AKÉ SÚ HMOTNOSTNÉ ZÁKONY CHÉMIE? (PRÍKLADY) - CHÉMIA - 2024

K ponderal zákony chémie sú tie, ktoré ukázali, že hmotnosti látky, ktoré reagujú tak nerobia ľubovoľným spôsobom alebo náhodným spôsobom; ale udržiavaním konštantného matematického podielu celých čísel alebo ich čiastkových čísel, v ktorých atómy prvkov nie sú vytvárané ani ničené.

V minulosti si tieto zákony vyžadovali mimoriadne úsilie pri zdôvodňovaní; pretože aj keď sa to zdá byť príliš zrejmé, pred atómovou a molekulárnou hmotnosťou prvkov alebo zlúčenín neboli známe.

Zdroj: Jeff Keyzer z Austinu, TX, USA

Pretože nebolo presne známe, koľko sa jeden mól atómov každého prvku rovnal, chemici v 18. a 19. storočí sa museli spoliehať na masy reaktantov. Takže základné analytické váhy (horný obrázok) boli neoddeliteľnými spoločníkmi počas stoviek experimentov potrebných na stanovenie zákonov o hmotnosti.

Z tohto dôvodu pri štúdiu týchto zákonov chémie narazíte na hromadné merania v každom okamihu. Vďaka tejto extrapolácii výsledkov experimentov sa zistilo, že čisté chemické zlúčeniny sa vždy tvoria s rovnakým hmotnostným podielom svojich základných prvkov.

Zákon zachovania hmotnosti

Tento zákon hovorí, že pri chemickej reakcii sa celková hmotnosť reaktantov rovná celkovej hmotnosti produktov; pokiaľ je uvažovaný systém uzavretý a nedochádza k výmene hmoty a energie s jeho okolím.

Pri chemickej reakcii látky nezmiznú, ale transformujú sa na iné látky rovnakej hmotnosti; odtiaľ slávna veta: „nič nie je stvorené, nič nie je zničené, všetko je transformované“.

Historicky zákon zachovania hmoty pri chemickej reakcii prvýkrát navrhol v roku 1756 Michail Lomonsov, ktorý vo svojom časopise ukázal výsledky svojich experimentov.

Neskôr v roku 1774 francúzsky chemik Antoine Levoisier predstavil výsledky svojich experimentov, ktoré to dokázali; čo niektorí nazývajú aj zákon Lavoisierov.

- Ľahšie experimenty

V Lavoisierovom období (1743 - 1794) existovala teória Phlogiston, podľa ktorej telá mali schopnosť vznietiť alebo spáliť. Lavoisierove experimenty umožnili vyradiť túto teóriu.

Lavoisier uskutočnil množstvo experimentov so spaľovaním kovov. Materiály starostlivo zvážil pred a po spaľovaní v uzavretej nádobe a zistil, že došlo k zjavnému nárastu hmotnosti.

Ale Lavoiser na základe svojich vedomostí o úlohe kyslíka v spaľovaní dospel k záveru, že prírastok hmotnosti pri spaľovaní bol spôsobený začlenením kyslíka do horiaceho materiálu. Zrodil sa koncept oxidov kovov.

Súčet hmotnosti kovov podrobených spaľovaniu a kyslíka sa preto nezmenil. Tento záver umožnil zavedenie zákona o ochrane mše.

- Rovnováha rovníc

Zákon o zachovaní hmôt stanovil potrebu rovnováhy medzi chemickými rovnicami a zaručil, že počet všetkých prvkov zahrnutých v chemickej reakcii, či už ide o reaktanty alebo ako produkty, je presne rovnaký.

Toto je základná požiadavka na vykonanie presnosti stechiometrických výpočtov.

-Calculations

Vodné móly

Koľko mólov vody je možné vyrobiť pri spaľovaní 5 mólov metánu v prebytku kyslíka? Tiež ukazujú, že zákon o ochrane hmoty platí.

CH ₄ + 2 O ₂ => CO ₂ + 2 H ₂ O

Pri dodržaní vyváženej rovnice reakcie sa dospelo k záveru, že 1 mól metánu produkuje 2 móly vody.

