Закон постоянства
состава вещества

Химические формулы

Всякое вещество – от самого простого
до самого сложного – имеет три различные,
но взаимосвязанные стороны:
свойство, состав, строение...

Б.М.Кедров

Цели .
Дидактическая – рассмотреть понятия «химический элемент», «сложное вещество», а также состав сложных веществ, его постоянство, что обозначает химическая формула вещества, назначение коэффициентов и индексов.
Психологическая – вызвать интерес к предмету, выработать умения логически рассуждать, грамотно выражать свои мысли.
Воспитательная – развивать умения работать коллективно, оценивать ответы своих товарищей.

Оборудование . Кристаллическая решетка сульфида железа(II), модели молекул воды, индивидуальные карточки для проверки домашнего задания, таблички-анаграммы для химической разминки, шкала для определения эмоционального состояния ученика.

ХОД УРОКА

Ориентировочно-мотивационный этап

В начале и в конце урока проводится психологическая разминка . Ее цель – определить эмоциональное состояние учащихся. У каждого ученика на внутренней стороне обложки тетради приклеена табличка с шестью лицами – шкала для определения эмоционального состояния (рис. 1). Каждый ученик ставит галочку под той рожицей, чье выражение отражает его настроение.

УЧИТЕЛЬ . Было бы замечательно, если бы к концу урока каждому удалось переместить галочку хотя бы на одну клетку влево. Для этого нужно задуматься над вопросами: может ли человек полюбить неинтересный ему учебный предмет? Что для этого нужно сделать?

Статья опубликована при поддержке мобильного онлайн переводчика «m-translate.ru ». Удобный и быстрый онлайн перевод с десятка языков, тысячи направлений перевода. Не требует установки, перевод слов, предложений и текстов, бесплатно. Чтобы начать пользоваться сервисом онлайн перевода перейдите на сайт: http://www.m-translate.ru/.

Химическая разминка .
УЧЕНИК . Вася и Петя любят составлять и разгадывать слова-анаграммы (обычно фантастические), в которых порядок букв переставлен. Попробуйте разгадать некоторые из химических анаграмм.
Переставив буквы в каждом слове, надо получить название химического элемента.
Леодруг – без этого элемента в печке не будет огня,
сликодор – без этого элемента не проживете и десяти минут,
цинвес – у этого элемента действительно большой удельный вес,
мникрей – этот элемент ищите среди камней,
орребес – блестит, а не золото.
УЧИТЕЛЬ. Если вы легко справились с этим заданием, скажите себе: «Я – умница».
Проверка домашнего задания по теме «Химические знаки». Повторить знаки химических элементов и значения их относительных атомных масс. Обратить внимание на различие массы атома (в атомных единицах массы) и относительной атомной массы (безразмерной величины) на их общий признак – одинаковое численное значение. Затем провести фронтальную самостоятельную работу по индивидуальным карточкам в течение 5–10 мин.
Карточка 1 . Назовите элементы по их химическим знакам: N, S, Ag, Al, O, I.
Карточка 2 . Напишите химические знаки элементов: железо, водород, натрий, бром, цинк, хлор.

Операционно-исполнительный этап

УЧИТЕЛЬ. Сегодня мы познакомимся с одним из основных законов химии – это закон постоянства состава вещества. Мне хочется, чтобы вы за строгой формулировкой закона увидели живого, трудолюбивого и любознательного человека из Франции – Жозефа Луи Пруста. Он в течение семи лет исследовал множество веществ, чтобы доказать утверждение, которое в современной формулировке умещается в три строчки. Об этом очень красиво сказал в своих стихах его земляк, малоизвестный у нас французский поэт Арман Сюлли-Прюдом, лауреат Нобелевской премии, современник Д.И.Менделеева.
УЧЕНИЦА
«Взор химика пытлив, ему порядок мил,
Среди своих реторт, мензурок и приборов,
Таких загадочных для любопытных взоров,
Стремится он постичь капризы тайных сил.
Он многое из них уже установил,
Следя за их игрой, участник их раздоров,
И скоро он велит, властитель этих споров,
Признать и чтить закон, который он открыл.
Завидую тебе, взыскательный ученый,
Чьи зоркие глаза мир видят обнаженный,
Как в день творения, исток всех прочих дней.
Веди ж меня в загадочное царство!
Я верю: только в нем отыщется лекарство
От всех бесчисленных печалей и скорбей».

УЧИТЕЛЬ. Чтобы получить сульфид железа(II), мы смешивали железо и серу в соотношении 7:4. Если смешать их в другой пропорции, например 10:4, то химическая реакция произойдет, но 3 г железа в реакцию не вступит. Почему наблюдается такая закономерность? Известно, что в сульфиде железа(II) на каждый один атом железа приходится один атом серы (демонстрация кристаллической решетки, рис. 2). Следовательно, для реакции нужно брать вещества в таких массовых соотношениях, чтобы сохранялось соотношение атомов железа и серы (1:1). Поскольку численные значения атомных масс Fe, S и их относительных атомных масс A r (Fe), A r (S) совпадают, можно записать: A r (Fe):A r (S) = 56:32 = 7:4.
Отношение 7:4 сохраняется постоянно, в каких бы единицах массы ни выражать массу веществ
(г, кг, т, а.е.м.). Большинство химических веществ обладает постоянным составом.
Закон постоянства состава веществ был открыт французским ученым Прустом в 1808 г. Вот как этот закон звучал в его изложении: «От одного полюса Земли до другого соединения имеют одинаковый состав и одинаковые свойства. Никакой разницы нет между оксидом железа из Южного полушария и Северного. Малахит из Сибири имеет тот же состав, как и малахит из Испании. Во всем мире есть лишь одна киноварь».
Современная формулировка закона : каждое химически чистое вещество с молекулярным строением независимо от места нахождения и способа получения имеет один и тот же постоянный качественный и количественный состав.

Учащиеся записывают определение в тетрадь. Затем они выполняют самостоятельную работу . Текст заданий заранее написан на доске. Двое учащихся решают задачи на обратной стороне доски, остальные решают в тетрадях. После выполнения работы ученики обмениваются тетрадями, происходит взаимопроверка. Учитель может выборочно проверить некоторые тетради.
Вариант 1 . Для получения сульфида железа(II) взяли 3,5 г железа и 4 г серы. Какое вещество останется неизрасходованным и какова его масса?
Вариант 2 . Чтобы получить сульфид железа(II), взяли 15 г железа и 8 г серы. Какое вещество взято в избытке и какова масса этого избытка?

