KOJI SU TEŽINSKI ZAKONI KEMIJE? (PRIMJERI) - KEMIJA - 2025

U ponderal zakoni kemije su oni koji su pokazali da su mase tvari koje reagiraju ne učini u proizvoljnog ili slučajan način; ali održavanjem konstantnog matematičkog udjela cijelih brojeva ili njihovih podmnožaka u kojima atomi elemenata nisu ni stvoreni ni uništeni.

U prošlim vremenima uspostava ovih zakona iziskivala je iznimne napore; jer premda se to sada čini previše očiglednim, prije atomske i molekularne mase elemenata, odnosno spojeva, nisu ni bile poznate.

Izvor: Jeff Keyzer iz Austina, TX, SAD

Kako nije bilo točno koliko jednaki mol atoma svakog elementa jednaki, kemičari u 18. i 19. stoljeću morali su se osloniti na mase reaktanata. Tako su rudimentarne analitičke vage (gornja slika) bile nerazdvojne suputnice tijekom stotina eksperimenata potrebnih za utvrđivanje zakona težine.

Iz tog razloga, kada proučavate ove zakone kemije, nailazite na mjerenja masa svakog trenutka. Zahvaljujući tome ekstrapolirajući rezultate eksperimenata, otkriveno je da se čisti kemijski spojevi uvijek stvaraju s istim masnim udjelom njihovih sastavnih elemenata.

Zakon očuvanja mase

Ovaj zakon kaže da je u kemijskoj reakciji ukupna masa reaktanata jednaka ukupnoj masi proizvoda; sve dok je razmatrani sustav zatvoren i ne postoji razmjena mase i energije sa okolinom.

U kemijskoj reakciji tvari ne nestaju, već se pretvaraju u druge tvari jednake mase; otuda poznata fraza: "ništa se ne stvara, ništa se ne uništava, sve se transformira".

Povijesno gledano, zakon očuvanja mase u kemijskoj reakciji prvi je predložio 1756. godine Mihail Lomonsov, koji je rezultate svojih pokusa pokazao u svom časopisu.

Kasnije 1774., Antoine Levoisier, francuski kemičar, predstavio je rezultate svojih pokusa koji su omogućili da se to utvrdi; koju neki nazivaju i Lavoisierovim zakonom.

-Lavoisier pokusi

U Lavoisierovo vrijeme (1743-1794.) Postojala je Phlogistonova teorija prema kojoj su tijela imala sposobnost da se zapale ili izgaraju. Lavoisierovi eksperimenti omogućili su odbacivanje ove teorije.

Lavoisier je izveo brojne eksperimente izgaranja metala. Pažljivo je izvagati materijale prije i nakon izgaranja u zatvorenom spremniku, utvrdivši kako postoji očigledan porast težine.

No, Lavoiser je, na temelju svog znanja o ulozi kisika u izgaranju, zaključio da je porast tjelesne težine izgaranjem posljedica ugradnje kisika u gorivi materijal. Rođen je koncept metalnih oksida.

Stoga je količina masa metala izgaranih i kisika ostala nepromijenjena. Ovaj zaključak omogućio je uspostavu Zakona o očuvanju mise.

-Balance jednadžbi

Zakon očuvanja masa utvrdio je potrebu za uravnoteženjem kemijskih jednadžbi, jamčeći da je broj svih elemenata koji su uključeni u kemijsku reakciju, i kao reaktanata ili kao proizvoda, potpuno isti.

Ovo je ključni zahtjev za točnost stehiometrijskih izračuna koji se moraju izvesti.

-Calculations

Vodeni molovi

Koliko molova vode može se stvoriti tijekom izgaranja 5 mola metana u višku kisika? Pokazite također da vrijedi zakon očuvanja materije.

CH ₄ + 2 O ₂ -> CO ₂ + 2 H ₂ O

Promatrajući uravnoteženu jednadžbu reakcije, zaključuje se da 1 mol metana proizvodi 2 mola vode.