Problém môže byť vyriešený priamo s jednoduchým prístupom, pretože nemáme 1 mol, ale 5 molí CH ₄ :

Molí vody = 5 mólami CH ₄ (2 mol H ₂ O / 1 mol CH ₄ )

= 10

To by bolo ekvivalentné 180 g H ₂ O. Tiež 5 mol alebo 220 g CO _{bol tvorený 2} , ktorá sa rovná celkovej hmotnosti 400 g výrobkov.

Na to, aby sa dodržal zákon o zachovaní látky, musí teda reagovať 400 g reagentov; nie viac nie menej. Z týchto 400 g, 80 g, zodpovedajú 5 mólami CH ₄ (násobí jeho molekulovej hmotnosti 16 g / mol) a 320 g, zodpovedal 10 molí O ₂ (rovnakým spôsobom jeho molekulovej hmotnosti 32 g / mol ).

Spaľovanie horčíkovej pásky

1,50 g horčíkovej pásky sa spálilo v uzavretej nádobe obsahujúcej 0,80 g kyslíka. Po spálení zostalo v nádobe 0,25 g kyslíka. a) Aká hmotnosť kyslíka reagovala? b) Koľko sa vytvoril oxid horečnatý?

Hmota kyslíka, ktorá zreagovala, sa získa jednoduchým rozdielom.

Hmotnosť spotrebovaného kyslíka = (počiatočná hmotnosť - zvyšková hmotnosť) kyslíka

= 0,80 g - 0,25 g

= 0,55 g O ₂ (a)

Podľa zákona o zachovaní hmoty

Hmotnosť oxidu horečnatého = hmotnosť horčíka + hmotnosť kyslíka

= 1,50 g + 0,55 g

= 2,05 g MgO (b)

Zákon určitých rozmerov

Joseph Louis Proust (1754-1826), francúzsky chemik, si uvedomil, že v chemickej reakcii chemické prvky vždy reagujú v pevnom pomere hmotností za vzniku špecifickej čistej zlúčeniny; preto je jeho zloženie konštantné, bez ohľadu na zdroj alebo pôvod, alebo ako je syntetizovaný.

Proust v roku 1799 ustanovil zákon určitých rozmerov, ktorý uvádza, že: „Keď sa dva alebo viac prvkov spoja do formy zlúčeniny, robia tak v pevnom hmotnostnom pomere.“ Tento vzťah je teda pevný a nezávisí od stratégie použitej pri príprave zlúčeniny.

Tento zákon sa tiež nazýva zákon konštantného zloženia, ktorý uvádza, že: „Každá chemická zlúčenina v stave čistoty vždy obsahuje rovnaké prvky v konštantnom pomere k hmotnosti.“

- Ilustrácia zákona

Železo (Fe) reaguje so sírou (S) za vzniku sulfidu železa (FeS), možno pozorovať tri situácie (1, 2 a 3):

Ak chcete nájsť pomer, v ktorom sa prvky kombinujú, vydelte väčšiu hmotnosť (Fe) menšou hmotnosťou (S). Výpočet poskytuje pomer 1,75: 1. Táto hodnota sa opakuje za daných troch podmienok (1, 2 a 3), pri ktorých sa získa rovnaký pomer, hoci sa používajú rôzne hmotnosti.

To znamená, že 1,75 g Fe sa zmieša s 1,0 g S, čím sa získa 2,75 g FeS.

-applications

Použitím tohto zákona je možné presne poznať hmotnosti prvkov, ktoré sa musia kombinovať, aby sa získala požadovaná hmotnosť zlúčeniny.

Týmto spôsobom je možné získať informácie o nadbytku hmotnosti niektorých prvkov zahrnutých v chemickej reakcii alebo o tom, či v reakcii existuje obmedzujúce činidlo.

Okrem toho sa používa na poznanie centimetrického zloženia zlúčeniny a na jej základe je možné stanoviť vzorec zlúčeniny.

Centrálne zloženie zlúčeniny

Oxid uhličitý (CO ₂ ) je vytvorený v nasledujúcej reakcii:

C + O ₂ => CO ₂

12 g uhlíka kombinuje 32 g kyslíka za vzniku 44 g oxidu uhličitého.

