Основные стехиометрические законы
В химии используются следующие стехиометрические законы: закон сохранения массы, закон постоянства состава вещества, закон эквивалентов, закон кратных отношений.
Закон сохранения массы
Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.
Закон сохранения массы веществ является основным законом химии, все расчеты по химическим реакциям производятся на его основе. Именно с открытием этого закона связывают возникновение современной химии как точной науки.
Закон сохранения массы был теоретически открыт в 1748 году и экспериментально подтверждён в 1756 году русским ученым М.В. Ломоносовым.
Французский учёный Антуан Лавуазье в 1789 году окончательно убедил учёный мир в универсальности этого закона. Как Ломоносов, так и Лавуазье пользовались в своих экспериментах очень точными весами. Они нагревали металлы (свинец, олово, и ртуть) в запаянных сосудах и взвешивали исходные вещества и продукты реакции.
Р.Бойль показал, что при обжигании металлов увеличивается вес их, и объяснял это увеличение веса соединением с металлами весомой части пламени, материи огня.
Опыты Бойля заключались в том, что Бойль брал стеклянные реторты, клал в них свинец или олово, запаивал герметически на огне горлышко реторты и взвешивал их. При нагревании такой реторты свинец переходил в окалину; когда, после двухчасового нагревания, он открывал запаянный кончик реторты, воздух с шумом врывался в неё – признак того, как указывает Бойль, что реторта была действительно герметически запаяна – и при вторичном взвешивании оказывалась прибыль веса. Отсюда Бойль заключил, что материя огня проходит через стекло и соединяется с металлом.
Эти-то опыты Ломоносов повторил в 1756-м году и, как он сам пишет в ежегодных отчётах о своих занятиях, со следующим результатом: “Между разными химическими опытами, которых журнал на 13-ти листах, деланы опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жара. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропускания внешнего воздуха вес сожжённого металла остается в одной мере”.
Закон постоянства состава
Всякое химически чистое соединение независимо от способа его получения имеет вполне определенный состав.
На основании этого закона состав веществ выражается химической формулой с помощью химических знаков и индексов. Например, Н2О, СН4, С2Н5ОН и т.п.
Закон постоянства состава справедлив для веществ молекулярного строения. Наряду с веществами, имеющими постоянный состав, существуют вещества переменного состава. К ним относятся соединения, в которых чередование нераздельных структурных единиц (атомов, ионов) осуществляется с нарушением периодичности.
В связи с наличием соединений переменного состава современная формулировка закона постоянства состава содержит уточнения:
Состав соединений молекулярного строения, то есть 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.
C + O2 = CO2
CO + 1/2O2 = CO2
Закон эквивалентов
Химические элементы соединяются друг с другом в строго определенных количествах, соответствующих их эквивалентам.
Еще до создания атомно–молекулярного учения было установлено, что простые и сложные вещества вступают в химические реакции в строго определенных массовых соотношениях.
Эквивалентное соотношение означает одинаковое число моль эквивалентов. Т.о. закон эквивалентов можно сформулировать иначе: число моль эквивалентов для всех веществ, участвующих в реакции, одинаково.
Закон кратных отношений
Кратных отношений закон закон Дальтона, один из основных законов химии: если два вещества (простых или сложных) образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного вещества, приходящиеся на одну и ту же массу другого вещества, относятся как целые числа, обычно небольшие. К. о. з. открыт в 1803 Дж. Дальтоном и истолкован им с позиций атомизма.