MITKÄ OVAT KEMIAN PAINOLAIT? (ESIMERKKEJÄ) - KEMIA - 2026

Ponderal lait kemian ovat ne, jotka ovat osoittaneet, että massat aineita, jotka reagoivat ei tehdä mielivaltaisesti tai sattumanvaraisesti; mutta ylläpitämällä vakio matemaattisia osuuksia kokonaislukuista tai niiden alaosista, joissa elementtien atomeja ei luoda eikä tuhota.

Aikaisemmin näiden lakien laatiminen vaati erityisiä ponnisteluja päättelyyn; koska vaikka se näyttää liian ilmeiseltä nyt, ennen elementtien tai vastaavasti yhdisteiden atomien ja molekyylien massaa ei edes tiedetty.

Lähde: Jeff Keyzer Austinista, TX, USA

Koska ei ollut tarkalleen tiedossa, kuinka paljon yhden moolin atomien määrät jokaisessa elementissä vastasivat, kemikaalien piti luottaa reagenssimassoihin 1800- ja 1800-luvuilla. Joten alkeelliset analyyttiset tasapainot (yläkuva) olivat erottamattomia kumppaneita satojen kokeiden aikana, joita vaaditaan painolakien laatimiseksi.

Tästä syystä tutkiessasi näitä kemian lakeja törmäät massamittauksiin joka hetki. Tämän ansiosta, ekstrapoloimalla kokeiden tulokset, havaittiin, että puhtaita kemiallisia yhdisteitä muodostuu aina samoilla massaosuuksilla kuin niiden ainesosilla.

Massan säilyttämistä koskeva laki

Tämän lain mukaan kemiallisessa reaktiossa reagenssien kokonaismassa on yhtä suuri kuin tuotteiden kokonaismassa; niin kauan kuin harkittu järjestelmä on suljettu eikä massaa ja energiaa vaihdeta ympäristöönsä.

Kemiallisessa reaktiossa aineet eivät katoa, vaan muuttuvat muiksi aineiksi, joiden massa on yhtä suuri; tästä syystä kuuluisa lause: "mitään ei luoda, mitään ei tuhota, kaikki muuttuu".

Historiallisesti massan säilyttämistä koskevaa lakia kemiallisessa reaktiossa ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1756 Mikhail Lomonsov, joka esitti kokeilujensa tulokset päiväkirjassaan.

Myöhemmin vuonna 1774, ranskalainen kemisti Antoine Levoisier esitteli kokeidensa tulokset, joiden avulla tämä voidaan vahvistaa; jota jotkut kutsuvat myös Lavoisierin lakiksi.

-Lavoisier-kokeilut

Lavoisierin aikana (1743-1794) oli Phlogiston-teoria, jonka mukaan ruumiilla oli kyky syttyä tai polttaa. Lavoisierin kokeilut mahdollistivat tämän teorian hylkäämisen.

Lavoisier teki lukuisia metallien palamiskokeita. Hän punnitsi huolellisesti materiaalit ennen palamista ja sen jälkeen suljetussa astiassa havaitsemalla, että painonnousu oli ilmeinen.

Mutta Lavoiser päätteli tietämistään hapen roolista palamisessa, että painon nousu palamisessa johtui hapen sisällyttämisestä palavaan materiaaliin. Metallioksidien käsite syntyi.

Siksi palamiselle altistettujen metallien ja hapen summien summa pysyi muuttumattomana. Tämä johtopäätös antoi mahdolliseksi vahvistaa joukkojen suojelulaki.

-Yhtälötasapaino

Massojen säilyttämislaki vahvisti kemiallisten yhtälöiden tasapainottamisen tarpeen takaamalla, että kaikkien kemialliseen reaktioon osallistuvien elementtien lukumäärä, sekä reagensseina että tuotteina, on täsmälleen sama.

Tämä on olennainen vaatimus suoritettavien stökiometristen laskelmien tarkkuudelle.

-Calculations

Vesimoolit

Kuinka monta moolia vettä voidaan tuottaa, kun poltetaan 5 moolia metaania ylimääräistä happea? Osoita myös, että aineen säilyttämislaki pätee.

CH ₄ + 2 O ₂ => CO ₂ + 2 H ₂ O

Tarkkailemalla reaktion tasapainotettua yhtälöä päätellään, että 1 mooli metaania tuottaa 2 moolia vettä.