Takže percento uhlíka sa rovná

Percento uhlíka = (12 g / 44 g) 100%

= 27,3%

Percento kyslíka = (32 g / 44 g) 100%

Percento kyslíka = 72,7%

Na základe vyhlásenia zákona o konštantnom zložení možno konštatovať, že oxid uhličitý sa vždy skladá z 27,3% uhlíka a 72,7% kyslíka.

-Calculations

Oxid sírový

Reakciou v rôznych plavidiel, 4 g a 6 g síry (S) s kyslíkom (O), 10 g a 15 g oxid sírový (SO ₃ ), boli získané, v tomto poradí .

Prečo sa získali také množstvá oxidu sírového a nie iné?

Vypočítajte tiež množstvo síry potrebné na spojenie s 36 g kyslíka a získanú hmotnosť oxidu sírového.

Časť A)

V prvej nádobe 4 sa síra zmieša s X g kyslíka, čím sa získa 10 g oxidu. Ak sa použije zákon zachovania hmoty, môžeme vyriešiť množstvo kyslíka, ktoré sa kombinuje so sírou.

Hmotnosť kyslíka = 10 g oxidu kyslíka - 4 g síry.

= 6 g

V nádobe 2 sa zmieša 6 g síry s X g kyslíka, čím sa získa 15 oxidu sírového.

Hmotnosť kyslíka = 15 g oxidu sírového - 6 g síry

= 9 g

Potom pokračujeme vo výpočte pomerov O / S pre každý kontajner:

Pomer O / S v situácii 1 = 6 g O / 4 g S

= 1,5/1

Pomer O / S v situácii 2 = 9 g O / 6 g S

= 1,5/1

Čo je v súlade s tým, čo je uvedené v zákone o definovaných pomeroch, ktoré uvádza, že prvky sa vždy spájajú v rovnakom pomere a vytvárajú určitú zložku.

Získané hodnoty sú preto správne a tie, ktoré zodpovedajú uplatňovaniu zákona.

Časť b)

V predchádzajúcej časti bola pre pomer O / S vypočítaná hodnota 1,5/1.

g síry = 36 kyslíka (1 g síry / 1,5 g kyslíka)

= 24 g

g oxidu sírového = 36 g kyslíka + 24 g síry

= 60 g

Chlór a horčík

Chlór a horčík sa kombinujú v pomere 2,95 g chlóru na každý g horčíka. a) Stanovte množstvo chlóru a horčíka potrebné na získanie 25 g chloridu horečnatého. b) Aké je percentuálne zloženie chloridu horečnatého?

Časť A)

Na základe hodnoty 2,95 pre pomer Cl: Mg je možné urobiť tento prístup:

2,95 g Cl + 1 g Mg => 3,95 g MgCl ₂

potom:

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

= 18,67

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

= 6,33

Potom sa zmieša 18,67 g chlóru so 6,33 g horčíka, čím sa získa 25 g chloridu horečnatého.

Časť b)

Najprv sa vypočíta molekulovú hmotnosť chloridu horečnatého, chloridu horečnatého ₂ :

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

= 95,3 g / mol

Percento horčíka = (24,3 g / 95,3 g) x 100%

= 25,5%

Percento chlóru = (71 g / 95,3 g) x 100%

= 74,5%

Zákon viacerých rozmerov alebo Daltonov zákon

Zákon vyhlásil v roku 1803 francúzsky chemik a meteorológ John Dalton na základe svojich pozorovaní týkajúcich sa reakcií atmosférických plynov.

Zákon bol stanovený nasledujúcim spôsobom: „Keď sa prvky kombinujú, aby poskytli viac ako jednu zložku, variabilná hmotnosť jednej z nich sa spojí s pevnou hmotnosťou druhej a prvá z nich má vzťah k kanonickým a neurčitým číslam“.

Tiež: „Ak sa kombinujú dva prvky, aby vznikli rôzne zlúčeniny, vzhľadom na pevné množstvo jednej z nich, rôzne množstvá druhého prvku, ktoré sa kombinujú s uvedeným pevným množstvom na výrobu zlúčenín, sa vzťahujú na jednoduché celé čísla.“

John Dalton urobil prvý moderný opis atómu ako zložky chemických prvkov, keď zdôraznil, že tieto prvky sú tvorené nedeliteľnými časticami nazývanými atómy.

