KĀDI IR ĶĪMIJAS SVARA LIKUMI? (PIEMĒRI) - ĶĪMIJA - 2025

Ar ponderal likumi ķīmiju , ir tie, kas ir pierādījuši, ka masas vielu, kas reaģē ne darīt patvaļīgā vai jauktā veidā; bet saglabājot nemainīgu veselu skaitļu vai to daudzkārtņu matemātisko proporciju, kurā elementu atomi netiek ne radīti, ne iznīcināti.

Laikā, kad iepriekš tika pieņemti šie likumi, bija vajadzīgi īpaši pūliņi argumentācijai; jo, lai gan tas šķiet pārāk acīmredzams tagad, pirms nebija zināmi attiecīgi elementu vai savienojumu atomu un molekulu masas.

Avots: Džefs Kezers no Ostinas, Teksasas štatā, ASV

Tā kā nebija precīzi zināms, cik daudz katra elementa atomu mola pielīdzinājās, ķīmiķiem 18. un 19. gadsimtā bija jāpaļaujas uz reaģentu masām. Tātad rudimentārie analītiskie svari (augšējais attēls) bija neatdalāmi pavadoņi simtiem eksperimentu laikā, kas vajadzīgi svara likumu noteikšanai.

Tieši šī iemesla dēļ, pētot šos ķīmijas likumus, jūs katru brīdi saskaraties ar masu mērījumiem. Pateicoties tam, ekstrapolējot eksperimentu rezultātus, tika atklāts, ka tīri ķīmiskie savienojumi vienmēr veidojas ar vienādu to sastāvdaļu masas daļu.

Masu saglabāšanas likums

Šis likums nosaka, ka ķīmiskajā reakcijā reaģentu kopējā masa ir vienāda ar izstrādājumu kopējo masu; kamēr apsvērtā sistēma ir slēgta un ar tās apkārtni netiek veikta masas un enerģijas apmaiņa.

Ķīmiskajā reakcijā vielas nepazūd, bet tiek pārveidotas par citām vielām ar vienādu masu; līdz ar to slavenā frāze: “nekas netiek radīts, nekas netiek iznīcināts, viss tiek pārveidots”.

Vēsturiski likumu par masas saglabāšanu ķīmiskajā reakcijā pirmo reizi ierosināja 1756. gadā Mihails Lomonsovs, kurš savā žurnālā parādīja eksperimentu rezultātus.

Vēlāk, 1774. gadā, franču ķīmiķis Antuāns Levoisjērs iepazīstināja ar savu eksperimentu rezultātiem, kas ļāva to noteikt; ko daži sauc arī par Lavoisiera likumu.

-Lavoisier eksperimenti

Lavoisjēra laikā (1743-1794) pastāvēja Phlogiston teorija, saskaņā ar kuru ķermeņiem bija iespēja aizdegties vai sadedzināt. Lavoisier eksperimenti ļāva atmest šo teoriju.

Lavoisier veica daudzus metālu sadegšanas eksperimentus. Viņš rūpīgi nosvēra materiālus pirms un pēc sadedzināšanas slēgtā traukā, secinot, ka acīmredzami pieaudzis svars.

Bet Lavoisers, balstoties uz savām zināšanām par skābekļa lomu sadedzināšanā, secināja, ka svara pieaugums degšanā ir saistīts ar skābekļa iekļaušanu degošajā materiālā. Dzimis metāla oksīdu jēdziens.

Tāpēc sadegšanai pakļauto metālu masu un skābekļa summa palika nemainīga. Šis secinājums ļāva izveidot Masu saglabāšanas likumu.

-Vienādojumu līdzsvars

Masu saglabāšanas likums noteica nepieciešamību līdzsvarot ķīmiskos vienādojumus, garantējot, ka visu ķīmiskajā reakcijā iesaistīto elementu skaits - gan kā reaģenti, gan kā produkti - ir tieši vienāds.

Šī ir būtiska prasība, lai veiktu stehiometrisko aprēķinu precizitāti.

-Aprēķini

Ūdens dzimumzīmes

Cik daudz molu ūdens var saražot, sadedzinot 5 molus metāna ar lieko skābekli? Parādiet arī to, ka ir spēkā matērijas saglabāšanas likums.

CH ₄ + 2 O ₂ => CO ₂ + 2 H ₂ O

Novērojot līdzsvarotu reakcijas vienādojumu, tiek secināts, ka no 1 mol metāna rodas 2 mol ūdens.