Problem se može riješiti izravno jednostavnim pristupom, jer nemamo 1 mola nego 5 mola CH ₄:

Mol vode = 5 molova CH ₄ (2 mola H ₂ O / 1 mol CH ₄)

= 10

To će biti jednako 180 g H ₂ O. Također, 5 mol ili 220 g CO _{je formirana 2}, koji je jednak ukupnom masom od 400 g proizvoda.

Dakle, da bi se zakon očuvanja materije ispunio, 400 g reagensa mora reagirati; ni više ni manje. Tih 400 g, 80 g odgovaraju 5 molova CH ₄ (pomnožene s molekulskom masom od 16 g / mol) i 320 g odgovaraju na 10 molova O ₂ (na isti način njegovom molekularnom masom od 32 g / mol).

Izgaranje magnezijeve vrpce

U zatvorenoj posudi sa 0,80 g kisika izgorjelo je 1,50 g magnezijeve vrpce. Nakon izgaranja, u spremniku je ostalo 0,25 g kisika. a) Koja je masa kisika reagirala? b) Koliko je magnezijevog oksida nastalo?

Masa kisika koja je reagirala dobiva se prostom razlikom.

Masa potrošenog kisika = (početna masa - preostala masa) kisika

= 0,80 g - 0,25 g

= 0,55 g O ₂ (a)

Prema zakonu očuvanja mase, Masa magnezijevog oksida = masa magnezija + masa kisika

= 1,50 g + 0,55 g

= 2,05 g MgO (b)

Zakon određenih proporcija

Joseph Louis Proust (1754.-1826.), Francuski kemičar, shvatio je da u kemijskoj reakciji kemijski elementi uvijek reagiraju u fiksnim omjerima masa i dobivaju specifičan čisti spoj; stoga je njegov sastav konstantan, bez obzira na izvor ili podrijetlo ili kako se sintetizira.

Proust je 1799. godine izgovorio zakon određenih proporcija, koji kaže da: "Kad se dva ili više elemenata spoje u tvar, to čine u fiksnom omjeru mase." Dakle, taj je odnos fiksiran i ne ovisi o strategiji koja se slijedi za pripremu spoja.

Ovaj je zakon poznat i kao zakon stalnog sastava, koji kaže da: „Svaki kemijski spoj u stanju čistoće uvijek sadrži iste elemente, u stalnom omjeru mase“.

-Ilustracija zakona

Željezo (Fe) reagira sa sumporom (S) da tvori željezni sulfid (FeS), mogu se primijetiti tri situacije (1, 2 i 3):

Da biste pronašli udio u kojem se elementi kombiniraju, podijelite veću masu (Fe) na manju masu (S). Izračun daje omjer 1,75: 1. Ova se vrijednost ponavlja u tri dana (1, 2 i 3), gdje se dobije isti omjer, iako se koriste različite mase.

Odnosno, 1,75 g Fe kombinirano je s 1,0 g S da bi se dobilo 2,75 g FeS-a.

-Applications

Primjenjujući ovaj zakon, možete točno znati mase elemenata koji se moraju kombinirati kako bi se dobila željena masa spoja.

Na taj se način mogu dobiti informacije o prekomjernoj masi nekih elemenata koji su uključeni u kemijsku reakciju ili o tome postoji li ograničavajući reagens u reakciji.

Pored toga, primjenjuje se da bi se znao stotečni sastav spoja, a na osnovu potonjeg može se utvrditi formula spoja.

Centesimalni sastav spoja

Ugljični dioksid (CO ₂) nastaje u sljedećim reakcijama:

C + O ₂ -> CO ₂

12 g ugljika kombinira 32 g kisika dajući 44 g ugljičnog dioksida.

Dakle, postotak ugljika jednak je

Postotak ugljika = (12 g / 44 g) 100%

= 27,3%

Postotak kisika = (32 g / 44 g) 100%

Postotak kisika = 72,7%

Koristeći izjavu Zakona o stalnom sastavu, može se primijetiti da se ugljični dioksid uvijek sastoji od 27,3% ugljika i 72,7% kisika.