Ongelma voidaan ratkaista suoraan yksinkertaisella lähestymistapa, koska meillä ei ole 1 moolia mutta 5 moolia CH ₄:

Moolia vettä = 5 moolia CH ₄ (2 mol H ₂ O / 1 mooli CH ₄)

= 10

Tämä olisi vastaa 180 g H ₂ O myös 5 mol tai 220 g CO _{2 muodostettiin}, joka on yhtä suuri kuin kokonais- massa 400 g tuotetta.

Siksi, jotta aineiden säilyttämistä koskevaa lakia noudatetaan, 400 g reagensseja on reagoitava; ei enempää ei vähempää. Näiden 400 g, 80 g vastaavat 5 moolia CH ₄ (kerrottuna sen moolimassa on 16 g / mol), ja 320 g vastaavat 10 moolia O ₂ (samalla tavalla sen moolimassa on 32 g / mol).

Magnesiumnauhan palaminen

1,50 g magnesiumnauhaa poltettiin suljetussa astiassa, joka sisälsi 0,80 g happea. Palamisen jälkeen säiliöön jäi 0,25 g happea. a) Mikä hapen massa reagoi? b) Kuinka paljon magnesiumoksidia muodostui?

Reagoituneen hapen massa saadaan yksinkertaisella erolla.

Kulutetun hapen massa = (alkuperäinen massa - jäännösmassa) happea

= 0,80 g - 0,25 g

= 0,55 g O ₂ (a)

Massan säilyttämistä koskevan lain mukaan

Magnesiumoksidin massa = magnesiumin massa + hapen massa

= 1,50 g + 0,55 g

= 2,05 g MgO (b)

Tiettyjen mittasuhteiden laki

Ranskalainen kemisti Joseph Louis Proust (1754-1826) tajusi, että kemiallisessa reaktiossa kemialliset elementit reagoivat aina kiinteissä massaosuuksissa muodostaen erityisen puhtaan yhdisteen; sen vuoksi sen koostumus on vakio lähteestä tai alkuperästä tai syntetisointitavasta riippumatta.

Proust vuonna 1799 julisti tiettyjen mittasuhteiden lain, jonka mukaan "Kun kaksi tai useampi elementti yhdistyvät muodostamaan yhdisteen, ne tekevät sen kiinteässä massasuhteessa." Sitten tämä suhde on kiinteä eikä ole riippuvainen strategiasta, jota noudatetaan yhdisteen valmistuksessa.

Tätä lakia kutsutaan myös vakiokoostumuksen lakiksi, jonka mukaan "jokainen puhtausasteessa oleva kemiallinen yhdiste sisältää aina samoja elementtejä vakiona massan suhteessa."

-Lakin kuvaus

Rauta (Fe) reagoi rikin (S) kanssa rautasulfidiksi (FeS), voidaan havaita kolme tilannetta (1, 2 ja 3):

Jos haluat löytää osuuden, jossa elementit yhdistyvät, jaa suurempi massa (Fe) pienemmällä massalla (S). Laskelma antaa suhteeksi 1,75: 1. Tämä arvo toistetaan kolmessa annetussa olosuhteessa (1, 2 ja 3), joissa saadaan sama osuus, vaikka käytetään erilaisia ​​massoja.

Toisin sanoen 1,75 g Fe: tä yhdistetään 1,0 g S: n kanssa, jolloin saadaan 2,75 g FeS: ää.

-Sovellukset

Tätä lakia soveltamalla voidaan tietää tarkalleen niiden elementtien massat, jotka täytyy yhdistää halutun yhdisteen massan saamiseksi.

Tällä tavalla voidaan saada tietoa joidenkin kemialliseen reaktioon osallistuvien elementtien ylimääräisestä massasta tai siitä, onko reaktiossa rajoittavaa reagenssia.

Lisäksi käytetään tuntemaan yhdisteen censaalikoostumus, ja viimeksi mainitun perusteella voidaan määrittää yhdisteen kaava.

Yhdisteen censaalikoostumus

Hiilidioksidi (CO ₂) muodostuu seuraavassa reaktiossa:

C + O ₂ => CO ₂

12 g hiiltä yhdistää 32 g happea, jolloin saadaan 44 g hiilidioksidia.

Joten prosenttiosuus hiiltä on yhtä suuri

Hiiliprosentti = (12 g / 44 g) 100%

= 27,3%

Prosenttihappi = (32 g / 44 g) 100%

Prosenttihappi = 72,7%

Jatkuvan koostumuksen lain perusteella voidaan todeta, että hiilidioksidi koostuu aina 27,3% hiilestä ja 72,7% happeesta.

