Какви са законите за теглото на химията? (С примери)
Законите на теглото на химията са тези, които са показали, че масите на веществата, които реагират, не правят това произволно или случайно; но поддържане на постоянна математическа пропорция на цели числа или подмножия от тях, в които атомите на елементите не са създадени или унищожени.
В миналото създаването на тези закони изискваше извънредни аргументи; защото въпреки че сега изглежда твърде очевидно, преди ние дори не знаем атомните или молекулярните маси на елементите или съединенията, съответно.
Тъй като не се знаеше точно колко се равнява на един мол атоми на всеки елемент, химиците от осемнадесети и деветнадесети век трябваше да разчитат на реактивни маси. Така елементарните аналитични везни (top image) бяха неразделни спътници по време на стотиците експерименти, необходими за уреждането на законите за тегло.
Поради тази причина при изучаването на тези закони на химията във всеки момент се срещат масови измервания. Благодарение на това, чрез екстраполиране на резултатите от експериментите, е установено, че чистите химически съединения винаги се образуват с еднакво масово съотношение на съставните им елементи.
Закон за опазване на масата
Този закон гласи, че при химична реакция общата маса на реагентите е равна на общата маса на продуктите; докато разглежданата система е затворена и няма обмен на маса и енергия със заобикалящата го среда.
При химична реакция веществата не изчезват, а се превръщат в други вещества с еднаква маса; оттук и известната фраза: "нищо не се създава, нищо не се унищожава, всичко се трансформира".
Исторически, законът за запазване на масата в химическа реакция е предложен за първи път през 1756 г. от Михаил Ломонсов, който показа в дневника си резултатите от своите експерименти.
По-късно през 1774 г. френският химик Антоан Левуазие представи резултатите от своите експерименти, които позволиха да се установи това; които, някои, също го наричат Законът на Лавуазие.
Експерименти с Lavoisier
По времето на Лавуазие (1743-1794) съществува теорията за флогистон, според която телата имат способността да се запалят или да изгорят. Експериментите на Лавуазие позволяват да се отхвърли тази теория.
Лавуазие е провел множество експерименти с горене на метали. Ние внимателно претеглихме материалите преди и след тяхното изгаряне в затворен контейнер, като установихме, че е налице видимо увеличение на теглото.
Но Лавоузер, въз основа на познанията си за ролята на кислорода в горенето, заключи, че наддаването на тегло при горенето се дължи на включването на кислород в горящия материал. Родена е концепцията за метални оксиди.
Следователно сумата от маси на метали, подложени на горене и кислород, остава непроменена. Това заключение позволява създаването на Закон за запазване на масата.
- Баланс на уравнения
Законът за опазване на масите установява необходимостта от балансиране на химическите уравнения, като гарантира, че броят на всички елементи, които се намесват в химическа реакция, както реактивни, така и като продукти, е точно същия.
Това е предпоставка за точността на извършените стехиометрични изчисления.
-Cálculos
Къртици вода
Колко мола вода може да се произведе при изгарянето на 5 мола метан в излишък на кислород? Също така показват, че законът за опазване на материята е изпълнен.
СН4 + 2О2 => СОг + 2Н20
Наблюдавайки балансираното уравнение на реакцията, се прави заключението, че 1 мол метан произвежда 2 мола вода.
Проблемът може да бъде решен директно с прост подход, тъй като нямаме 1 мол, а 5 мола от CH 4 :
Мола вода = 5 мола СН4 · (2 мола Н 2 О / 1 мол от СН4)
= 10
Това би било еквивалентно на 180 g Н20. Също така се образува 5 mol или 220 g СО2, което е равно на обща маса от 400 g продукти.
Следователно, за да се спази законът за опазване на материята, трябва да реагират 400 г реактиви; не повече, не по-малко. От тези 400 g, 80 g съответстват на 5 мола CH 4 (умножен по молекулната му маса от 16 g / mol) и 320 g до 10 мола O 2 (също така и за молекулната му маса от 32 g / mol). ).
Изгаряне на магнезиева лента
Магнезиева лента от 1.50 g се изгаря в затворен контейнер, съдържащ 0.80 g кислород. След изгарянето в съда остават 0.25 g кислород. а) Каква маса от реагиралия кислород? б) Колко магнезиев оксид е бил образуван?
Масата на реагиралия кислород се получава чрез проста разлика.