-Calculations

Sumporni trioksid

Reakcijom u različitim posudama 4 g i 6 g sumpora (S) s kisikom (O), i 10 g 15 g sumpor trioksid (SO ₃) dobivene su, redom.

Zašto su dobivene takve količine sumpor-trioksida, a ne druge?

Izračunajte i količinu sumpora potrebnu za kombiniranje s 36 g kisika i masu dobivenog sumpornog trioksida.

Dio A)

U prvom spremniku 4 sumpora pomiješa se s X g kisika da bi se dobilo 10 g trioksida. Ako se primijeni zakon očuvanja mase, možemo se riješiti mase kisika koja se kombinirala sa sumporom.

Masa kisika = 10 g kisikovog trioksida - 4 g sumpora.

= 6 g

U posudi se 6 6 g sumpora pomiješa s X g kisika da se dobije 15 sumpor-trioksida.

Masa kisika = 15 g sumpornog trioksida - 6 g sumpora

= 9 g

Zatim nastavljamo s izračunavanjem O / S omjera za svaki spremnik:

Omjer O / S u situaciji 1 = 6 g O / 4 g S

= 1,5 / 1

Omjer O / S u situaciji 2 = 9 g O / 6 g S

= 1,5 / 1

Što je u skladu s onim što je navedeno u zakonu definiranih proporcija, što ukazuje da se elementi uvijek kombiniraju u istom omjeru i stvaraju određeni spoj.

Stoga su dobivene vrijednosti točne i one koje odgovaraju primjeni Zakona.

Dio b)

U prethodnom odjeljku za omjer O / S izračunata je vrijednost 1,5 / 1.

g sumpora = 36 kisika (1 g sumpora / 1,5 g kisika)

= 24 g

g sumpor trioksida = 36 g kisika + 24 g sumpora

= 60 g

Klor i magnezij

Klor i magnezij kombiniraju se u omjeru 2,95 g klora za svaki g magnezija. a) Odredite mase klora i magnezija potrebne za dobivanje 25 g magnezijevog klorida. b) Koliki je postotni sastav magnezijevog klorida?

Dio A)

Na temelju vrijednosti 2,95 za omjer Cl: Mg, može se izraditi sljedeći pristup:

2,95 g Cl + 1 g Mg => 3,95 g MgCl ₂

Zatim:

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

= 18,67

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

= 6,33

Zatim se 18,67 g klora kombinira sa 6,33 g magnezija, čime se dobije 25 g magnezijevog klorida.

Dio b)

Prvo izračunajte molekulsku masu magnezijevog klorida, MgCl ₂:

Molekulska masa MgClz ₂ = 24,3 g / mol + (2 35,5 g / mol)

= 95,3 g / mol

Postotak magnezija = (24,3 g / 95,3 g) x 100%

= 25,5%

Postotak klora = (71 g / 95.3 g) x 100%

= 74,5%

Zakon više proporcija ili Daltonov zakon

Zakon je izglasio 1803. godine francuski kemičar i meteorolog John Dalton, na temelju njegovih opažanja o reakcijama atmosferskih plinova.

Zakon je bio naveden na sljedeći način: "Kad se elementi kombiniraju kako bi se dobilo više od jednog spoja, varijabilna masa jednog od njih pridružuje se fiksnoj masi druge, a prva ima odnos kanonskih i nejasnih brojeva".

Također: "Kada se dva elementa kombiniraju kako bi nastali različiti spojevi, s obzirom na fiksnu količinu jednog od njih, različite količine drugog elementa koje se kombiniraju s navedenom fiksnom količinom za proizvodnju spojeva odnose se na jednostavne cijeli brojeve."

John Dalton dao je prvi moderni opis atoma kao komponente kemijskih elemenata, kada je istaknuo da su elementi sastavljeni od nedjeljivih čestica koje se nazivaju atomi.

Osim toga, on je postulirao da se spojevi formiraju kada se atomi različitih elemenata međusobno kombiniraju u jednostavnim omjerima cijelog broja.