-Calculations

Rikkitrioksidi

Saattamalla eri aluksiin 4 g ja 6 g rikkiä (S) ja happi (O), 10 g ja 15 g rikkitrioksidi (SO ₃) saatiin, vastaavasti.

Miksi saatiin tällaisia ​​määriä rikkitrioksidia eikä muita?

Laske myös rikkimäärä, joka vaaditaan yhdistämiseen 36 g: n kanssa happea ja saadun rikkitrioksidin massa.

Osa A)

Ensimmäisessä astiassa sekoitetaan 4 rikkiä X g: n kanssa happea, jolloin saadaan 10 g trioksidia. Jos sovelletaan massan säilyttämistä koskevaa lakia, voimme ratkaista rikin kanssa yhdistetyn hapen massan.

Hapen massa = 10 g happitrioksidia - 4 g rikkiä.

= 6 g

Astiassa 2 sekoitetaan 6 g rikkiä X g: n kanssa happea, jolloin saadaan 15 rikki-trioksidia.

Hapen massa = 15 g rikkitrioksidia - 6 g rikkiä

= 9 g

Sitten laskemme kullekin säiliölle O / S-suhteet:

O / S-suhde tilanteessa 1 = 6 g O / 4 g S

= 1,5 / 1

O / S-suhde tilanteessa 2 = 9 g O / 6 g S

= 1,5 / 1

Mikä on määriteltyjen mittasuhteiden laissa esitetyn mukaisesti, mikä osoittaa, että elementit yhdistyvät aina samassa suhteessa tietyn yhdisteen muodostamiseksi.

Siksi saadut arvot ovat oikeita ja arvot, jotka vastaavat lain soveltamista.

Osa b)

Edellisessä osassa O / S-suhteelle laskettiin arvo 1,5 / 1.

g rikkiä = 36 happea (1 g rikki / 1,5 g happea)

= 24 g

g rikkitrioksidia = 36 g happea + 24 g rikkiä

= 60 g

Kloori ja magnesium

Kloori ja magnesium yhdistetään suhteessa 2,95 g klooria jokaiselle grammalle magnesiumia. a) Määritä tarvittavat kloorin ja magnesiumin massat, jotta saadaan 25 g magnesiumkloridia. b) Mikä on magnesiumkloridin prosentuaalinen koostumus?

Osa A)

Cl: Mg-suhteen arvon 2,95 perusteella voidaan käyttää seuraavaa lähestymistapaa:

2,95 g: lla + 1 g Mg => 3,95 g MgCl ₂

Sitten:

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

= 18,67

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

= 6,33

Sitten 18,67 g klooria yhdistetään 6,33 g magnesiumia, jolloin saadaan 25 g magnesiumkloridia.

Osa b)

Laske ensin magnesiumkloridin, MgCl ₂: n, molekyylimassa:

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

= 95,3 g / mol

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

= 25,5%

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

= 74,5%

Useiden mittasuhteiden laki tai Daltonin laki

Ranskalainen kemisti ja meteorologi John Dalton julisti lain vuonna 1803 ilmakehän kaasujen reaktioita koskevien havaintojensa perusteella.

Laki todettiin seuraavalla tavalla: "Kun elementit yhdistetään, jotta saadaan useampi kuin yksi yhdiste, yhden muuttuva massa liittyy toisen kiinteään massaan ja ensimmäisellä on kanonisten ja epäselvien lukujen suhde".

Lisäksi: "Kun kaksi elementtiä yhdistetään, jolloin saadaan erilaisia ​​yhdisteitä, kun yhdelle niistä on kiinteä määrä, toisen elementin eri määrät, jotka yhdistyvät mainitun kiinteän määrän kanssa yhdisteiden tuottamiseksi, ovat suhteessa yksinkertaisiin kokonaislukuihin."

John Dalton esitti ensimmäisen modernin kuvauksen atomista kemiallisten elementtien komponenttina, kun hän huomautti, että elementit koostuvat jakamattomista hiukkasista, joita kutsutaan atomiksi.

Lisäksi hän postuloi, että yhdisteet muodostuvat, kun eri elementtien atomit yhdistyvät keskenään yksinkertaisissa kokonaisluku-suhteissa.

Dalton saattoi päätökseen Proustin tutkintatyöt. Hän huomautti, että on olemassa kaksi tinaoksidia, joissa tinaprosentit olivat 88,1% ja 78,7% vastaavilla happiprosentteilla, 11,9% ja 21,3%.