УЧИТЕЛЬ. А сейчас послушайте выступление о знаменитом споре между французскими учеными Ж.Л.Прустом и К.Л.Бертолле, который длился около 10 лет на страницах французских журналов в начале XIX в.
УЧЕНИК. Да, спор двух французских химиков длился с 1799 по 1809 г., а затем был продолжен химиками Англии, Швеции, Италии, России и других стран. Этот спор можно с полным правом назвать первой научной дискуссией такого масштаба и по времени возникновения, и по стратегической важности обсуждаемых проблем. Эта дискуссия определила пути развития химии на столетия вперед.
В 1799 г. профессор Королевской лаборатории в Мадриде, француз по происхождению, Жозеф Луи Пруст опубликовал статью «Исследования меди». В статье подробно освещены анализы соединений меди и сделан вполне обоснованный вывод, что химически индивидуальное соединение всегда, независимо от способа его образования, обладает постоянным составом. К такому же выводу Пруст пришел и позже, в 1800–1806 гг., исследуя химические соединения свинца, кобальта и других металлов.
В 1800–1803 гг. английский химик Джон Дальтон обосновал этот закон теоретически, установив атомное строение молекул и наличие определенных атомных масс элементов. Чисто теоретически Дальтон пришел к открытию еще одного основного закона химии – закона кратных отношений, находящегося в единстве с законом постоянства состава.
В то же самое время профессор Нормальной школы в Париже Клод Луи Бертолле, уже знаменитый химик, опубликовал ряд статей, в которых отстаивал вывод о том, что состав химических соединений зависит от способа их получения и часто бывает не постоянным, а переменным. Бертолле выступил против законов Пруста и Дальтона, аргументируя это все новыми и новыми опытами по получению сплавов, твердых оксидов металлов. Он воспользовался и данными самого Пруста, указав на то, что в природных сульфидах и оксидах металлов содержится избыток серы и кислорода по сравнению с полученными в лаборатории.
Развитие химии показало, что обе стороны были правы. Точка зрения Пруста и Дальтона для химии 1800-х гг. была понятна, конкретна и почти очевидна. Пруст и Дальтон заложили основы атомно-
молекулярного учения о составе и строении химических соединений. Это была магистральная линия развития химии. Точка зрения Бертолле была практически неприемлема для тогдашней химии, т. к. она отражала химизм процессов, изучение которых началось в основном лишь
с 1880-х гг. И только будущее показало, что и Бертолле был прав!
По предложению академика Н.С.Курнакова вещества постоянного состава были названы дальтонидами (в честь английского химика и физика Дальтона), а вещества переменного состава – бертоллидами (в память о французском химике Бертолле). (Более подробно об этом можно прочитать в работах .)
УЧИТЕЛЬ. Подведем итоги сообщения. Во-первых, известны вещества немолекулярного строения с переменным составом. Во-вторых, закон постоянства состава веществ справедлив для веществ молекулярного строения. В-третьих, существует категория веществ молекулярного строения, для которых закон постоянства состава неверен. Это полимеры, с ними мы познакомимся на уроках химии позднее.
Что же подразумевается под количественным и качественным составами веществ? На основе закона Пруста можно записать химические формулы веществ при помощи химических знаков.
Рассмотрим в качестве примера состав молекулы воды. Она состоит из атомов водорода и кислорода (качественный состав), причем по массе в воде содержится водорода – 11,19%, а кислорода – 88,81% (количественный состав). Есть несколько способов выражения состава воды.
1-й способ . В состав молекулы воды входят два атома водорода и один атом кислорода (используем слова).
2-й способ . Эту же мысль можно выразить рисунком (используем условные обозначения):
3-й способ . Формула воды – Н 2 О (используем химические знаки и индексы).
Индекс показывает количество атомов данного элемента в молекуле.
Итак, состав дальтонидов выражается простыми формулами с целочисленными стехиометрическими индексами, например Н 2 О, НСl, СН 4 . Состав бертоллидов непостоянен, у них дробные стехиометрические индексы. Так, оксид титана(II) ТiO в действительности имеет состав от ТiO 0,7 до ТiO 1,3 .
Ответьте мне на вопрос: что показывает коэффициент? (Ответ учащихся: число молекул данного вещества.)
Рассмотрим пример: 3Н 2 О. Какое количество молекул воды отображает эта запись? Сколько атомов водорода в одной молекуле воды, в трех молекулах воды? Сколько атомов кислорода в одной молекуле воды, в трех молекулах воды? (Демонстрация моделей молекул воды.) Читаем формулу: «три-аш-два-о».
Демонстрация увеличенного рисунка 15 на с. 24 учебника «Химия-8» , представляющего запись: 3CuCl 2 , 5Al 2 O 3 , 3FeCl 2 .
УЧИТЕЛЬ. Как прочитать формулы указанных веществ? Сколько молекул данного вещества отображает химическая формула? Сколько атомов каждого элемента входит в одну молекулу данного вещества? Сколько атомов каждого элемента в трех (пяти) молекулах данного вещества?
Химическая формула – это условная запись состава вещества посредством химических знаков и индексов.
Ученики записывают определение в тетрадь.

Рефлексивно-оценочный этап

Беседа с учащимися по вопросам.
1. Кем и когда был открыт закон постоянства состава веществ?
2. Дайте определение этого закона.
3. В чем состояла суть спора между химиками Прустом, Дальтоном и Бертолле?
4. Что отображает химическая формула вещества?
5. Что показывают коэффициент и индексы в химической формуле?
6. Есть ли разница в составе веществ, имеющих формулы: СО и СО 2 , Н 2 О и Н 2 О 2 ?
7. Используя химические знаки, индексы и коэффициенты, запишите обозначения
двух молекул воды,
трех молекул оксида азота (если известно, что в молекуле оксида азота на один атом азота приходится два атома кислорода),
трех молекул сероводорода (в его молекуле на два атома водорода приходится один атом серы),
четырех молекул оксида фосфора (в каждой молекуле этого оксида на два атома фосфора приходится пять атомов кислорода).
Ученики делают записи в тетради, один ученик – на обратной стороне доски. Проверка: обмен тетрадями с соседом по парте, сверка по ответу на доске, анализ ошибок.
Задание на дом. Учебник «Химия-8» , § 9, с. 22–23; § 10, с. 24–25. Двум учащимся дается задание подготовить небольшие сообщения по биографии Пруста.
Итоги урока . Объявить оценки за урок отвечавшим ученикам, поблагодарить всех за работу на уроке. Провести оценку эмоционального состояния по шкале (см. рис. 1). Учитель еще раз напоминает вопросы, над которыми необходимо подумать для эффективной работы на уроках.

ЛИТЕРАТУРА

1. Соловейчик С.Л. Час ученичества. М.: Педагогика, 1986.
2. Леенсон И.А. Химические элементы и химические законы. Рабочая тетрадь. М.: Изд-во гимназии «Открытый мир», 1995.
3. Кузнецов В.И., Рахимбекова X. Дискуссии в развитии науки и диалоговая форма обучения. Химия в школе, 1991, № 6.
4. Кузнецов В.И. Эволюция представлений об основных законах химии. М.: Наука, 1967.
5. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия-8. М.: Просвещение, 1991.

Уже к началу XIX в. накопилось много данных о составе отдельных веществ и их изменениях. Развитие техники количественных измерений и методов химического анализа позволило определять соотношения элементов в соединениях. Французский химик Ж. Пруст (1754–1826) после тщательнейших экспериментов с рядом веществ установил закон постоянства состава – один из основных законов химии.

Согласно закону постоянства состава, всякое чистое вещество, независимо от способов его получения и нахождения в природе, имеет постоянный качественный и количественный состав .

Это означает, что все соединения содержат элементы в строго определенных весовых пропорциях, независимо от способа получения, Так, например, сернистый газ, полученный сжиганием серы, или действием кислот на сульфиты, или любым другим способом, всегда содержит одну весовую часть серы и одну весовую часть кислорода.