Кислородна маса, консумирана = (начална маса - остатъчна маса) кислород
= 0.80 g - 0.25 g
= 0, 55 g O 2 (a)
Според закона за запазване на масата,
Маса на магнезиев оксид = маса на магнезий + маса кислород
= 1.50 g + 0.55 g
= 2.05 g MgO (b)
Закон от определените пропорции
Джоузеф Луи Пруст (1754-1826), френски химик, осъзнава, че при химична реакция химичните елементи винаги реагират при фиксирани пропорции от маси, за да образуват специфично чисто съединение; следователно неговият състав е постоянен, независимо от източника или произхода, или как се синтезира.
Пруст през 1799 г. обявява закона на определени пропорции, който гласи, че: "Когато два или повече елемента се комбинират, за да образуват съединение, те правят това при фиксирано съотношение на масата." След това, тази връзка е фиксирана и не зависи от стратегията, следвана за получаването на съединението.
Този закон е известен също като закон на постоянния състав, който гласи, че: "Всяко химично съединение в състояние на чистота винаги съдържа едни и същи елементи, в постоянна част от масата."
-Илюстрация на закона
Желязо (Fe) реагира със сяра (S) за образуване на железен сулфид (FeS), можем да посочим три ситуации (1, 2 и 3):
За да се намери частта, в която са комбинирани елементите, по-голямата маса (Fe) се разделя на по-малката маса (S). Изчислението дава съотношение 1.75: 1. Тази стойност се повтаря в трите дадени условия (1, 2 и 3), където се получава същата пропорция, въпреки че се използват различни маси.
Тоест, 1, 75 g Fe комбинират с 1, 0 g S, за да се получат 2, 75 g FeS.
-Applications
Чрез прилагането на този закон може да се знае точно масите на елементите, които трябва да се комбинират, за да се получи желаната маса на съединението.
По този начин може да се получи информация за излишната маса на някои от елементите, които участват в химична реакция, или ако в реакцията има реактивен реактив.
В допълнение, той се прилага, за да се знае средният състав на съединението, и въз основа на последното, може да се установи формулата на съединението.
Централен състав на съединението
Въглеродният диоксид (CO 2 ) се образува в следната реакция:
C + O2 => СОг
12 g въглерод се смесват 32 g кислород, за да се получат 44 g въглероден диоксид.
Така че процентът на въглерода е равен на
Въглероден процент = (12 g / 44 g) · 100%
= 27, 3%
Кислороден процент = (32 g / 44 g) · 100%
Процент на кислород = 72.7%
Използвайки изложението на Закона за постоянния състав, може да се отбележи, че въглеродният диоксид винаги се състои от 27, 3% въглерод и 72, 7% кислород.
-Cálculos
Серен триоксид
При взаимодействие в различни контейнери се получават съответно 4 g и 6 g сяра (S) с кислород (0), 10 g и 15 g серен триоксид (S03).
Защо се получават такива количества серен триоксид, а не други?
Също така се изчислява количеството на сярата, необходимо за комбиниране с 36 g кислород и получената маса на серен триоксид.
Част а)
В първия съд 4 сяра се смесват с X g кислород, за да се получат 10 g триоксид. Ако се приложи законът за запазване на масата, можем да изчистим масата на кислорода, комбинирана със сярата.
Кислородна маса = 10 g кислороден триоксид - 4 g сяра.
= 6 g
В съд 2 6 g сяра се смесват с X g кислород за получаване на 15 серен триоксид.
Кислородна маса = 15 g серен триоксид - 6 g сяра
= 9 g
След това се изчисляват пропорциите O / S за всеки контейнер:
O / S отношение в ситуацията 1 = 6 g 0/4 g S
= 1.5 / 1
O / S отношение в ситуация 2 = 9 g 0/6 g S
= 1.5 / 1
Което е в съгласие с повдигнатото нещо в закона на дефинираните пропорции, които показват, че елементите винаги са комбинирани в една и съща пропорция, за да образуват определено съединение.
Следователно получените стойности са правилни и тези, които съответстват на прилагането на закона.
Част б)
В предишния раздел беше изчислена стойност от 1.5 / 1 за съотношението O / S.
g сяра = 36 кислород · (1 g сяра / 1, 5 g кислород)
= 24 g
g серен триоксид = 36 g кислород + 24 g сяра
= 60 g
Хлор и магнезий
Хлорът и магнезият се обединяват в пропорция от 2, 95 g хлор за всеки g магнезий. а) Определете масите на хлор и магнезий, необходими за получаване на 25 g магнезиев хлорид. б) Какъв е процентният състав на магнезиевия хлорид?