Problēmu var atrisināt tieši ar vienkāršu pieeju, jo mums nav 1 mols, bet 5 molus CH ₄ :

Moli ūdens = 5 moliem CH ₄ (2 moli H ₂ O / 1 molu CH ₄ )

= 10

Tas būtu līdzvērtīgs 180 g H ₂ O. Arī _{tika izveidots} 5 mol vai 220 g CO ₂ , kas ir vienāds ar kopējo 400 g produktu masu.

Tādējādi, lai ievērotu vielas saglabāšanas likumu, jāreaģē 400 g reaģentu; ne vairāk ne mazāk. No šiem 400 g, 80 g atbilst 5 moliem CH ₄ (reizina ar tā molekulārā masa ir 16 g / mol), un 320 g atbilst līdz 10 moliem O ₂ (tādā pašā veidā, ko tās molekulārā masa ir 32 g / mol ).

Magnija lentes sadedzināšana

1,50 g magnija lente tika sadedzināta slēgtā traukā, kurā bija 0,80 g skābekļa. Pēc sadegšanas traukā palika 0,25 g skābekļa. a) Kāda skābekļa masa reaģēja? b) Cik daudz magnija oksīda izveidojās?

Skābekļa masu, kas reaģēja, iegūst ar vienkāršu starpību.

Patērētā skābekļa masa = (sākotnējā masa - atlikuma masa) skābekļa

= 0,80 g - 0,25 g

= 0,55 g O ₂ (a)

Saskaņā ar masu saglabāšanas likumu

Magnija oksīda masa = magnija masa + skābekļa masa

= 1,50 g + 0,55 g

= 2,05 g MgO (b)

Noteiktu proporciju likums

Džozefs Luiss Prousts (1754-1826), franču ķīmiķis, saprata, ka ķīmiskajā reakcijā ķīmiskie elementi vienmēr reaģē noteiktā masu proporcijā, veidojot īpašu tīru savienojumu; tāpēc tā sastāvs ir nemainīgs neatkarīgi no avota vai izcelsmes vai tā sintezēšanas veida.

Prousts 1799. gadā pasludināja noteiktu proporciju likumu, kas nosaka: "Kad divi vai vairāki elementi apvienojas, veidojot savienojumu, tie to dara ar noteiktu masas attiecību." Tātad, šī saistība ir fiksēta un nav atkarīga no savienojuma sagatavošanas stratēģijas.

Šis likums ir pazīstams arī kā pastāvīga sastāva likums, kas nosaka: "Katrs ķīmisks savienojums tīrības stāvoklī vienmēr satur tos pašus elementus nemainīgā masas proporcijā."

-Likuma izpratne

Dzelzs (Fe) reaģē ar sēru (S), veidojot dzelzs sulfīdu (FeS), var atzīmēt trīs situācijas (1, 2 un 3):

Lai atrastu proporciju, kurā elementi apvienojas, lielāko masu (Fe) daliet ar mazāko masu (S). Aprēķins dod attiecību 1,75: 1. Šo vērtību atkārto trīs norādītajos apstākļos (1., 2. un 3.), ja tiek iegūta vienāda proporcija, lai arī tiek izmantotas dažādas masas.

Tas ir, 1,75 g Fe tiek apvienots ar 1,0 g S, lai iegūtu 2,75 g FeS.

-Pieteikumi

Piemērojot šo likumu, var precīzi zināt to elementu masas, kas jāapvieno, lai iegūtu vēlamo savienojuma masu.

Šādā veidā var iegūt informāciju par dažu ķīmiskajā reakcijā iesaistīto elementu lielo masu vai par to, vai reakcijā ir ierobežojošs reaģents.

Turklāt tiek pielietots savienojuma cenzimālais sastāvs, un, pamatojoties uz pēdējo, var noteikt savienojuma formulu.

Savienojuma cenzimālais sastāvs

Oglekļa dioksīds (CO ₂ ) veidojas šādā reakcijā:

C + O ₂ => CO ₂

12 g oglekļa apvieno 32 g skābekļa, lai iegūtu 44 g oglekļa dioksīda.

Tātad oglekļa procents ir vienāds

Oglekļa procentuālais daudzums = (12 g / 44 g) 100%

= 27,3%

Skābekļa procentuālais daudzums = (32 g / 44 g) 100%

Skābekļa īpatsvars = 72,7%

Izmantojot Pastāvīgā sastāva likuma paziņojumu, var atzīmēt, ka oglekļa dioksīdu vienmēr veido 27,3% oglekļa un 72,7% skābekļa.