Закон постоянства состава веществ был установлен в результате семилетнего спора между Прустом и его оппонентом, французским химиком К. Бертолле (1748–1822), утверждавшим, что состав соединений зависит от способа их получения.

Бертолле в результате анализа растворов, которые он считал химическими соединениями, сделал общий вывод о существовании химических соединений переменного состава. Получалось, что два элемента могут образовать непрерывный ряд соединений с изменяющимися свойствами и составом.

Пруст утверждал, что состав чистого вещества всегда один и тот же, любое химическое вещество имеет всегда одни и те же свойства, одинаковую температуру плавления, кипения, удельный вес. Пруст заявлял, что природа даже через посредство людей никогда не производит соединений иначе, как только по весу и мере. Одни и те же соединения имеют всегда тождественный состав. Внешний их вид может быть различен, но свойства – никогда. Нет разницы между окисью железа из южного полушария и из северного, хлористое серебро из Перу совершенно тождественно хлористому серебру из Сибири; во всем мире имеется только один хлористый натрий, одна селитра и т.д. Проделав в течение 1799–1887 гг. массу анализов, Пруст доказал справедливость своих выводов.

Дальнейшее развитие химии показало, что закон постоянства состава характеризует соединения с молекулярной структурой, состав же соединений с немолекулярной структурой (атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.

В начале XX в. русский химик Курнаков, изучая сплавы металлов, открыл соединения переменного состава. В дальнейшем было выяснено, что соединения переменного состава встречаются также среди оксидов, соединений металлов с серой, азотом, углеродом, водородом а также – среди других неорганических веществ, имеющих кристаллическую структуру. Вещества переменного состава были названы бертоллидами , в отличие от соединений постоянного состава –дальтонидов . Для многих соединений переменного состава установлены пределы, в которых может изменяться их состав. Так, в диоксиде титанаTiO 2 на единицу массы титана может приходиться от0,65 до0,67 единиц массы кислорода, что соответствует формулеТi O 1,9 – 2,0 ( таб.4.1 ).

Таблица 4.1

ДАЛЬТОНИДЫ

(вещества постоянного состава)

примеры соединений

БЕРТОЛЛИДЫ

(вещества переменного состава)

примеры соединений

H 2 O

C Cl 4

CO 2

Ti O 1,9 – 2,0

V O 0,9 –1,3

Таким образом, закон постоянства состава, в отличие от закона сохранения массы вещества, не является столь всеобщим. Однако для своего времени закон постоянства состава имел фундаментальное значение. Он привел к мысли о существовании молекул и подтвердил неделимость атомов. В самом деле, почему в сернистом газе весовое отношение серы и кислорода всегда 1:1 , а не1,1:0,9 или0,95:1.05 ? Этот результат легко объяснить, если предположить, что атомы серы соединяются с определенным числом атомов кислорода и образуют частицы сернистого газа (эти частицы впоследствии были названы молекулами).

I. НОВЫЙ МАТЕРИАЛ

К основным законам химии относится закон постоянства состава:

Всякое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.

Атомно-молекулярное учение позволяет объяснить закон постоянства состава. Поскольку атомы имеют постоянную массу, то и массовый состав вещества в целом постоянен.

Закон постоянства состава впервые сформулировал французский ученый-химик Ж.Пруст в 1808 г

Он писал: "От одного полюса Земли до другого соединения имеют одинаковый состав и одинаковые свойства. Никакой разницы нет между оксидом железа из Южного полушария и Северного. Малахит из Сибири имеет тот же состав, как и малахит из Испании. Во всем мире есть лишь одна киноварь".

В этой формулировке закона, как и в приведенной выше, подчеркивается постоянство состава соединения независимо от способа получения и места нахождения.

Чтобы получить сульфид железа(II), мы смешивали железо и серу в соотношении 7:4. . Если смешать их в другой пропорции, например 10:4, то химическая реакция произойдет, но 3 г железа в реакцию не вступит. Почему наблюдается такая закономерность? Известно, что в сульфиде железа(II) на каждый один атом железа приходится один атом серы (демонстрация кристаллической решетки, рис.). Следовательно, для реакции нужно брать вещества в таких массовых соотношениях, чтобы сохранялось соотношение атомов железа и серы (1:1). Поскольку численные значения атомных масс Fe, S и их относительных атомных масс A r (Fe), A r (S) совпадают, можно записать:A r (Fe):A r (S) = 56:32 = 7:4.
Отношение 7:4 сохраняется постоянно, в каких бы единицах массы ни выражать массу веществ (г, кг, т, а.е.м.). Большинство химических веществ обладает постоянным составом.

Рис. Кристаллическая решетка сульфида железа(II)

Развитие химии показало, что наряду с соединениями постоянного состава существуют соединения переменного состава. По предложению Н.С. Курнакова первые названы дальтонидами (в память английского химика и физика Дальтона), вторые - бертоллидами (в память французского химика Бертолле, предвидевшего такие соединения). Состав дальтонидов выражается простыми формулами с целочисленными стехиометрическими индексами, например Н 2 О, НCl, ССl 4 , СO 2 . Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиометрическим отношениям.

В связи с наличием соединений переменного состава в современную формулировку закона постоянства состава следует внести уточнение.

Cостав соединений молекулярной структуры, т.е. состоящих из молекул, - является постоянным независимо от способа получения. Состав же соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.

II. На основе закона постоянства состава можно производить различные расчёты.

Задача №1
В каких массовых отношениях соединяются химические элементы в серной кислоте, химическая формула которой H 2 SO 4 ?

Решение:

Ar(H)=1, Ar(S)=32, Ar(O)=16.
Определим массовые отношения этих элементов в формуле H 2 SO 4
m(H) : m(S) : m(O) = 2Ar(H) : Ar(S) : 4Ar(O) = 2: 32: 64 = 1: 16: 32

Таким образом, чтобы получить 49 г серной кислоты (1+16+32=49), необходимо взять 1 г - Н, 16 г - S и 32 г - О.

Задача №2
Водород соединяется с серой в массовых отношениях 1: 16. Используя данные об относительных атомных массах этих элементов, выведите химическую формулу сероводорода.

Решение:
Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов:
Ar(H)=1, Ar(S)=32.
Обозначим количество атомов водорода в формуле - х, а серы - у: Н х S у
m(H) : m(S) = хAr(H) : уAr(S)= х1: у32 = (2*1) : (1*32) = 2: 32 = 1: 16
Следовательно, формула сероводорода Н 2 S

Задача №3
Выведите формулу сульфата меди, если массовые отношения в нём меди, серы и кислорода соответственно равны 2:1:2?

Решение:
Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов:
Ar(Cu)=64, Ar(S)=32, Ar(O)=16.
Обозначим количество атомов меди в формуле - х, серы - у, а кислорода - z: Cu x S y O z
m(Cu) : m(S) : m(O) = хAr(Cu) : уAr(S) : zAr(O) = x64: y32: z16 = (1*64) : (1*32) : (4*16) = 64:32:64 = 2:1:2

III. РЕШИТЕ ЗАДАЧИ

№1. Применяя сведения об относительных атомных массах химических элементов, вычислите массовые отношения элементов в угольной кислоте, химическая формула которой H 2 CO 3 .