-Calculations

Vesi ja vetyperoksidi

Osoittavat, että yhdisteet vesi, H ₂ O, ja vetyperoksidia, H ₂ O ₂, täyttää lain Useita mittasuhteet.

Elementtien atomipainot: H = 1 g / mol ja happi = 16 g / mol.

Molekyylipainot yhdisteiden: H ₂ O = 18 g / mol ja H ₂ O ₂ = 34 g / mol.

Vety on elementti, jossa on kiinteä määrä H ₂ O ja H ₂ O ₂, niin osuudet välillä O ja H molempien yhdisteiden perustetaan.

O / H-suhde H ₂ O = (16 g / mol) / (2 g / mol)

= 8/1

O / H-suhde H ₂ O ₂ = (32 g / mol) / (2 g / mol)

= 16/1

Molempien mittasuhteiden välinen suhde = (16/1) / (8/1)

= 2

Joten vetyperoksidin O / H-suhde veteen on 2, yksinkertainen kokonaisluku. Siksi useiden osuuksien lain noudattaminen on osoitettu.

Typpioksidit

Mikä hapen massa yhdistyy 3,0 g: n kanssa typpeä a) typpioksidissa, NO: ssa ja b) typpidioksidissa, NO _{2: ssa}. Osoita, että NO ja NO ₂ ovat moninkertaisten osuuksien lain mukaisia.

Typen massa = 3 g

Atomipainot: typpi, 14 g / mol ja happi, 16 g / mol.

laskelmat

NO: ssa yksi N-atomi yhdistyy 1 O-atomiin, joten hapen massa, joka yhdistyy 3 g: n kanssa typpeä, voidaan laskea seuraavaa lähestymistapaa käyttämällä:

g O = = typpi · (PA. O / PA. N)

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

= 3,43 g O

NO ₂: ssa yksi N-atomi yhdistyy 2 O-atomin kanssa, joten yhdistetyn hapen massa on:

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

= 6,86 g 0

O / N-suhde NO: ssa = 3,43 g O / 3 g N

= 1,143

O / N-suhde NO ₂ = 6,86 g O / 3 g N

= 2,282

O / N-osuuksien välisen suhteen arvo = 2,282 / 1,143

= 2

Joten O / N-suhteen arvo on 2, yksinkertainen kokonaisluku. Siksi useiden osuuksien laki täyttyy.

Vastavuoroisten mittasuhteiden laki

Tämä Richterin ja Carl F. Wenzelin erikseen muotoilema laki vahvistaa, että kahden yhdisteen, joilla on yhteinen elementti, massasuhteet mahdollistavat kolmannen yhdisteen osuuden määrittämisen muiden alkuaineiden välillä, jos ne reagoivat.

Esimerkiksi, jos sinulla on kaksi yhdistettä AB ja CB, voit nähdä, että yhteinen elementti on B.

Richter-Wenzel-lain tai vastavuoroisia mittasuhteita koskevan lain mukaan tietäen, kuinka suuri osa A: sta reagoi B: n kanssa antamaan AB: lle ja kuinka suuri osa C: stä reagoi B: n kanssa antamaan CB: tä, voimme laskea A: n massan, jota tarvitaan reagoimaan a: n kanssa. C: n massa AC: n muodostamiseksi.

Ja tulos on, että suhteen A: C tai A / C on oltava A / B: n tai C / B: n monikerta tai osa. Tätä lakia ei kuitenkaan aina noudateta, varsinkin kun elementeillä on erilaisia ​​hapetustiloja.

Kaikista harkitsevista laeista tämä on ehkä "abstraktin" tai monimutkaisin. Mutta jos analysoit sitä matemaattiselta kannalta, nähdään, että se koostuu vain muuntokertoimista ja peruutuksista.

-Examples

Metaani

Jos 12 g hiilen tiedetään reagoivan 32 g hapen kanssa hiilidioksidin muodostamiseksi; ja että toisaalta, 2 g vety reagoi 16 g happea, jolloin muodostuu vettä, sitten massan osuudet C / O ja H / O CO ₂ ja H ₂ O, vastaavasti, voidaan arvioida.