Dalton je dovršio istražne radove Prousta. Istaknuo je postojanje dva oksida kositra, s postocima 88,1% i 78,7% kositra s odgovarajućim postocima kisika, 11,9% i 21,3%.

-Calculations

Voda i vodikov peroksid

Pokazuju da spojevi voda, H ₂ O, a vodikov peroksid, H ₂ O ₂, zadovoljiti zakon višestruke proporcije.

Atomska masa elemenata: H = 1 g / mol i kisik = 16 g / mol.

Molekulske mase spojeva: H ₂ O = 18 g / mol, a H ₂ O ₂ -34 g / mol.

Vodik element s fiksnom količinom u H ₂ O i H ₂ O ₂, tako da će biti uspostavljena proporcije između O i H u oba spoja.

O / H omjer u H ₂ O = (16 g / mol) / (2 g / mol)

= 8/1

O / H omjer u H ₂ O ₂ -(32 g / mol) / (2 g / mol)

= 16/1

Odnos između obje proporcije = (16/1) / (8/1)

= 2

Dakle, omjer O / H između vodikovog peroksida i vode je 2, cijeli cijeli broj. Zbog toga se pokazuje usklađenost sa Zakonom o višestrukim udjelima.

Dušikovih oksida

Što masa kisika kombinira s 3,0 g dušika na dušikov oksid), NO i b) dušikov dioksid, NO ₂. Pokažite da su NO i NO _{2 u} skladu sa zakonom višestrukih proporcija.

Masa dušika = 3 g

Atomske težine: dušik, 14 g / mol, i kisik, 16 g / mol.

izračuni

U NO, jedan N atom kombinira se s 1 O atomom, pa se masa kisika koja se kombinira s 3 g dušika može izračunati sljedećim pristupom:

g O = g dušika · (PA. O / PA. N)

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

= 3,43 g O

U NO ₂, jedan N atom kombinira se s 2 O atoma, tako da je masa kisika koja se kombinira:

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

= 6,86 g O

Omjer O / N u NO = 3,43 g O / 3 g N

= 1.143

Omjer O / N u NO ₂ = 6,86 g O / 3 g N

= 2.282

Vrijednost odnosa između O / N proporcija = 2,282 / 1,143

= 2

Dakle, vrijednost omjera O / N je 2, cijeli cijeli broj. Stoga je ispunjen Zakon višestruke proporcije.

Zakon uzajamnih proporcija

Ovaj zakon koji su Richter i Carl F. Wenzel formulirali odvojeno, utvrđuje da maseni udjeli dvaju spojeva sa zajedničkim elementom omogućuju određivanje udjela trećeg spoja među ostalim elementima ako oni reagiraju.

Na primjer, ako imate dva spoja AB i CB, možete vidjeti da je zajednički element B.

Richter-Wenzelov zakon ili recipročne proporcije govore da, znajući koliko A reagira s B da bi dao AB, a koliko C reagira s B da bi dao CB, možemo izračunati masu A koja je potrebna da reagira s masa C da tvori AC.

A rezultat je da omjer A: C ili A / C mora biti višestruk ili podmnožica A / B ili C / B. Međutim, ovaj zakon nije uvijek ispunjen, pogotovo ako elementi predstavljaju različita oksidacijska stanja.

Od svih ponderalnih zakona ovaj je možda najopstraniji ili najkompliciraniji. Ali ako ga analizirate s matematičkog stajališta, vidjet će se da se sastoji samo od faktora pretvorbe i otkaza.

U primjere

Metan

Ako je poznato da 12 g ugljika reagira s 32 g kisika, nastaje ugljični dioksid; te da je, s druge strane, 2 g vodika reagira s 16 g kisika u vodi, zatim se masa omjeri C / O i H / O za CO ₂ i H ₂ O, odnosno, mogu se procijeniti.

