Химический состав по массе и по объему

Закон постоянства состава

Закон постоянства состава был открыт Ж. Прустом в 1801 году:

Всякое вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав.

К примеру, оксид углерода СО₂ можно получить несколькими способами:

· С + O₂ =^t= CO₂

· MgCO₃ +2HCl = MgCl₂+ H₂O +CO₂

· 2CO + O₂ = 2CO₂

· CaCO₃ =^t= CaO + CO₂

Однако, независимо от способа получения, молекула СО₂ всегда имеет один и тот же состав: 1 атом углерода и 2 атома кислорода.

Важно помнить:

· Обратное утверждение, что определенному составу отвечает определенное соединение, неверно. К примеру, диметиловый эфир и этиловый спирт имеют одинаковый качественный и количественный состав, отраженный в простейшей формуле С₂Н₆О, однако они являются различными веществами, так как имеют различное строение. Их рациональные формулы в полуразвернутом виде будут разными:

1. СН₃ – О – СН₃ (диметиловый эфир);

2. СН₃ – СН₂ – ОН (этиловый спирт).

· Закон постоянства состава строго применим лишь к соединениям с молекулярной структурой (дальтонидам). Соединения с немолекулярной структурой (бертоллиды) часто имеют переменный состав.

 

Химический состав по массе и по объему

Состав химических соединений, а также состав смесей различных веществ и растворов выражают в массовых долях (массовых %), а состав смесей жидкостей и газов, кроме того, в объемных долях (объемных %).

Состав сложного вещества, выраженный через массовые доли химических элементов, называется составом вещества по массе.

Например, состав Н₂О по массе:

 

То есть, можно сказать, что химический состав воды (по массе): 11,11% водорода и 88,89% кислорода.

Массовая доля компонента в механической смеси (W) – это число, показывающую, какую часть смеси составляет масса компонента от общей массы смеси, принятой за единицу или 100%.

W₁ = m₁/m_(cм.), m_(см.) = m₁ + m₂+ …. mn,

Где m₁ – масса 1-го (произвольного)компонента, n – число компонентов смеси, m₁ … m_n – массы компонентов, образующих смесь, m_(cм.) – масса смеси.

Например, массовая доля основного компонента:

W_{(осн. комп)} = m_{(осн. комп)}/m_(см.)

Массовая доля примеси:

W_(прим.) = m_(прим)/m_(см.)

Сумма массовых долей всех компонентов, образующих смесь равна 1 или 100%.

Объемная доля газа (или жидкости) в смеси газов (или жидкостей) – это число, показывающее, какую часть по объему составляет объем данного газа (или жидкости) от общего объема смеси, принятого за 1 или за 100%.

Состав смеси газов или жидкостей, выраженный в объемных долях, называется составом смеси по объему.

Например, состав смеси сухого воздуха:

· По объему: W^об_(N2) = 78,1%, W^об_(O2) = 20,9%

· По массе: W_(N2) = 75,5%, W_(O2) = 23,1%

Этот пример наглядно демонстрирует, что во избежание путаницы, корректно будет всегда указывать, по массе или по объему указано содержание компонента смеси, ведь эти цифры всегда отличаются: по массе в воздушной смеси кислорода получается 23,1 %, а по объему – всего 20,9%.

Растворы можно рассматривать как смеси из растворенного вещества и растворителя. Поэтому их химический состав, как и состав любой смеси, можно выражать в массовых долях компонентов:

W_{(раств. в-ва)} = m_{(раств. в-ва)}/m_(р-ра),

где

m_(р-ра) = m_{(раств. в-ва)} + m_{(растворителя)}

или

m_(р-ра) = p _(р-ра)·V_(р-ра)

Состав раствора, выраженный через массовую долю растворенного вещества (в %), называется процентной концентрацией этого раствора.

Состав растворов жидкостей в жидкостях (например, спирта в воде, ацетона в воде) удобнее выражать в объемных долях:

W^об_{%(раств. ж)} = V_{(раств.ж)}· V_(р-ра)·100%;

где

V_(р-ра) = m_(р-ра)/p_(р-ра)

или приближенно

V_(р-ра) ≈ V_(H2O) + V_{(раств. ж)}

Например, содержание спирта в винно-водочных изделиях указывают не в массовых, а в объемных долях (%) и называют эту цифру крепостью напитка.

Состав растворов твердых веществ в жидкостях или газов в жидкостях в объемных долях не выражают.