-Aprēķini

Sēra trioksīds

Reaģējot dažādos traukos, iegūst attiecīgi 4 g un 6 g sēra (S) ar skābekli (O), attiecīgi 10 g un 15 g sēra trioksīda (SO ₃ ).

Kāpēc tika iegūts šāds sēra trioksīda daudzums, nevis citi?

Aprēķina arī sēra daudzumu, kas vajadzīgs, lai apvienotos ar 36 g skābekļa, un iegūtā sēra trioksīda masu.

A daļa)

Pirmajā traukā 4 sēra tiek sajaukti ar X g skābekļa, lai iegūtu 10 g trioksīda. Ja tiek piemērots masas saglabāšanas likums, mēs varam noteikt skābekļa masu, kas apvienota ar sēru.

Skābekļa masa = 10 g skābekļa trioksīda - 4 g sēra.

= 6 g

2. traukā 6 g sēra tiek sajaukti ar X g skābekļa, lai iegūtu 15 sēra trioksīda.

Skābekļa masa = 15 g sēra trioksīda - 6 g sēra

= 9 g

Pēc tam mēs aprēķinām katra konteinera O / S attiecības:

O / S attiecība 1. situācijā = 6 g O / 4 g S

= 1,5 / 1

O / S attiecība 2. situācijā = 9 g O / 6 g S

= 1,5 / 1

Kas ir saskaņā ar to, kas noteikts noteikto proporciju likumā, kurā teikts, ka elementi vienmēr apvienojas vienā un tajā pašā proporcijā, veidojot noteiktu savienojumu.

Tāpēc iegūtās vērtības ir pareizas un tās, kas atbilst likuma piemērošanai.

B) daļa

Iepriekšējā sadaļā O / S attiecībai tika aprēķināta vērtība 1,5 / 1.

g sēra = 36 skābekļa (1 g sēra / 1,5 g skābekļa)

= 24 g

g sēra trioksīda = 36 g skābekļa + 24 g sēra

= 60 g

Hlors un magnijs

Hlors un magnijs tiek apvienoti proporcijā 2,95 g hlora uz katru magnija g. a) Nosaka hlora un magnija masas, kas vajadzīgas, lai iegūtu 25 g magnija hlorīda. b) Cik liels ir magnija hlorīda sastāvs?

A daļa)

Balstoties uz Cl: Mg koeficienta 2,95 vērtību, var izmantot šādu pieeju:

2.95 g of Cl + 1 g Mg => 3,95 g MgCl ₂

Tad:

25 g Cl = g MgCl ₂ · (2.95 g Cl / 3,95 g MgCl ₂ )

= 18,67

g Mg = 25 g of MgCl ₂ · (1 g Mg / 3,95 g MgCl ₂ )

= 6,33

Tad 18,67 g hlora apvieno ar 6,33 g magnija, lai iegūtu 25 g magnija hlorīda.

B) daļa

Vispirms aprēķina magnija hlorīda molekulmasu, MgCl ₂ :

Molekulmasa MgCl ₂ = 24,3 g / mol + (2 35,5 g / mol)

= 95,3 g / mol

Magnija procentuālais daudzums = (24,3 g / 95,3 g) x 100%

= 25,5%

Hlora procentuālais daudzums = (71 g / 95,3 g) x 100%

= 74,5%

Vairāku proporciju likums vai Daltona likums

Balstoties uz viņa novērojumiem par atmosfēras gāzu reakciju, 1803. gadā likumu pasludināja franču ķīmiķis un meteorologs Džons Daltons.

Likums tika izteikts šādā veidā: "Ja elementi tiek apvienoti, lai iegūtu vairāk nekā vienu savienojumu, mainīga masa vienam no tiem pievienojas fiksētai otra masai, un pirmajam ir kanonisko un neskaidro skaitļu attiecība".

Arī: "Ja divi elementi tiek apvienoti, lai iegūtu dažādus savienojumus, ņemot vērā fiksētu viena no tiem daudzumu, otra elementa dažādie daudzumi, kas apvienojas ar minēto fiksēto daudzumu, lai iegūtu savienojumus, ir attiecībā pret vienkāršiem veseliem skaitļiem."

Džons Daltons sniedza pirmo moderno atoma kā ķīmisko elementu aprakstu, kad viņš norādīja, ka elementus veido nedalāmas daļiņas, kuras sauc par atomiem.

Turklāt viņš postulēja, ka savienojumi veidojas, kad dažādu elementu atomi savstarpēji apvienojas vienkāršās veselā skaitļa attiecībās.

