna oksidacijska stanja.

Od vseh ponderalnih zakonov je to morda najbolj "abstraktno" ali zapleteno. Če pa ga analizirate z matematičnega vidika, boste videli, da je sestavljen samo iz pretvorbenih faktorjev in odpovedi.

-Primeri

Metan

Če je znano, da 12 g ogljika reagira z 32 g kisika in tvori ogljikov dioksid; in da na drugi strani 2 g vodika reagira s 16 g kisika, da tvori vodo, potem je mogoče izračunati masna razmerja C / O in H / O za CO ₂ in H ₂ O.

Za izračun C / O in H / O imamo:

C / O = 12 g C / 32 g O

= 3/8

H / O = 2 g H / 16 g O

= 1/8

Kisik je pogost element in želite vedeti, koliko ogljika reagira z vodikom, da ustvari metan; to pomeni, da želite izračunati C / H (ali H / C). Torej je treba razdeliti prejšnje deleže, da pokažemo, ali je vzajemnost izpolnjena ali ne:

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

Upoštevajte, da se na ta način O prekličejo in C / H ostane:

C / H = (3/8) / (1/8)

= 3

In 3 je večkratnik 3/8 (3/8 x 8). To pomeni, da 3 g C reagira z 1 g H, da dobi metan. Da pa ga lahko primerjamo s CO ₂ , pomnožimo C / H s 4, kar je enako 12; to daje 12 g C, ki reagira s 4 g H, da tvori metan, kar je tudi res.

Magnezijev sulfid

Če je znano, da 24 g magnezija reagira z 2 g vodika, da tvori magnezijev hidrid; Poleg tega 32 g žvepla reagira z 2 g vodika, da tvori vodikov sulfid, skupni element je vodik in želimo izračunati Mg / S iz Mg / H in H / S.

Nato izračunamo Mg / H in H / S ločeno, imamo:

Mg / H = 24g Mg / 2g H

= 12

H / S = 2g H / 32g S

= 1/16

Vendar je priročno uporabiti S / H za preklic H. Zato je S / H enak 16. Ko to storimo, nadaljujemo z izračunom Mg / S:

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

= (12/16)

= 3/4

In 3/4 je podmnožica 12 (3/4 x 16). Razmerje Mg / S kaže, da 3 g Mg reagira s 4 g žvepla in tvori magnezijev sulfid. Vendar morate Mg / S pomnožiti z 8, da ga lahko primerjate z Mg / H. Tako 24 g Mg reagira z 32 g žvepla, da dobimo ta kovinski sulfid.

Aluminijev klorid

Znano je, da 35,5 g Cl reagira z 1 g H, da tvori HCl. Tudi 27 g Al reagira s 3 g H, da se tvori ALH ₃ . Poiščite delež aluminijevega klorida in povejte, ali ta spojina upošteva Richter-Wenzelov zakon.

Ponovno začnemo izračunavati Cl / H in Al / H ločeno:

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

= 35,5

Al / H = 27 g Al / 3g H

= 9

Zdaj se Al / Cl izračuna:

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

= 9 / 35,5

≈ 0,250 ali 1/4 (dejansko 0,253)

To pomeni, da 0,250 g Al reagira z 1 g Cl, da nastane ustrezna sol. Vendar pa moramo Al / Cl pomnožiti s številom, ki omogoča primerjavo (zaradi lažjega) z Al / H.

Nepravilnosti v izračunu

Al / Cl se nato pomnoži s 108 (27 / 0,250), pri čemer dobimo 27 g Al, ki reagira s 108 g Cl. To pač ni tako. Če vzamemo za primer vrednost 0,253-krat Al / Cl in jo pomnožimo s 106,7 (27 / 0,253), imamo 27 g Al, ki reagira s 106,7 g Cl; kar je bližje resničnosti (AlCl ₃ , s PA 5,5 g / mol za Cl).

Tu vidimo, kako se lahko začne Richterjev zakon zaradi natančnosti in zlorabe decimalk.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Flores, J. Química (2002). Uredništvo Santillana.
3. Joaquín San Frutos Fernández. (sf). Ponderalni in volumetrični zakoni. Pridobljeno iz: encina.pntic.mec.es
4. Toppr. (sf). Zakoni kemičnega kombiniranja. Pridobljeno: toppr.com
5. Briljantno. (2019). Zakoni kemičnega kombiniranja. Pridobljeno: bril.org
6. Kemija LibreTexts. (2015, 15. julij). Temeljni zakoni o kemikalijah. Pridobljeno: chem.libretexts.org
7. Helmenstine, Anne Marie, dr. (18. januar 2019). Zakon o ohranjanju množice, pridobljeno iz: thinkco.com