Закон постоянства состава

Основные законы и понятия химии

Из уравнения Эйнштейна для соотношения масс и энергий Е = тс² следует, что в любом процессе, сопровождающемся выделением или поглощением энергии, будет происходить соответствующее изменение массы. Если тело нагревается, — его энергия возрастает, а масса увеличивается. При выделении тепла входе химической реакции масса продуктов химической реакции будет меньше массы исходных веществ. Однако из-за громадного значения величины с² (с = 2,997925∙10⁸ м/с) тем энергиям, которые выделяются или поглощаются при химических реакциях, отвечают очень малые массы, лежащие вне пределов возможности измерений. Например, при образовании из водорода и хлора 36,461 г хлороводорода выделяется энергия, соответствующая массе около 10^-9 г. Поэтому можно не принимать во внимание ту массу, которая приносится или уносится с энергией.

Поскольку для химических процессов изменением массы можно пренебречь, существуют два важных для химии следствия. Эти следствия исторически получили названия закона сохранения массы и закона сохранения энергии, однако, строго говоря, выполняются они приближенно. Для химических процессов они формулируются следующим образом.

Закон сохранения массы:

Масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Благодаря этому закону, открытому М. В. Ломоносовым в 1748 - 1756гг., химия перешла от науки качественной к количественной. В производстве на этой основе ведутся расчеты материальных балансов.

Закон сохранения энергии:

При любых взаимодействиях, имеющих место в изолированной системе, энергия этой системы остается постоянной и возможны лишь переходы из одного вида энергии в другой.

Практически это означает, что, если в ходе реакции энергия выделяется или поглощается, то запас энергии в продуктах реакции по сравнению с запасом ее висходных веществах будет меньше или больше, соответственно. Запас энер­гии вещества в химии принято называть теплосодержанием, а выделяющуюся или поглощающуюся энергию - теплом. Благодаря закону сохранения энергии существует целая наука, изучающая вместе с другими явлениями тепловые эффекты химических реакций, называемая химической термодинамикой. В производстве на основе данного закона ведутся тепловые балансы.

Любое химически индивидуальное соединение имеет один и тот же количественный состав независимо от способа его получения

(Ж.Пруст, 1801-1808 гг.). Это значит, что соотношения между массами элементов, входящих в состав соединения, постоянны. Закон всегда выполняется для газообразных и жидких веществ. Для вещества, находящегося в твердом состоянии, строго говоря, закон не справедлив. Это связано с тем, что в кристаллической структуре любого твердого вещества всегда, в той или иной мере, имеются пустоты, не заполненные атомами, примесные атомы других элементов и другие отклонения от идеальной структуры. На все это, наряду с температурой, давлением, концентрациями веществ, влияет очень большое число других факторов, связанных уже с технологией получения, выделения и очистки вещества. Так, в соединении висмута с таллием на единицу массы таллия может приходиться от 1,24 до 1,82 единиц массы висмута. В диоксиде титана ТiО₂ на единицу массы титана может приходиться от 0,65 до 0,67 единиц массы кисло­рода, что соответствует формуле ТiО_1,9-2,0. Такая формула отражает границы состава вещества. Пределы, в которых может изменяться их состав, установлены для многих соединений. При изменении изотопного состава элемента меняется и массовый состав соединения. Например, обычная вода содержит 11% (масс.) водорода, а тяжелая — почти в два раза больше, 20%.