№2. Определите массу кислорода, реагирующего без остатка с 3 г водорода, если водород и кислород в данном случае соединяются соответственно в соотношении 1: 8?

№3. Углерод и кислород в углекислом газе соединяются в массовых отношениях 3: 8.
Выведите химическую формулу углекислого газа

№4. Определите массу водорода, реагирующего без остатка с 48 г кислорода, если водород и кислород в данном случае соединяются в соотношеннии 1:8.

Одно и то же химическое соединение имеет постоянный состав, вне зависимости от места и способа получения образца. К такому выводу одним из первых пришел основатель современной химии, французский ученый А. де Лавуазье. Он сумел определить состав воды, воздуха, органических веществ, считал, что частицы входят в состав веществ в определенных пропорциях. Позже другим химиком из Франции Ж. Л. Прустом был сформулирован закон постоянства состава. Оба исследователя немало сил приложили, чтобы отстоять свои идеи в споре с научным сообществом.

Взгляды на строение вещества на рубеже XVIII и XIX веков

Химические элементы, соединяясь друг с другом в разных соотношениях, образуют множество веществ. Каждое из них характеризуется определенным набором атомов и соотношением их масс. Но до конца XVIII столетия многие ученые считали иначе. Проблема для них заключалась в неточности количественных методик. К тому же позиции атомно-молекулярных воззрений в то время были зыбкими, господствовала теория флогистона - мифического элемента. В установление количественного состава вещества значительный вклад внесли:

А. де Лавуазье;
М. В. Ломоносов;
Ж. Л. Пруст;
Д. Дальтон.

Заслуга Ж. Л. Пруста заключается в том, что он усовершенствовал количественные методы Лавуазье, строго им следовал. Ученый предложил закон постоянства состава, сохранения соотношений элементов в образцах соединений. Работу в этом направлении Пруст начал еще в конце XVIII века, но признание его труды получили только в 1808 году. Джон Дальтон примерно в это же время ввел представление об атомах и массах этих частиц, кратных соотношениях.

Биография Ж. Л. Пруста

Ученый, предложивший закон постоянства состава, появился на свет 26 сентября 1754 года на западе Франции. Отец Жозефа Луи был аптекарем в городе Анже. Он и приобщил сына к опытам с химическими веществами. Юноша продолжил обучение в Париже, где познакомился с Лавуазье и его научными идеями. В 1776 году Пруст опубликовал свои первые серьезные труды в области химии. С 1799 по 1806 год ученый руководил лабораторией в Мадриде. Во Францию Пруст вернулся в 1806 году. После краткого пребывания в Париже Жозеф Луи отправился в родные места. В 1808–1816 годах получили признание его труды в области изучения состава веществ, в том числе глюкозы. В 1817-м он вышел в отставку и жил в одиночестве до конца своих дней (1826). Пруст был одним из выдающихся ученых своего времени, Рыцарем Почетного легиона, членом Королевской академии наук Неаполя.

Закон постоянства состава. Примеры

Ж. Л. Пруст открыл глюкозу, прославился блестящей победой в научной полемике с соотечественником Бертолле, причиной которой стал закон постоянства состава. Формулировка, предложенная Прустом, гласит: когда несколько элементов образуют химически чистый образец, то он состоит из одних и тех же атомов. Отношения их масс и числа также носят постоянный характер. Примеры:

Хлорид натрия (NaCl) можно получить при взаимодействии соляной кислоты с гидроксидом натрия. Второй способ - обработка соляной кислотой карбоната натрия. В двух разных химических реакциях получаем соединение, формула которого NaCl. И в первом, и во втором случае вещество содержит 39,33% натрия и 60,66% хлора.
Кислород (химический знак O) при образовании молекулы воды соединяется с одним и тем же количеством водорода (H). Если взаимодействует 1,11 г водорода с 8,89 г кислорода, то образуется 10 г воды (H 2 O). Увеличение количества одного из веществ приводит к такому же результату. Не прореагируют атомы того элемента, которого взяли в избытке. Масса воды в этом опыте остается такой же – 10 г, состав ее молекул отражает формула H 2 O.

Значение открытия постоянства состава

В начале XIX века в теоретической химии утвердились законы, которые соединяют вещества, описывают их соотношения. Изучали качественные и количественные характеристики многие ученые, предложившие универсальные формулировки. Основополагающими были идеи М. В. Ломоносова о сохранении массы в химических превращениях. Установленный Ж. Л. Прустом закон постоянства состава также имеет большое значение для науки и практики. На основании этой закономерности формулу воды записывают только в виде H 2 O, а состав серной кислоты – H 2 SO 4 . Но закон Пруста не имеет такого всеобъемлющего характера, как учение Ломоносова. Поэтому его формулировку уточнили после открытия изотопов. Так называют атомы одного и того же элемента, имеющие разную массу. Соотношение частиц в составе образца является постоянной величиной, но только при условии неизменного изотопного состава. Например, массовый состав водорода и кислорода в обычной и тяжелой воде отличается. Вторая жидкость содержит изотоп водорода - дейтерий. Масса тяжелой воды больше, чем обычной.

Современные взгляды на состав вещества

В соответствии с формулировкой Пруста соотношение масс атомов, составляющих определенное вещество, носит постоянный характер, не зависит от способа получения образца. В начале XX столетия при изучении сплавов металлов были открыты соединения с переменным составом. В этом случае единице веса одного химического элемента могут соответствовать различные массы другого элемента. Например, в соединениях таллия с висмутом на единицу массы первого приходится от 1,2 до 1,8 единицы веса второго элемента. Такие примеры можно найти среди интерметаллических веществ, оксидов, соединений серы, азота, углерода, водорода с металлами. Следовательно, законы, открытые Прустом и Дальтоном, справедливы полностью только в отношении тех веществ, что имеют молекулярное строение. К ним относятся многие кислоты, оксиды, гидриды. Качественная и количественная структура подобных соединений является постоянной. Например, состав воды в атмосфере, Мировом океане, ледниках и живых организмах отражает формула H 2 O.

Атомно-молекулярное учение

Открытие такого химического постулата, как закон постоянства состава вещества, стало возможным благодаря представлению о сохранении массы веществ, вступивших в реакцию и образовавшихся после нее. Кроме Дальтона, измерение атомных масс проводил И. Берцелиус, составивший таблицу атомных весов химических элементов и предложивший современное их обозначение в виде латинских букв. В настоящее время массу атомов и молекул определяют с помощью углеродной нанотрубки. Результаты, полученные в данных исследованиях, подтверждают существующие законы химии. Ранее ученые использовали такой прибор, как масс-спектрометр, но усложненная методика взвешивания явилась серьёзным недостатком в спектрометрии.

Сформулированный М. В. Ломоносовым выше названный химический постулат доказывает тот факт, что во время реакции атомы, входящие в состав реагентов и продуктов, никуда не исчезают и не появляются из ничего. Их количество сохраняется без изменения до и после химического процесса. Так как масса атомов константна, данный факт логически приводит к закону сохранения массы и энергии. Более того, ученый декларировал эту закономерность, как всеобщий принцип природы, подтверждающий взаимопревращение энергии и постоянство состава вещества.

