Основные законы химии.

I) Закон сохранения массы веществ.

Был сформулирован М.В. Ломоносовым и в дальнейшем подтвержден Лавуазье.

– Масса веществ, вступающих в химическую реакцию равна суммарной массе всех продуктов реакции.

При химических реакциях атомы не исчезают и не возникают из ничего. Общее число атомов остается постоянным до и после реакции. В процессе реакции происходит лишь перегруппировка атомов:

H₂ + Cl₂ = 2HCl

Однако необходимо внести некоторые уточнения. В химических реакциях всегда имеет место тепловой эффект, следовательно, массы исходных веществ и продуктов различаются. Но так как подобные тепловые (энергетические) эффекты невелики, то и изменения массы находятся далеко за пределами точности весов. Однако в случае радиохимических реакций величины выделяющейся энергии очень велики и изменения массы весьма значительны. И т.о. закон сохранения массы можно уточнить: «Суммарные массы и энергии исходных веществ, вступивших в реакцию, всегда равны суммарной массе и энергии продуктов реакции».

II) Закон эквивалентов.

Согласно закону постоянства состава, различные элементы соединяются друг с другом в определенных отношениях масс. Поэтому в химию были введены понятия эквивалента и эквивалентной массы.

В настоящее время эквивалентом элемента называют такое его количество, которое соединяется с одним моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических соединениях. Например, в соединениях HCl, H₂S, NH₃, CH₄ эквивалент хлора, серы, азота и углерода равен соответственно 1 (моль-экв), 1/2 (моль-экв), 1/3 (моль-экв), 1/4 (моль-экв).

Масса одного эквивалента элемента называется его эквивалентной массой.

Она рассчитывается по формуле:

М_Э = Э*М

Так, в приведенных выше примерах эквивалентные массы хлора, серы, азота и углерода соответственно равны 35,45 г/моль, 32/2 = 16 г/моль, 14/3 = 4,67 г/моль, 12/4 = 3 г/моль.

Эквивалент элемента можно рассчитать, зная валентность элемента:

Э = 1/В

NO – Э(N) = 0,5 (моль-экв)

NO₂ – Э(N) = 0,25 (моль-экв)

В конце XVIII в. немецкий ученый Рихтер открыл закон эквивалентов, который в настоящее время формулируется так:

Массы веществ, которые вступают в реакцию и образуются в результате реакции, пропорциональны их эквивалентам.

– математическая запись закона эквивалентов, где т₁ и m₂ - массы веществ; Э₁ и Э₂ – эквиваленты этих веществ. Или m₁/m₂=М_Э1/М_Э2.

Также существует понятие эквивалентного объема, т.е. об объема, который занимает при данных условиях 1 эквивалент рассматриваемого вещества. Например, при нормальных условиях, эквивалентный объем водорода равен 22,4 л/моль, эквивалентный объем кислорода – 5,6 л/моль.

Эквиваленты сложных веществ:

1) Оксид Э(оксида) = 1/В_эл*число ат. эл. (моль-экв)

Al₂O₃ – Э = 1/3*2 = 1/6; М_Э = 102*1/6 = 17 (г/моль-экв)

2) Кислота Э(кислоты) = 1/основность (моль-экв)

H₃PO₄ – Э = 1/3; М_Э = 98*1/3 = 32,7 (г/моль-экв)

3) Основание Э(основания) = 1/кислотность (моль-экв)

Al(OH)₃ – Э = 1/3; М_Э = 78*1/3 = 26 (г/моль-экв)

4) Соль Э(соли) = 1/В_Me*число ат. эл. (моль-экв)

Ca₃(PO₄)₂ – Э = 1/2*3 = 1/6 (моль-экв); М_Э = 310*1/6 = 51,67 (г/моль-экв)

П р и м е р. При соединении 1,50 г натрия с избытком хлора образовалось 3,81 г хлорида натрия. Найти эквивалентную массу натрия ( ) и его эквивалент, если известно, что эквивалентная масса хлора 35,45 г/моль.

Решение:

Из данных задачи следует, что в хлориде натрия на 1,50 г натрия приходится 3,81 – 1,50 = 2,31 г хлора. Следовательно:

г/моль экивалентна 35,45 г/моль-экв хлора

1,50 г « « « 2,31 г

X 35,45 г/моль-экв

Отсюда

Э = М_Э/М

Э = 23/23 = 1 (моль-экв)