Основные законы химии
Среди множества законов, на которые опирается химия можно выделить ряд основных. Это законы, сформулированные в рамках атомно – молекулярного учения. К ним относят закон сохраения массы, законы постоянства состава, кратных и объемных соотношений, закон Авогадро. Эти законы называют стехиометрическими, поскольку именно они положены в основу всех количественных расчетов масс и объемов веществ, принимающих участие в химических превращениях.
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ
Масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе, веществ, образующихся в результате реакции.
Сохранение массы вещества в химических реакциях объясняется тем, что при химических превращениях атомы не разрушаются и не образуется. Таким образом, при постоянстве их массы и количества, массы веществ до и после реакции должны быть одними и теми же.
ЗАКОН ПОСТОЯНСТВА СОСТАВА
Всякое чистое вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав.
Данный закон строго применим для веществ молекулярного типа. Большинства соединений с атомной или ионной структурой имеют переменный состав в следствии ненасыщенности их химических связей.
Из закона постоянства состава химических веществ следует, что они вступают во взаимодействие друг с другом в строго определенных массовых соотношениях или эквивалентных количествах.
ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ
Массы реагирующих друг с другом веществ пропорциональны их эквивалентным массам:
m1/m2 = Э1/Э2
Таким образом, при любом химическом взаимодействии один эквивалент одного вещества всегда реагирует с одним эквивалентом другого.
ХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ элемента или соединения – это такое его количество, которое может провзаимодействовать с 1 моль атомов водорода или заместить его в химических реакция.
Единицей химического эквивалента является моль.
Например: эквивалент кремния в SiO = 1/2 моль, а в SiO2 = 1/4 моль.
Масса одного эквивалента вещества называется ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МАССОЙ (Э). Эквивалентная масса элементов в соединениях рассчитывается по формуле: Э = A*n, А – атомная масса элемента, n – его эквивалент в соединении. В соединениях SiO и SiO2 эквивалентные массы кремния будут соответственно равны ЭSiO = 28*1/2 = 14 г/моль, а ЭSiO2 = 28*1/4 = 7 г/моль.
Таким образом, эквивалент составляет некоторую часть моля или равен ему, а эквивалентная масса равна такой же части молярной массы или равна ей.
Эквивалентные массы сложных веществ находятся как произведение их молярной массы на эквивалент: Э = М*n.
ПРИМЕР.
Вещество |
М, г/моль |
Эквивалент, моль |
Э, г/моль |
Cr2O3 |
152 |
1/6 |
152*1/6=25,3 |
H2SO4 |
98 |
1/2 |
98*1/2=49 |
NaOH |
40 |
1,0 |
40*1=40 |
AlCl3 |
133,5 |
1/3 |
133,5*1/3=44,5 |
Для расчетов в окислительно – восстановительных реакциях используют понятие окислительно – восстановительного эквивалента.
Это такое количество элемента или соединения, которое может отдать или присоединить 1 моль электронов.
Эквивалент KMnO4 = 1 моль, а его окислительно – восстановительный эквивалент непостоянен и зависит от числа электронов, присоединяемых или отдаваемых в окислительно – восстановительном процессе.
-
ПРИМЕР
REDOX ЭКВИВАЛЕНТ, моль
MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O
1/5
MnO4- + 2H2O + 3e = MnO2 + 4OH-
1/3
MnO4- + e = MnO42-
1
ЭКВИВАЛЕНТНЫМ ОБЪЕМОМ (Эv, л/моль), называется объем, занимаемый при данных условиях 1 эквивалентом газообразного вещества. Эv газов находят умножение молярного объема газа на его эквивалент.
ПРИМЕР. Водород (Н2) Эv = 22,4*1/2 = 11,2 л/моль
Кислород (О2) Эv = 22,4*1/4 = 5,6 л/моль
Хлор (Cl2) Эv = 22,4*1/2 = 11,2 л/моль
На количественное соотношение реагирующих веществ в химических уравнениях указывают стехиометрические коэффициенты, состоящие перед символами веществ: 3H2 + N2 = 2NH3.
Стехиометрические коэффициенты в реакциях могут указывать на соотношение взаимодействующих молекул вещества, его молей или его эквивалентов.
ЗАКОН АВОГАДРО: в равных объемах любых газов, находящихся при одинаковых температуре и давлении, содержится одинаковое число молекул.
Из закона Авогадро следует, что 1 моль любого газа занимает один и тот же объем. При нормальных (Т=273К или 00С; Р = 101,325 кПа или 760 мм.рт.ст. = 1 атм.) он называется МОЛЯРНЫМ ОБЪЕМОМ (Vm) и равен 22,4 литра.