Daltons pabeidza Prousta izmeklēšanas darbus. Viņš norādīja, ka pastāv divi alvas oksīdi ar 88,1% un 78,7% alvas procentiem ar attiecīgi skābekļa procentiem, attiecīgi 11,9% un 21,3%.

-Aprēķini

Ūdens un ūdeņraža peroksīds

Parādiet, ka savienojumi ūdens, H ₂ O un ūdeņraža peroksīds H ₂ O ₂ atbilst Vairāku proporciju likumam.

Elementu atomu svars: H = 1 g / mol un skābeklis = 16 g / mol.

Savienojumu molekulmasas: H ₂ O = 18 g / mol un H ₂ O ₂ = 34 g / mol.

Ūdeņradis ir elements ar fiksētu daudzumu H ₂ O un H ₂ O ₂ , tāpēc abos savienojumos tiks noteiktas proporcijas starp O un H.

O / H attiecība H ₂ O = (16 g / mol) / (2 g / mol)

= 8/1

O / H attiecība H ₂ O ₂ = (32 g / mol) / (2 g / mol)

= 16/1

Attiecības starp abām proporcijām = (16/1) / (8/1)

= 2

Tātad ūdeņraža peroksīda O / H attiecība pret ūdeni ir 2, vienkāršs vesels skaitlis. Tāpēc tiek pierādīta atbilstība Vairāku proporciju likumam.

Slāpekļa oksīdi

Kāda skābekļa masa apvienojas ar 3,0 g slāpekļa a) slāpekļa oksīdā, NO un b) slāpekļa dioksīdā, NO ₂ . Parādiet, ka NO un NO ₂ atbilst Daudzproporciju likumam.

Slāpekļa masa = 3 g

Atomu svari: slāpeklis, 14 g / mol, un skābeklis, 16 g / mol.

Aprēķini

NO stāvoklī viens N atoms apvienojas ar 1 O atomu, tāpēc skābekļa masu, kas apvienojas ar 3 g slāpekļa, var aprēķināt, izmantojot šādu pieeju:

g O = g slāpekļa · (PA. O / PA. N)

= 3 g (16 g / mol / 14 g / mol)

= 3,43 g O

NO ₂ viens N atoms apvienojas ar 2 O atomiem, tātad kombinētā skābekļa masa ir:

g skābekļa = 3 g (32 g / mol / 14 g / mol)

= 6,86 g O

O / N attiecība NO = 3,43 g O / 3 g N

= 1,143

O / N attiecība NO ₂ = 6,86 g O / 3 g N

= 2282

Attiecības starp O / N proporcijām vērtība = 2,282 / 1,143

= 2

Tātad, O / N attiecības vērtība ir 2, vienkāršs vesels skaitlis. Tāpēc ir izpildīts Vairāku proporciju likums.

Savstarpējo proporciju likums

Šis likums, ko atsevišķi izstrādājuši Rihters un Karls F. Venels, nosaka, ka divu savienojumu masas proporcijas ar kopīgu elementu ļauj noteikt trešā savienojuma proporciju starp citiem elementiem, ja tie reaģē.

Piemēram, ja jums ir divi savienojumi AB un CB, varat redzēt, ka kopējais elements ir B.

Rihtera-Venzela likums vai savstarpējās proporcijas saka, ka, zinot, cik daudz A reaģē ar B, lai iegūtu AB, un cik daudz C reaģē ar B, lai iegūtu CB, mēs varam aprēķināt A masu, kas nepieciešama, lai reaģētu ar C masa, veidojot maiņstrāvu.

Un rezultāts ir tāds, ka attiecībai A: C vai A / C jābūt A / B vai C / B daudzkārtai vai vairākkārtīgai. Tomēr šis likums ne vienmēr tiek izpildīts, it īpaši, ja elementiem ir dažādi oksidācijas stāvokļi.

No visiem pārdomātajiem likumiem tas, iespējams, ir "abstraktākais" vai sarežģītākais. Bet, ja jūs to analizēsit no matemātiskā viedokļa, būs redzams, ka tas sastāv tikai no konversijas koeficientiem un atcelšanām.

-Piemers

Metāns

Ja ir zināms, ka 12 g oglekļa reaģē ar 32 g skābekļa, veidojot oglekļa dioksīdu; un, no otras puses, 2 g ūdeņraža reaģē ar 16 g skābekļa, veidojot ūdeni, tad attiecīgi var aprēķināt C / O un H / O masas proporcijas CO ₂ un H ₂ O.