Идеи Ж. Пруста как подтверждение атомно-молекулярной теории

Обратимся к открытию такого постулата, как закон постоянства состава. Химия конца 18 – начала 19 века — наука, в рамках которой велись научные споры между двумя французскими учеными, Ж. Прустом и К. Бертолле. Первый утверждал, что состав веществ, образовавшихся в результате химической реакции, зависит главным образом от природы реагентов. Бертолле был уверен, что на состав соединений – продуктов реакции влияет еще и относительное количество взаимодействующих между собой веществ. Большинство химиков в начале исследований поддержали идеи Пруста, который сформулировал их следующим образом: состав сложного соединения всегда постоянный и не завит от того, каким способом оно было получено. Однако дальнейшее исследование жидких и твердых растворов (сплавов) подтвердило мысли К. Бертолле. К этим веществам закон постоянства состава был неприменим. Более того, он не действует для соединений с ионными кристаллическими решетками. Состав этих веществ зависит от методов, которыми их добывают.

Каждое химическое вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав. Эта формулировка характеризует закон постоянства состава вещества, предложенный Ж. Прустом в 1808 году. В качестве доказательств он приводит следующие образные примеры: малахит из Сибири имеет такой же состав, как и минерал, добытый в Испании; в мире есть только одно вещество киноварь, и не имеет значения, из какого месторождения она получена. Таким образом Пруст подчеркивал постоянство состава вещества, независимо от места и способа его добычи.

Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного соединения химические элементы соединяются друг с другом в определённых весовых соотношениях. Вскоре в химической науке появились сведения о существовании веществ, имеющих переменный состав, который зависел от способа получения. Русский ученый М. Курнаков предложил назвать эти соединения бертоллидами, например оксид титана, тяжелая вода, нитрид циркония.

У этих веществ на 1 весовую часть одного элемента приходится различное количество другого элемента. Так, в бинарном соединении висмута с галлием на одну весовую часть галлия приходится от 1,24 до 1,82 части висмута. Позже химики установили, что, кроме соединения металлов друг с другом, вещества, не подчиняющиеся закону постоянства состава, есть в таком классе неорганических соединений, как оксиды. Бертоллиды характерны также для сульфидов, карбидов, нитридов и гидридов.

Роль изотопов

Характеристика бертоллидов

Как мы уже выяснили ранее, законы сохранения в химии подтверждают основные положения атомно-молекулярной теории и являются абсолютно верными для веществ постоянного состава – дальтонидов. А бертоллиды имеют границы, в которых возможно изменение весовых частей элементов. Например, в оксиде четырёхвалентного титана на одну весовую часть металла приходится от 0,65 до 0,67 части кислорода. Вещества непостоянного состава не имеют молекулярного строения, их кристаллические решетки состоят из атомов. Поэтому химические формулы соединений лишь отражают границы их состава. У различных веществ они разные. Температура также может влиять на интервалы изменения весового состава элементов. Если два химических элемента образуют между собой несколько веществ – бертоллидов, то для них также неприменим и закон кратных отношений.

Из всех вышеприведенных примеров сделаем вывод: теоретически в химии присутствуют две группы веществ: с постоянным и переменным составом. Наличие в природе этих соединений служит прекрасным подтверждением атомно-молекулярного учения. А вот сам закон постоянства состава уже не является доминирующим в химической науке. Зато он наглядно иллюстрирует историю её развития.

Атомно-молекулярное учение позволяет объяснить закон постоянства
состава. Поскольку атомы имеют постоянную массу, то и массовый состав
вещества в целом постоянен.

Развитие химии показало, что наряду с соединениями постоянного
состава существуют соединения переменного состава. По предложению
Николая Семеновича Курнакова (выдающийся русский физик и химик,
профессор, доктор химических наук, академик Петербургской академии наук и
АН СССР, лауреат Сталинской премии, создатель физико-химического анализа) первые названы дальтонидами (в память английского химика и физика Дальтона), вторые бертоллидами (в память французского химика Бертолле, предвидевшего такие соединения).

Состав дальтонидов выражается простыми формулами с целочисленными стехиометрическими индексами, например Н 2 О, НCl, ССl 4 , СO 2 . Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиометрическим отношениям.

В связи с наличием соединений переменного состава в современную формулировку
закона постоянства состава следует внести уточнение: состав соединений
молекулярной структуры, т. е. состоящих из молекул, является
постоянным независимо от способа получения. Состав же соединений с
немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой)
не является постоянным и зависит от условий получения.

xn--b1agzqc7e.xn--p1ai

Закон постоянства состава вещества. Законы сохранения в химии

Химия относится к разряду точных наук, и наряду с математикой и физикой устанавливает закономерности существования и развития материи, состоящей из атомов и молекул. Все процессы, протекающие как в живых организмах, так и среди объектов неживой природы, имеют в своей основе явления превращения массы и энергии. Закон постоянства состава вещества, изучению которого будет посвящена эта статья, и лежит в основе протекания процессов в неорганическом и органическом мире.

Чтобы понять суть законов, управляющих материальной действительностью, нужно иметь представление о том, из чего она состоит. По словам великого российского ученого М. В. Ломоносова «Во тьме должны пребывать физики и, особенно, химики, не зная внутреннего частиц строения». Именно он в 1741 году, сначала теоретически, а затем и подтвердив опытами, открыл законы химии, служащие основой для изучения живой и неживой материи, а именно: все вещества состоят из атомов, способных образовывать молекулы. Все эти частицы находятся в непрерывном движении.

Открытия и ошибки Дж. Дальтона

Спустя 50 лет идеи Ломоносова стал развивать английский ученый Дж. Дальтон. Ученый выполнил важнейшие расчеты по определению атомных масс химических элементов. Это послужило главным доказательством таких предположений: массу молекулы и вещества можно вычислить, зная атомный вес частиц, входящих в её состав. Как Ломоносов, так и Дальтон считали, что, независимо от способа получения, молекула соединения всегда будет иметь неизменный количественный и качественный состав. Первоначально именно в таком виде был сформулирован закон постоянства состава вещества. Признавая огромный вклад Дальтона в развитие науки, нельзя умолчать о досадных ошибках: отрицании молекулярного строения простых веществ, таких как кислород, азот, водород. Ученый считал, что молекулы есть только у сложных химических веществ. Учитывая огромный авторитет Дальтона в научных кругах, его заблуждения негативно повлияли на развитие химии.

Как взвешивают атомы и молекулы

Почему так важен закон сохранения массы веществ

Обратимся к открытию такого постулата, как закон постоянства состава. Химия конца 18 – начала 19 века - наука, в рамках которой велись научные споры между двумя французскими учеными, Ж. Прустом и К. Бертолле. Первый утверждал, что состав веществ, образовавшихся в результате химической реакции, зависит главным образом от природы реагентов. Бертолле был уверен, что на состав соединений – продуктов реакции влияет еще и относительное количество взаимодействующих между собой веществ. Большинство химиков в начале исследований поддержали идеи Пруста, который сформулировал их следующим образом: состав сложного соединения всегда постоянный и не завит от того, каким способом оно было получено. Однако дальнейшее исследование жидких и твердых растворов (сплавов) подтвердило мысли К. Бертолле. К этим веществам закон постоянства состава был неприменим. Более того, он не действует для соединений с ионными кристаллическими решетками. Состав этих веществ зависит от методов, которыми их добывают.