Za izračun C / O i H / O imamo:

C / O = 12 g C / 32 g O

= 3/8

H / O = 2 g H / 16 g O

= 1/8

Kisik je uobičajeni element, a želite znati koliko ugljik reagira s vodikom da bi proizveo metan; to jest, želite izračunati C / H (ili H / C). Dakle, potrebno je napraviti podjelu prethodnih proporcija da bismo pokazali je li reciprocitet ispunjen ili ne:

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

Imajte na umu da se na ovaj način O uklanjaju i C / H ostaje:

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

= 3

A 3 je višekratnik 3/8 (3/8 x 8). To znači da 3 g C reagira s 1 g H, dajući metan. Ali, da biste ga mogli usporediti s CO ₂, C / H pomnožite s 4, što je jednako 12; ovo daje 12 g C koji reagira s 4 g H da formira metan, što je također istina.

Magnezijev sulfid

Ako je poznato da 24 g magnezija reagira s 2 g vodika, formira magnezijev hidrid; Nadalje, 32 g sumpora reagira s 2 g vodika, pri čemu nastaje vodikov sulfid, zajednički element je vodik i želimo izračunati Mg / S iz Mg / H i H / S.

Zatim izračunavajući Mg / H i H / S odvojeno, imamo:

Mg / H = 24g Mg / 2g H

= 12

H / S = 2g H / 32g S

= 1/16

Međutim, prikladno je upotrijebiti S / H za poništavanje H. Prema tome, S / H je jednak 16. Nakon što to učinimo, nastavljamo s izračunavanjem Mg / S:

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

= (12/16)

= 3/4

A 3/4 je podmnoža od 12 (3/4 x 16). Mg / S omjer označava da 3 g Mg reagira s 4 g sumpora kako bi se stvorio magnezijev sulfid. Međutim, morate pomnožiti Mg / S sa 8 da biste ga mogli usporediti s Mg / H. Dakle, 24 g Mg reagira s 32 g sumpora dajući ovaj metalni sulfid.

Aluminij klorid

Poznato je da 35,5 g Cl reagira s 1 g H da formira HCl. Također, 27 g Al reagira s 3 g H da se dobije ALH ₃. Pronađite udio aluminij-klorida i recite je li taj spoj u skladu s Richter-Wenzelovim zakonom.

Opet nastavljamo izračunavati Cl / H i Al / H odvojeno:

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

= 35.5

Al / H = 27 g Al / 3 g H

= 9

Al / Cl se izračunava:

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

= 9 / 35,5

≈ 0,250 ili 1/4 (zapravo 0,253)

Odnosno, 0,250 g Al reagira s 1 g Cl, čime nastaje odgovarajuća sol. Ali, opet, Al / Cl se mora pomnožiti s brojem koji omogućuje uspoređivanje (radi praktičnosti) s Al / H.

Netočnosti u izračunu

Al / Cl se zatim množi sa 108 (27 / 0,250), dajući 27 g Al koji reagira sa 108 g Cl. To baš i nije slučaj. Ako uzmemo za primjer vrijednost 0,253 puta Al / Cl, i pomnožimo je sa 106,7 (27 / 0,253), imat ćemo da 27 g Al reagira sa 106,7 g Cl; što je bliže stvarnosti (ALCL ₃, s 35,5 g od PA / mol za Cl).

Ovdje vidimo kako Richterov zakon može početi propadati zbog preciznosti i zlouporabe decimala.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Flores, J. Química (2002). Uredništvo Santillana.
3. Joaquín San Frutos Fernández. (SF). Ponderalni i volumetrijski zakoni. Oporavak od: encina.pntic.mec.es
4. Toppr. (SF). Zakoni kemijskog kombiniranja. Oporavilo od: toppr.com
5. Sjajan. (2019). Zakoni kemijskog kombiniranja. Oporavak od: briljan.org
6. Kemija LibreTexts. (2015., 15. srpnja). Temeljni kemijski zakoni. Oporavak od: chem.libretexts.org
7. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (18. siječnja 2019.). Zakon očuvanja mase obnovljeno iz: thinkco.com