Laskemalla C / O ja H / O meillä on:

C / O = 12 g C / 32 g

= 3/8

H / O = 2 g H / 16 g O

= 1/8

Happi on yleinen elementti, ja haluat tietää, kuinka paljon hiiltä reagoi vedyn kanssa metaanin tuottamiseksi; eli haluat laskea C / H (tai H / C). Joten on tarpeen jakaa aikaisemmat mittasuhteet sen osoittamiseksi, täyttyvätkö vastavuoroisuus vai eivät:

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

Huomaa, että tällä tavoin O: t peruutetaan ja C / H pysyy:

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

= 3

Ja 3 on kerrannainen 3/8 (3/8 x 8). Tämä tarkoittaa, että 3 g C reagoi 1 g H: n kanssa, jolloin saadaan metaania. Mutta, voi verrata sitä CO ₂, kerrotaan C / H 4, joka on yhtä suuri kuin 12; tämä antaa 12 g C: tä, joka reagoi 4 g: n H: n kanssa metaanin muodostamiseksi, mikä on myös totta.

Magnesiumsulfidi

Jos 24 g: n magnesiumin tiedetään reagoivan 2 g: n vedyn kanssa, muodostuu magnesiumhydridi; Lisäksi 32 g rikkiä reagoi 2 g vedyn kanssa muodostaen rikkivetyä, yhteinen elementti on vety ja haluamme laskea Mg / S Mg / H: sta ja H / S: stä.

Laskettaessa sitten Mg / H ja H / S erikseen, meillä on:

Mg / H = 24 g Mg / 2g H

= 12

H / S = 2 g H / 32 g S

= 1/16

Kuitenkin, on kätevää käyttää S / H-painiketta H: n peruuttamiseen. Siksi S / H on yhtä suuri kuin 16. Kun tämä on tehty, lasketaan Mg / S:

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

= (12/16)

= 3/4

Ja 3/4 on osa 12 (3/4 x 16). Mg / S-suhde osoittaa, että 3 g Mg reagoi 4 g rikin kanssa muodostaen magnesiumsulfidia. Sinun on kuitenkin kerrottava Mg / S 8: lla, jotta voit verrata sitä Mg / H: hen. Siten 24 g Mg: tä reagoi 32 g: n rikin kanssa, jolloin saadaan tämä metallisulfidi.

Alumiinikloridi

Tiedetään, että 35,5 g Cl reagoi 1 g: n kanssa H: n muodostamiseksi. Myös, 27 g Al reagoi 3 g H muodostamiseksi AIH- ₃. Selvitä alumiinikloridin osuus ja kerro, noudattaako tämä yhdiste Richter-Wenzel-lakia.

Edelleen lasketaan Cl / H ja Al / H erikseen:

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

= 35,5

Al / H = 27 g AI / 3 g H

= 9

Nyt Al / Cl lasketaan:

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

= 9 / 35,5

≈ 0,250 tai 1/4 (itse asiassa 0,253)

Toisin sanoen 0,250 g AI: ta reagoi 1 g: n kanssa Cl: n kanssa vastaavan suolan muodostamiseksi. Mutta jälleen kerran, Al / Cl on kerrottava luvulla, joka mahdollistaa sen vertaamisen (mukavuuden vuoksi) Al / H: n kanssa.

Epätarkkuudet laskelmassa

Al / Cl kerrotaan sitten 108: lla (27 / 0,250), jolloin saadaan 27 g Al: aa, joka reagoi 108 g: n Cl kanssa. Tämä ei ole tarkalleen tapaus. Jos otetaan esimerkiksi arvo 0,253 kertaa Al / Cl ja kerrotaan se 106,7: lla (27 / 0,253), niin saamme, että 27 g AI: ta reagoi 106,7 g: n Cl: n kanssa; joka on lähempänä todellisuutta (AICI ₃, jossa PA on 35,5 g / mol ja Cl).

Täällä näemme kuinka Richterin laki voi alkaa horjua tarkkuuden ja desimaalien väärinkäytön vuoksi.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia. (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Flores, J. Química (2002). Toimituksellinen Santillana.
3. Joaquín San Frutos Fernández. (SF). Pondraali- ja tilavuuslait. Palautettu osoitteesta: encina.pntic.mec.es
4. Toppr. (SF). Kemiallisen yhdistelmän lait. Palautettu osoitteesta: toppr.com
5. Loistava. (2019). Kemiallisen yhdistelmän lait. Palautettu osoitteesta: brilliant.org
6. Kemia LibreTexts. (2015, 15. heinäkuuta). Kemialliset perusteet. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
7. Helmenstine, tohtori Anne Marie (18. tammikuuta 2019). Massan suojelulaki. Palautettu osoitteesta: thinkco.com