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 Э_SiO = 28*1/2 = 14 г/моль, а Э_SiO2 = 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.