Не бывает правил без исключений

Получив в свое распоряжение закон постоянства вещества, химия как точная наука смогла увязать весовую характеристику соединения с изотопным содержанием элементов, образующих его. Вспомним, что изотопами считают атомы одного химического элемента с одинаковыми протонными, но различными нуклонными числами. Учитывая наличие изотопов, понятно, что весовой состав соединения может быть переменным при условии постоянства элементов, входящих в это вещество. Если элемент увеличивает содержание какого-либо изотопа, то и весовой состав вещества тоже изменяется. Например, обычная вода содержит 11 % водорода, а тяжелая, образованная его изотопом (дейтерием), – 20 %.

Открыл закон постоянства состава

В результате установления закона сохранения массы с конца XVIII века в химии прочно утвердились количественные методы исследования. Был изучен количественный состав многих веществ. При этом был установлен закон постоянства состава:

Соотношения между массами элементов, входящих в состав данного соединения, постоянны и не зависят от способа получения этого соединения.

Многие элементы, соединяясь друг с другом, могут образовать разные вещества, каждое из которых характеризуется определенным соотношением между массами этих элементов. Так, углерод образует с кислородом два соединения. Одно из них - оксид углерода , или окись углерода - содержит (масс.) углерода и 57,12% (масс.) кислорода. Второе соединение - диоксид, или двуокись углерода - содержит (масс.) углерода и (масс.) кислорода. Изучая подобные соединения, Дальтон в 1803 г. установил закон кратных отношений:

Если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа.

Дальтон придерживался атомной теории строения вещества. Открытие закона кратных отношений явилось подтверждением этой теории. Закон непосредственно свидетельствовал о том, что элементы входят в состав соединений лишь определенными порциями. Подсчитаем, например, массу кислорода, соединяющуюся с одним и тем же количеством углерода при образовании оксида и диоксида углерода. Для этого разделим друг на друга величины, выражающие содержание кислорода и углерода в том и в другом оксидах. Мы получим, что на одну единицу массы углерода в диоксиде углерода приходится ровно в 2 раза больше кислорода, чем в оксиде углерода .

Способность элементов вступать в соединения лишь определенными порциями свидетельствовала о прерывном строении вещества. Развивая атомную теорию, Дальтон ввел близкое к современному представление об атомах и об относительных атомных массах элементов; за единицу атомной массы он принял массу атома водорода как самого легкого. Он впервые в истории химии составил таблицу атомных масс, которая включала 14 элементов.

Законы постоянства состава и кратных отношений вытекают из атомномолекулярного учения. Вещества с молекулярной структурой состоят из одинаковых молекул. Поэтому естественно, что состав таких веществ постоянен. При образовании из двух элементов нескольких соединений атомы этих элементов соединяются друг с другом в молекулы различного, по определенного состава. Например, молекула оксида углерода построена из одного атома углерода и одного атома кислорода, а в состав молекулы диоксида углерода входит один атом углерода и два атома кислорода. Ясно, что масса кислорода, приходящаяся на одну и ту же массу углерода, во втором из этих соединений в 2 раза больше, чем в первом.

В отличие от закона сохранения массы, справедливость которого полностью подтверждена открытиями, сделанными после его установления, законы постоянства состава и кратных отношений оказались не столь всеобщими. В связи с открытием изотопов (§ 35) выяснилось, что соотношение между массами элементов, входящих в состав данного вещества, постоянно лишь при условии постоянства изотопного состава этих элементов. При изменении изотопного состава элемента меняется и массовый состав соединения. Например, тяжелая вода (§ 72) содержит около (масс.) водорода, а обычная вода лишь .

В начале XX века Н. С. Курнаков (см. стр. 536), изучая сплавы металлов, открыл соединения переменного состава. В этих соединениях на единицу массы данного элемента может приходиться различная масса другого элемента. Так, в соединении, которое висмут образует с таллием, на единицу массы таллия может приходиться от 1,24 до 1,82 единиц массы висмута.

В тридцатых годах XX века выяснилось, что соединения переменного состава встречаются не только среди соединений металлов друг с другом, но и среди других твердых тел, например, оксидов, соединений металлов с серой, азотом, углеродом, водородом.

Для многих соединений переменного состава установлены пределы, в которых может изменяться их состав. Так, в диоксиде титана на единицу массы титана может приходиться от 0,65 до 0,67 единиц массы кислорода, что соответствует формуле . Конечно, такого рода формулы указывают не состав молекулы - соединения переменного состава имеют не , а атомную структуру, - а лишь отражают границы состава вещества.

Пределы возможного изменения состава у различных соединений различны. Кроме того, они изменяются с изменением температуры.

Если два элемента образуют друг с другом несколько соединений переменного состава, то в этом случае будет неприменим и закон кратных отношений. Например, титан образует с кислородом несколько оксидов переменного состава, важнейшими из которых являются и . Ясно, что в этом и в подобных случаях закон кратных отношений не соблюдается.

Не соблюдается закон кратных отношений и в случае веществ, молекулы которых состоят из большого числа атомов. Например, известны углеводороды, имеющие формулы и . Числа единиц массы водорода, приходящихся в этих и подобных им соединениях на одну единицу массы углерода, относятся друг к другу как целые числа, но назвать эти числа небольшими нельзя.

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Закон постоянства состава веществ (Ж.-Л. Пруст, 1799 г.)

Закон постоянства состава вещества

Вспомните формулировку закона постоянства состава веществ и поясните, почему эту формулировку потребовалось уточнить.

Написание химических формул возможно потому, что для большинства веществ соблюдается закон постоянства состава вещества. Этот закон может быть сформулирован следующим образом.

Тема Первоначальные химические понятия - теоретическая база вводного курса химии. В ней начинают формироваться системы понятий о веществе, химической реакции и химическом элементе на основе атомно-молекулярной теории. Учащиеся изучают два важнейших химических закона - постоянство состава веществ и закон сохранения массы вещества. Специальное внимание в теме уделяется химической терминологии и символике, а также выработке первоначальных практических умений по химии. На примере химических реакций учащиеся впервые знакомятся с химической формой движения материи.

Зависимость I основана на законе постоянства состава вещества, зависимость II - на законе сохранения массы веществ и зависимость III - на газовых законах (Гей-Люссака и Авогадро). Все расчеты в химии сводятся к использованию этих трех зависимостей.

Полное тождество всех атомов одного и того же вещества. Все атомы одного рода. -подчеркивал Д. Дальтон,-должны обязательно рассматриваться как одинаковые между собой по форме, весу и всем другим особенностям Это положение подтверждалось законом постоянства состава вещества, открытым Ж. Прустом.

Сформулируйте закон постоянства состава вещества. К каким соединениям он применим и почему Какие вещества относятся к веществам постоянного, а какие - к веществам переменного состава Приведите примеры.