Част а)
Въз основа на стойността 2, 95 за съотношението Cl: Mg може да се направи следния подход:
2.95 g С1 + 1 g Mg => 3.95 g MgCl2
след това:
g Cl = 25 g MgCl2 · (2.95 g Cl / 3.95 g MgCl2)
= 18.67
g Mg = 25 g MgCl2 · (1 g Mg / 3.95 g MgCl2)
= 6.33
След това, 18.67 g хлор се смесват с 6.33 g магнезий за получаване на 25 g магнезиев хлорид.
Част б)
Първоначално се изчислява молекулната маса на магнезиев хлорид, MgCl2:
Молекулно тегло MgCl2 = 24.3 g / mol + (2, 35.5 g / mol)
= 95.3 g / mol
Магнезиев процент = (24, 3 g / 95, 3 g) х 100%
= 25, 5%
Процент на хлор = (71 g / 95.3 g) x 100%
= 74.5%
Закон с множество пропорции или закон на Далтън
Законът е обявен през 1803 г. от френския химик и метеоролог Джон Далтън въз основа на неговите наблюдения относно реакциите на атмосферните газове.
Законът е изявен по следния начин: "Когато елементите се комбинират, за да се даде повече от едно съединение, променливата маса на една от тях се присъединява към фиксирана маса на другата, а първата има отношение на канонични и неясни числа".
Също така: "Когато два елемента се комбинират, за да създадат различни съединения, като се има предвид фиксирано количество от единия от тях, различните количества на другия елемент, които се комбинират с това фиксирано количество за получаване на съединенията, са във връзка с прости цели числа".
Джон Далтън направи първото съвременно описание на атома като компонент на химичните елементи, когато посочи, че елементите са образувани от неделими частици, наречени атоми.
В допълнение, той постулира, че съединенията се образуват, когато атомите на различни елементи се комбинират помежду си в прости целочислени пропорции.
Далтън завърши проучвателната работа на Пруст. Той посочи наличието на два калаени оксида, като процентът на калай е 88, 1% и 78, 7%, съответно 11, 9% и 21, 3%.
-Cálculos
Вода и водороден пероксид
Покажете, че съединенията вода, H 2 O и водороден пероксид, H 2 O 2, отговарят на Закона за множествените пропорции.
Атомни тегла на елементите: H = 1 g / mol и кислород = 16 g / mol.
Молекулни тегла на съединенията: H 2O = 18 g / mol и H 2 O 2 = 34 g / mol.
Водородът е елемент с фиксирано количество в H 2 O и H 2 O 2, така че ще бъдат установени пропорциите между О и Н в двете съединения.
O / H съотношение в H 2 O = (16 g / mol) / (2 g / mol)
= 8/1
O / H съотношение в H 2 O 2 = (32 g / mol) / (2 g / mol)
= 16/1
Връзка между двете пропорции = (16/1) / (8/1)
= 2
След това съотношението на O / H съотношението между водороден пероксид и вода е 2, цяло и просто число. За какво се доказва изпълнението на Закона за множествените пропорции.
Азотни оксиди
Каква маса от кислород се комбинира с 3, 0 g азот в а) азотен оксид, NO и б) азотен диоксид, NO 2 . Покажете, че NO и NO 2 съответстват на Закона за множествените пропорции.
Азотна маса = 3 g
Атомни тегла: азот, 14 g / mol и кислород, 16 g / mol.
изчисления
В NO, атом от N се комбинира с 1 атом от О, така че можем да изчислим масата на кислорода, който се комбинира с 3 g азот, чрез следния подход:
g от O = g азот · (PA.O / PA.N)
= 3 g · (16 g / mol / 14 g / mol)
= 3.43 g
В NO 2, атом от N се комбинира с 2 O атома, така че масата на кислорода, която се комбинира, е:
g кислород = 3 g · (32 g / mol / 14 g / mol)
= 6.86 g
Отношение O / N в NO = 3.43 g 0/3 g N
= 1, 143
O / N съотношение в NO2 = 6.86 g 0/3 g N
= 2, 282
Стойност на съотношението между пропорциите O / N = 2, 282 / 1, 143
= 2
Тогава стойността на съотношението между пропорциите O / N е 2, цяло и просто число. Следователно Законът за множествените пропорции е изпълнен.
Закон с реципрочни пропорции
Този закон, формулиран от Рихтер и Карл Ф. Венцел поотделно, установява, че масовите пропорции на две съединения с един общ елемент позволяват да се определи съотношението на трето съединение между другите елементи, ако те реагират.