Aprēķinot C / O un H / O, mums ir:

C / O = 12g C / 32g O

= 3/8

H / O = 2g H / 16g O

= 1/8

Skābeklis ir kopīgs elements, un jūs vēlaties zināt, cik daudz oglekļa reaģē ar ūdeņradi, veidojot metānu; tas ir, jūs vēlaties aprēķināt C / H (vai H / C). Tātad ir nepieciešams sadalīt iepriekšējās proporcijas, lai parādītu, vai savstarpīgums ir izpildīts vai nav:

C / H = (C / O) / (H / O)

Ņemiet vērā, ka šādā veidā O tiek atcelti un C / H paliek:

C / H = (3/8) / (1/8)

= 3

Un 3 ir 3/8 (3/8 x 8) reizinājums. Tas nozīmē, ka 3 g C reaģē ar 1 g H, iegūstot metānu. Bet, lai varētu salīdzināt to ar CO ₂ , reiziniet C / H ar 4, kas ir vienāds ar 12; tas dod 12 g C, kas reaģē ar 4 g H, veidojot metānu, kas arī ir taisnība.

Magnija sulfīds

Ja ir zināms, ka 24 g magnija reaģē ar 2 g ūdeņraža, veidojot magnija hidrīdu; Turklāt 32 g sēra reaģē ar 2 g ūdeņraža, veidojot sērūdeņradi, kopējais elements ir ūdeņradis, un mēs vēlamies aprēķināt Mg / S no Mg / H un H / S.

Tad atsevišķi aprēķinot Mg / H un H / S, mums ir:

Mg / H = 24g Mg / 2g H

= 12

H / S = 2g H / 32g S

= 1/16

Tomēr ir ērti izmantot S / H, lai atceltu H. Tāpēc S / H ir vienāds ar 16. Kad tas ir izdarīts, mēs turpinām aprēķināt Mg / S:

Mg / S = (Mg / H) / (S / H)

= (12/16)

= 3/4

Un 3/4 ir daudzskaitlis no 12 (3/4 x 16). Mg / S attiecība norāda, ka 3 g Mg reaģē ar 4 g sēra, veidojot magnija sulfīdu. Tomēr jums ir jāreizina Mg / S ar 8, lai varētu salīdzināt to ar Mg / H. Tādējādi 24 g Mg reaģē ar 32 g sēra, iegūstot šo metālu sulfīdu.

Alumīnija hlorīds

Ir zināms, ka 35,5 g Cl reaģē ar 1 g H, veidojot HCl. Arī 27 g Al reaģē ar 3 g H, veidojot AlH ₃ . Atrodiet alumīnija hlorīda proporciju un pastāstiet, vai šis savienojums atbilst Rihtera-Vengela likumam.

Atkal mēs aprēķinām Cl / H un Al / H atsevišķi:

Cl / H = 35,5 g Cl / 1g H

= 35,5

Al / H = 27g Al / 3g H

= 9

Tagad Al / Cl tiek aprēķināts:

Al / Cl = (Al / H) / (Cl / H)

= 9 / 35,5

≈ 0,250 vai 1/4 (faktiski 0,253)

Tas ir, 0,250 g Al reaģē ar 1 g Cl, veidojot atbilstošo sāli. Bet, atkal, Al / Cl jāreizina ar skaitli, kas ļauj to salīdzināt (ērtības labad) ar Al / H.

Neprecizitātes aprēķinā

Tad Al / Cl reizina ar 108 (27 / 0,250), iegūstot 27 g Al, kas reaģē ar 108 g Cl. Tas nav tieši tas gadījums. Ja, piemēram, ņemtu vērtību 0,253 reizes Al / Cl un reizinātu to ar 106,7 (27 / 0,253), tad 27 g Al reaģētu ar 106,7 g Cl; kas ir tuvāk realitātei (AlCl ₃ , ar PA 35,5 g / mol Cl).

Šeit mēs redzam, kā Rihtera likumi var sākt traucēt precizitāti un decimāldaļu nepareizu izmantošanu.

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
2. Flores, J. Química (2002). Redakcija Santillana.
3. Joaquín San Frutos Fernández. (sf). Pondorālie un tilpuma likumi. Atgūts no: encina.pntic.mec.es
4. Toppr. (sf). Ķīmiskās kombinācijas likumi. Atgūts no: toppr.com
5. Lieliski. (2019. gads). Ķīmiskās kombinācijas likumi. Atgūts no: brilliant.org
6. Ķīmija LibreTexts. (2015. gads, 15. jūlijs). Pamata ķīmiskie likumi. Atgūts no: chem.libretexts.org
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. gada 18. janvāris). Masu saglabāšanas likums. Atgūts no: domaco.com