Ответ. Закон постоянства состава веществ в первоначальной формулировке гласил, что всякое вещество имеет постоянный состав независимо от способа получения. Оказалось, однако, что существует довольно много веществ, для которых этот закон не выполняется. Это так называемые нестехиометрические соединения, состав которых колеблется в зависимости от способа синтеза. Поэтому потребовалось уточнить, для каких именно веществ справедлив этот закон, и ввести в формулировку слова вещество молекулярного строения.

В начале XIX в. французский ученый Пруст установил закон постоянства состава вещества имеют постоянный качественный и количественный состав независимо от способа их получения.

Атомно-молекулярное учение. Молекулы. Апю.иы. Закон постоянства состава вещества. Оп1носителы1ая атомная и относителы/ая молекулярная массы. Закон сохранения массы и его значение в хсшии. Моль. Молярная масса. Закон Авогадро и следствия из него.

Проделав в течение 1799-1807 гг. массу анализов, Пруст доказал, что Бертолле сделал свои выводы о различном составе одних и тех же веществ, анализируя смеси, а не индивидуальные вещества, что он, например, не учитывал содержания воды в некоторых оксидах. Пруст убедительно доказал постоянство состава чистых химических соединений и завершил свою борьбу против взглядов Бертолле установлением закона постоянства состава веществ.

Закон постоянства состава веществ был подтвержден Дальтоном, правда, на основе совершенно других исследований и рас-суждений. В то же время благодаря оригинальному подходу к изучению состава веществ Дальтон открыл и закон простых кратных отношений. Но главным образом Дальтон известен в

Закон постоянства состава веществ (закон постоянных отношений) гласит состав одних и тех же веществ независимо от способа получения одинаков (постоянен). См. .- Прим. ред.

Значительно более интенсивно накопление экспериментального и теоретического материала, который лег в основу современной физической химии, происходило в начале XIX в., главным образом, на базе химической атомистики и закона постоянства состава веществ. Этот процесс накопления фактического материала проходил в тесной связи с развитием неорганической, аналитической и органической химии, а также физики и других естественных наук.

Закон постоянства состава вещества может быть объяснен атомно-мо-лекулярным учением.

Ч у Вспомните формулировку закона постоянства состава веществ и

Все задачи на определение химического состава соединений решаются на основании закона постоянства состава веществ количественный и качественный состт химически чистого вещества всегда постоянный и не зависит от способа его получения. Другими словами, химические элементы при образовании данного соединения всегда взаимодействуют между собой в строго определенных количествах. Если в состав вещества входят элементы А и В, то, в соответствии с законом, постоянства состава,

Закон постоянства состава веществ был открыт и сформулирован на основе представлений, что все вещества состоят из молекул. Дальнейшие исследования показали, что лишь около 5% из всех неорганических веществ имеет молекулярное строение. И только для них справедлив закон постоянства состава. Вещества немолекулярного строения этому закону в полной мере не подчиняются. Так, например, на основе точных современных исследований установлено, что состав сульфида железа (II) следует изображать не формулой Ре5, а формулой Ре1 х5, где х меняет значения от О до 0,05, а оксида титана (IV) -не формулой ТЮг, а формулой ТЮ(9 2,о Но эти отклонения незначительны, и при составлении. химических формул мы их учитывать не будем.

N - Число формульных единиц. Число реальных или условных, химических частиц вещества В, определяющих состав этого вещества (изображаемый химической формулой) и сохраняющих его химические свойства. Каждое химически чистое венхество, каким бы способом оно ни было получено, всегда имеет один и тот же состав и свойства (закон постоянства состава вещества Ж. Пруст, 1799). Расчетные формулы

Молекула каждого сложного вещества имеет постоянный атомный состав, т. е. всегда состоит из одних и тех же атомов различных элементов. Вес каждого атома, образующего моле] улу, тоже постоянен. Поэтому остается постоянным и весовое отношение между элементами, образующими сложное вещество. Таким образом, закон постоянства состава вещества может быть иыведен с помощью основных положений атомно-молекулярного учения.

В настоящей главе будут рассмотрены также важнейшие понятия и законы, связанные со стехиометрией - разделом химии, в котором рассматриваются массовые или объемные отношения между реагируюш ими веществами. Исключительное значение для эффективного изучения химии имеют три стехиометрических закона 1) закон сохранения массы веществ 2) закон постоянства состава веществ-, 3) закон эквивалентов (формулировка закона и его практическое использование даны на примере типовой задачи 1-10). Открытие стехиометрических законов позволило приписать атомам (и молекулам) строго определенную массу. Значения масс атомов, выраженные в стандартных единицах массы (абсолютная атомная масса Шр), очень малы, поэтому для удобства введены понятия об относительных атомной и молекулярной массах (обозначают соответственно и Mj, где г - начальная буква английского слова relative (относительный)).

Смотреть страницы где упоминается термин Закон постоянства состава вещества : Смотреть главы в:

Кто и когда открыл закон постоянства состава вещества?

К основным законам химии относится закон постоянства состава вещества:
любое определенное химически чистое соединение независимо от способа
его получения состоит из одних и тех же химических элементов, причем
отношения их масс постоянны, а относительные числа их атомов выражаются целыми числами.

Закон постоянства состава впервые сформулировал французский
ученый-химик Жозеф Луи Пруст в 1808 году. Он писал: «От одного полюса
Земли до другого соединения имеют одинаковый состав и одинаковые
свойства. Никакой разницы нет между оксидом железа из Южного полушария и
Северного. Малахит из Сибири имеет тот же состав, как и малахит из
Испании. Во всем мире есть лишь одна киноварь». В этой формулировке
закона, как и в приведенной выше, подчеркивается постоянство состава
соединения независимо от способа получения и места нахождения.

Оставьте комментарий Отменить ответ

Кто открыл закон постоянства состава вещества?

Закон постоянства состава (Ж. Л. Пруст, 1801-1808гг.) - любое определенное химически чистое соединение независимо от способа его получения состоит из одних и тех же химических элементов, причем отношения их масс постоянны, а относительные числа их атомов выражаются целыми числами. Это один из основных законов химии.

Закон постоянства состава не выполняется для бертоллидов (соединений переменного состава) . Однако условно для простоты состав многих бертоллидов записывают как постоянный. Например, состав оксида железа (II) записывают в виде FeO (вместо более точной формулы Fe1-xO).

Один из основных законов химии: каждое определённое химическое соединение, независимо от способа его получения, состоит из одних и тех же элементов, причём отношения их масс постоянны, а относительные количества их атомов выражаются целыми числами. Например, вода содержит (по массе) 11,19% Н и 88,81% О, её молеекулярная масса равна 18,016; это отвечает формуле H2O, в которой на 2 атома Н приходится 1 атом О (см. Формулы химические) .
П. с. з. строго применим только по отношению к газообразным и жидким химическим соединениям. Состав кристаллических соединений может быть и постоянным, и переменным, не отвечающим целочисленным отношениям атомов. Вещества переменного состава называют бертоллидами или нестехиометрическими соединениями (См. Нестехиометрические соединения) ; соединения же, точно следующие П. с. з. , называют дальтонидами (см. Дальтониды и бертоллиды) . Подавляющее большинство химических соединений, в частности почти все органические вещества, принадлежит к дальтонидам. Бертоллиды встречаются среди гидридов, карбидов, нитридов, окислов, сульфидов и др. кристаллических соединений, особенно среди металлидов (См. Металлиды) . Образование бертоллидов тесно связано с геометрическими особенностями кристаллической структуры соединений, размерами атомов или атомных групп, условиями получения и др. П. с. з. пользовались, не осознавая этого, химики конца 18 - начала 19 вв. (Т. Бергман, А. Лавуазье и др.) . Окончательно установил его Ж. Пруст после продолжительного спора (1801-08) с К. Бертолле.