Например, ако имате двете съединения AB и CB, можете да видите, че общия елемент е B.
Законът на Рихтер-Венцел или реципрочните пропорции казват, че знаейки колко А реагира с В, за да даде АВ, и колко от С реагира с В, за да даде СВ, можете да изчислите масата на А, която е необходима, за да реагирате с маса от С до образуване на АС.
Резултатът е, че съотношението A: C или A / C трябва да бъде множествено или многократно на A / B или C / B. Този закон обаче не винаги е изпълнен, особено когато елементите имат няколко окислителни състояния.
От всички закони за теглото това е може би най-абстрактното или сложното. Но ако се анализира от математическа гледна точка, ще се види, че той се състои само от конверсионни фактори и отменяния.
-Examples
метан
Ако е известно, че 12 g въглерод реагира с 32 g кислород за образуване на въглероден диоксид; и че, от друга страна, 2 g водород реагира с 16 g кислород за образуване на вода, след което могат да бъдат оценени пропорциите на масата C / O и H / O за CO 2 и съответно H 2 O.
Изчисляване на C / O и H / O имаме:
С / О = 12g С / 32дО
= 3/8
Н / О = 2g H / 16gO
= 1/8
Кислородът е общия елемент и ние искаме да знаем колко въглерод реагира с водород за производството на метан; което означава, че искаме да изчислим C / H (или H / C). След това е необходимо да се направи разделение на предишните пропорции, за да се покаже дали реципрочността е изпълнена или не:
C / H = (C / O) / (H / O)
Отбележете, че по този начин O се отменя и C / H остава:
C / H = (3/8) / (1/8)
= 3
А 3 е кратно на 3/8 (3/8 x 8). Това означава, че 3 g С реагира с 1 g Н, за да се получи метан. Но за да може да се сравни с CO 2, умножете C / H с 4, което е равно на 12; това дава 12 g С, което реагира с 4 g Н за образуване на метан, което също е вярно.
Магнезиев сулфид
Ако е известно, че 24 g магнезий реагира с 2 g водород за образуване на магнезиев хидрид; и освен това, 32 g сяра реагира с 2 g водород за образуване на сероводород, общия елемент е водород и искаме да изчислим Mg / S от Mg / H и H / S.
Изчислявайки след това Mg / H и H / S отделно, имаме:
Mg / H = 24 g Mg / 2g Н
= 12
H / S = 2g H / 32gS
= 1/16
Въпреки това е удобно да използвате S / H, за да отмените H. Следователно S / H е равен на 16. След като това бъде направено, ще продължим да изчисляваме Mg / S:
Mg / S = (Mg / H) / (S / H)
= (12/16)
= 3/4
А 3/4 е многократно 12 (3/4 x 16). Съотношението Mg / S показва, че 3 g Mg реагира с 4 g сяра за образуване на магнезиев сулфид. Въпреки това, трябва да умножим Mg / S с 8, за да можем да го сравним с Mg / H. Така, 24 g Mg реагира с 32 g сяра, за да се получи този метален сулфид.
Алуминиев хлорид
Известно е, че 35.5 g от С1 реагира с 1 g Н за образуване на НС1. По подобен начин, 27 g А1 реагира с 3 g Н, за да се образува AlH3. Изчислява се съотношението на алуминиевия хлорид и се казва дали такова съединение се подчинява на закона на Рихтер-Венцел.
Отново продължаваме да изчисляваме Cl / H и Al / H отделно:
Cl / H = 35.5 g Cl / lg Н
= 35.5
А1 / Н = 27g А1 / 3g Н
= 9
Сега, Al / Cl се изчислява:
Al / Cl = (Al / H) / (Cl / H)
= 9 / 35.5
≈ 0.250 или 1/4 (всъщност 0.253)
Тоест, 0.250 g А1 реагира с 1 g С1, за да се образува съответната сол. Но, отново, трябва да умножите Al / Cl с число, което ви позволява да го сравните (за удобство) с Al / H.
Неточност в изчисленията
След това Al / Cl се умножава по 108 (27 / 0, 250), при което се получават 27 g А1, които реагират с 108 g С1, което не се случва точно така. Ако вземем например стойността 0.253 за А1 / С1 и го умножим с 106.7 (27 / 0.253), ще имаме 27 g А1 взаимодейства с 106.7 g от Cl; което е по-близо до реалността (AlCl 3, с РА от 35, 5 g / mol за Cl).
Тук виждаме как законът на Рихтер може да започне да се колебае поради точността и злоупотребата с десетични знаци.