Ďalej predpokladal, že zlúčeniny sa tvoria, keď sa atómy rôznych prvkov navzájom kombinujú v jednoduchých pomeroch celých čísel.

Dalton dokončil vyšetrovacie práce Prousta. Naznačil existenciu dvoch oxidov cínu, s percentuálnymi podielmi 88,1% a 78,7% cínu so zodpovedajúcimi percentami kyslíka, 11,9% a 21,3%.

-Calculations

Voda a peroxid vodíka

Ukazujú, že zlúčeniny voda, H ₂ O, a peroxid vodíka, H ₂ O ₂ , spĺňajú zákon proporcií násobku.

Atómové hmotnosti prvkov: H = 1 g / mol a kyslík = 16 g / mol.

Molekulovej hmotnosti týchto zlúčenín: H ₂ O = 18 g / mol, a H ₂ O ₂ = 34 g / mol.

Vodík je prvok s pevným množstvom v H ₂ O a H ₂ O ₂ , takže budú stanovené pomery medzi O a H v oboch zlúčenín.

Pomer O / H v H ₂ O = (16 g / mol) / (2 g / mol)

= 8/1

Pomer O / H v H ₂ O ₂ = (32 g / mol) / (2 g / mol)

= 16/1

Vzťah medzi oboma pomermi = (16/1) / (8/1)

= 2

Pomer O / H peroxidu vodíka k vode je 2, jednoduché celé číslo. Preto sa preukazuje súlad so zákonom o viacerých podieloch.

Oxidy dusíka

Aká hmotnosť kyslíka sa kombinuje s 3,0 g dusíka v a) oxide dusnatom, NO a b) oxide dusičitom, NO ₂ . Dokážte, že NO a NO _{2 sú v} súlade so zákonom o viacerých podieloch.

Hmotnosť dusíka = 3 g

Atómová hmotnosť: dusík, 14 g / mol a kyslík, 16 g / mol.

výpočty

V NO sa jeden atóm dusíka kombinuje s 1 atómom kyslíka, takže hmotnosť kyslíka, ktorý sa kombinuje s 3 g dusíka, sa môže vypočítať pomocou tohto prístupu:

g O = g dusíka (PA, O / PA, N)

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

= 3,43 g O

V NO ₂ sa jeden atóm dusíka kombinuje s 2 atómami kyslíka, takže hmotnosť kyslíka, ktorá sa kombinuje, je:

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

= 6,86 g O

Pomer O / N v NO = 3,43 g O / 3 g N

= 1 143

Pomer O / N v NO ₂ = 6,86 g O / 3 g N

= 2,282

Hodnota vzťahu medzi pomermi O / N = 2,282 / 1 143

= 2

Takže hodnota pomeru O / N je 2, jednoduché celé číslo. Zákon o viacerých pomeroch je preto splnený.

Zákon recipročných rozmerov

Tento zákon, ktorý vypracovali Richter a Carl F. Wenzel osobitne, stanovuje, že hmotnostné pomery dvoch zlúčenín s jedným spoločným prvkom umožňujú určiť podiel tretej zlúčeniny medzi ostatnými prvkami, ak reagujú.

Napríklad, ak máte dve zlúčeniny AB a CB, môžete vidieť, že spoločným prvkom je B.

Richterov-Wenzelov zákon alebo recipročné proporcie hovoria, že ak vieme, ako veľa A reaguje s B na AB, a koľko C reaguje s B na CB, môžeme vypočítať hmotnosť A, ktorá je potrebná na reakciu s hmotnosť C za vzniku AC.

Výsledkom je, že pomer A: C alebo A / C musí byť násobkom alebo podskupinou A / B alebo C / B. Tento zákon však nie je vždy splnený, najmä ak prvky vykazujú rôzne oxidačné stavy.

Zo všetkých podzemných zákonov je to asi ten „abstraktný“ alebo najzložitejší. Ale ak ho analyzujete z matematického hľadiska, bude zrejmé, že pozostáva iba z prevodných faktorov a zrušenia.

-Examples

metán

Ak je známe, že 12 g uhlíka reaguje s 32 g kyslíka za vzniku oxidu uhličitého; a že na druhej strane, 2 g vodíka reaguje s 16 g kyslíka za vzniku vody, potom hmotnostný pomer C / O a H / O pre CO ₂ a H ₂ O, v tomto poradí , môže byť odhadnutá .