Закон постоянства состава появился в результате длительного спора (1801–1808 гг.) французских химиков Ж. Л. Пруста, считавшего, что отношения между элементами, образующими соединения, должны быть постоянными, и К. Л. Бертолле, который считал, что состав химических соединений является переменным. С помощью тщательных анализов в 1799–1806 гг. Пруст установил, что отношение количеств элементов в составе соединения всегда постоянно. Он доказал, что Бертолле сделал свои выводы о различном составе одних и тех же веществ, анализируя смеси, а не индивидуальные вещества.

В 1806 г. Пруст писал: «Соединение есть привилегированный продукт, которому природа дала постоянный состав. Природа, даже через посредство людей, никогда не производит соединения иначе, как с весами в руках – по весу и мере. От одного полюса к другому соединения имеют тождественный состав. Их внешний вид может различаться в зависимости от способа их сложения, но их свойства никогда не бывают различными. Никакой разницы мы не видим между окисью железа южного полушария и северного; японская киноварь имеет тот же состав, как испанская киноварь; хлористое серебро совершенно тождественно, происходит ли оно из Перу или из Сибири; во всем свете имеется только один хлористый натрий, одна селитра, одна сернокальциевая соль, одна сернобариевая соль. Анализ подтверждает эти факты на каждом шагу». (указать источник)

Закон постоянства состава (постоянных отношений) в итоге был признан большинством химиков, и дискуссия завершилась блестящей победой Пруста.

Согласно этому закону,

каждое химически чистое вещество (соединение) независимо от способа его получения и местонахождения обладает определенным элементным составом.

Под химически чистым веществом подразумевается вещество, в котором химическим путем нельзя обнаружить примеси.

По современным представлениям, закон постоянства состава имеет границы применения.

1. Постоянен лишь атомный состав вещества, т. е. отношение числа атомов элементов (массовый состав – отношение масс элементов – не является постоянным). Это объясняется существованием изотопов (от греч. ισος– равный, одинаковый и τόπος– место) – ядер атомов, содержащих одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, и поэтому имеющих разную атомную массу.

Пример 2.2. Рассмотрим молекулы воды, содержащие разные изотопы водорода:

– Н 2 О (молекула содержит изотоп протий с атомной массой 1 – ); массовый состав:m(H) : m(O) = 1: 8;

– D 2 О (молекула содержит изотоп дейтерий с атомной массой 2 – ); массовый состав:m(H) : m(O) = 1: 4;

– Т 2 О (молекула содержит изотоп тритий с атомной массой 3 – ); массовый состав:m(H) : m(O) = 3: 8.

Таким образом, массовый состав молекул разный, тогда как атомный состав один и тот же – n(Н) : n(О) = 2: 1.

2. Закону постоянства состава подчиняются лишь вещества с молекулярной структурой.

Рассмотрим несколько примеров веществ.

– Жидкие и твердые растворы. Очевидно, растворы являются химическими соединениями, т. к. свойства раствора не складываются из свойств его компонентов. Причем свойства раствора зависят от относительных количеств взятых веществ. Таким образом, закон постоянства состава не применим к жидким и твердым растворам.

– Твердые вещества с атомными кристаллическими решетками – неметаллическими (например, карбид кремния SiC) и металлическими (например, танталдиванадий V 2 Ta).

Пусть мы имеем 10 –7 моль подобного вещества в виде очень маленького монокристалла. Значит ли это, что в таком кристалле SiC (масса его всего 4 мкг) находится точно по 10 –7 моль атомов кремния и углерода? Или в кристаллеV 2 Ta на 210 –7 моль атомов ванадия приходится точно 110 –7 моль атомов тантала? Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним, что 10 –7 моль – это около 6·10 16 атомов! Очевидно, что в зависимости от условий получения подобных веществ, они будут содержать избыток того или другого элемента. Это отклонение от стехиометрии может быть существенным, как в случае соединения V 2 Ta, в котором содержание тантала может меняться от 31 до 37 ат.% Ta (стехиометрический состав 33 1/3 ат.% Ta). Отклонение может быть так мало, что не устанавливается современными средствами измерений и практически не сказывается на свойствах, с ним надо считаться только в теоретическом плане, как в случае SiC.

– Ионные кристаллы (например, хлорид натрия NaCl, сульфид железа (II) FeS, оксиды железа). Очевидно, все вышесказанное относится и к таким веществам – в зависимости от условий получения для них также наблюдаются отклонения от стехиометрии. Например, кристалл хлорида натрия, нагретый в парах металлического натрия, поглощает последний так, что ν(Na +)/ν(Cl –) становится больше 1, при этом кристалл синеет и становится электронным полупроводником; его плотность уменьшается.

Область составов, в которой существует данное химическое соединение, называется областью его гомогенности.

Так, область гомогенности (от греч. ὁμός – равный, одинаковый; γένω – рождать; homogenes – однородный) Va 2 Ta составляет 31–37 ат.% Ta, NaCl – 50,00–50,05 ат.% Na и т. д. В этих случаях стехиометрический состав находится внутри области гомогенности; такие соединения называются стехиометрическими (или дальтонидами в честь Дж. Дальтона, или двусторонними фазами).

Существуют и соединения, стехиометрический состав которых находится вне области гомогенности, иными словами, при стехиометрическом составе они не существуют. Такие соединения называются нестехиометрическими (или бертоллидами в честь К. Л. Бертолле, или односторонними фазами). Примерами бертоллидов могут служить оксид железа (II) – вюстит (область гомогенности его составляет 43–48 ат.% Fe, что отвечает формуле Fe (0,84–0,96) О или FeO (1,02–1,19)); сульфид железа (II) FeS (область гомогенности его 47,5–49,85 ат.% Fe, что отвечает формуле FeS (1,003–1,05)).

Задание для самостоятельной работы. Заполните таблицу, используя дополнительную литературу:

Соединение	Тип кристаллической решетки	Стехиометрический состав	Область гомогенности	Тип соединения
	металлическая	33 1/3 ат.% Та	31–37 ат.% Та	стехиометрическое

Итак, кристаллические вещества атомного и ионного строения не подчиняются закону постоянства состава. Нестехиометрический состав таких соединений обеспечивается образованием дефектов кристаллической структуры.

– Вещества, построенные из молекул .

В качестве примера возьмем воду. Вода различных источников имеет разные свойства (например, плотность, табл. 1.1), т. к. имеет разный изотопный состав, в основном изменяется содержание протия и дейтерия. Присутствие тяжелой воды D 2 O можно считать примесью к обычной воде и предположить, что в отсутствие этой примеси свойства воды станут независимыми от способа и источника получения. Вещество вода, как и любое другое вещество, в силу содержания примесей, имеет переменный состав и в этом смысле не подчиняется закону постоянства состава.