Pri výpočte C / O a H / O máme:

C / O = 12 g C / 32 g O

= 3/8

H / O = 2 g H / 16 g O

= 1/8

Kyslík je bežným prvkom a chcete vedieť, koľko uhlíka reaguje s vodíkom za vzniku metánu; to znamená, že chcete vypočítať C / H (alebo H / C). Preto je potrebné rozdeliť predchádzajúce proporcie, aby sa preukázalo, či je reciprocita splnená alebo nie:

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

Všimnite si, že týmto spôsobom sú O zrušené a C / H zostáva:

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

= 3

A 3 je násobok 3/8 (3/8 x 8). To znamená, že 3 g C reagujú s 1 g H za vzniku metánu. Aby ste ju však mohli porovnávať s CO ₂ , vynásobte C / H 4, čo sa rovná 12; Takto sa získa 12 g C, ktorý reaguje so 4 g H za vzniku metánu, čo je tiež pravda.

Sulfid horečnatý

Pokiaľ je známe, že 24 g horčíka reaguje s 2 g vodíka za vzniku hydridu horečnatého; Ďalej, 32 g síry reaguje s 2 g vodíka za vzniku sírovodíka, prvkom je obyčajne vodík a my chceme vypočítať Mg / S z Mg / H a H / S.

Potom vypočítame Mg / H a H / S osobitne, máme:

Mg / H = 24 g Mg / 2 g H

= 12

H / S = 2 g H / 32 g S

= 1/16

Je však vhodné použiť S / H na zrušenie H. Preto je S / H rovné 16. Akonáhle sa tak stane, pristúpime k výpočtu Mg / S:

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

= (12/16)

= 3/4

A 3/4 je čiastkový obrazec 12 (3/4 x 16). Pomer Mg / S naznačuje, že 3 g Mg reaguje so 4 g síry za vzniku sulfidu horečnatého. Musíte však vynásobiť Mg / S číslom 8, aby ste ho mohli porovnať s Mg / H. Takto 24 g Mg reaguje s 32 g síry za vzniku tohto sulfidu kovu.

Chlorid hlinitý

Je známe, že 35,5 g Cl reaguje s 1 g H za vzniku HCl. Tiež, 27 g Al reaguje s 3 g H pre vytvorenie ALH ₃ . Nájdite podiel chloridu hlinitého a povedzte, či sa táto zlúčenina riadi zákonom Richter-Wenzela.

Znovu pokračujeme v samostatnom výpočte Cl / H a Al / H:

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

= 35,5

Al / H = 27 g Al / 3 g H

= 9

Teraz sa vypočíta Al / Cl:

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

= 9/35,5

≈ 0,2550 alebo 1/4 (v skutočnosti 0,253)

To znamená, že 0,250 g Al reaguje s 1 g Cl za vzniku zodpovedajúcej soli. Ale opäť, Al / Cl sa musí vynásobiť číslom, ktoré umožňuje jeho porovnanie (pre zjednodušenie) s Al / H.

Nepresnosti pri výpočte

Al / Cl sa potom vynásobí 108 (27 / 0,250), čím sa získa 27 g Al, ktorý reaguje so 108 g Cl. To nie je presne tak. Ak vezmeme napríklad hodnotu 0,253-násobok Al / Cl a vynásobíme ho 106,7 (27 / 0,253), budeme mať, že 27 g Al reaguje so 106,7 g Cl; ktorá je bližšie k realite (AlCl ₃ , s PA 35,5 g / mol pre Cl).

Tu vidíme, ako môže Richterov zákon narážať na presnosť a zneužitie desatinných miest.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. Flores, J. Química (2002). Editorial Santillana.
3. Joaquín San Frutos Fernández. (SF). Ponderálne a volumetrické zákony. Získané z: encina.pntic.mec.es
4. Toppr. (SF). Zákony o chemickej kombinácii. Obnovené z: toppr.com
5. Brilantná. (2019). Zákony o chemickej kombinácii. Obnovené z: brilliant.org
6. Chémia LibreTexts. (2015, 15. júla). Základné chemické zákony. Obnovené z: chem.libretexts.org
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18. januára 2019). Zákon o zachovaní omše Zotavené z: thinkco.com