Закон постоянного состава в химии

В химии закон постоянного состава (также известный как закон определенные пропорции) утверждает, что образцы чистого соединение всегда содержать одно и то же элементы В то же самое масса доля. Этот закон вместе с законом множественных пропорций является основой для стехиометрии в химии.

Другими словами, независимо от того, как получено или получено соединение, оно всегда будет содержать одни и те же элементы в одной и той же массовой пропорции. Например, углекислый газ (СО₂) всегда содержит углерод и кислород в массовом соотношении 3: 8. Вода (H₂O) всегда состоит из водорода и кислорода в массовом соотношении 1: 9.

Открытие этого закона приписывают французскому химику Джозеф Пруст, который через серию экспериментов, проведенных с 1798 по 1804 год, пришел к выводу, что химические соединения состоят из определенного состава. Учитывая, что атомная теория Джона Далтона только начинает объяснять, что каждый элемент состоит из атома одного типа и в то время, большинство ученых все еще полагало, что элементы могли объединиться в любой пропорции, выводы Пруста были исключительный.

Когда вы работаете с химическими проблемами, используя этот закон, ваша цель состоит в том, чтобы найти наиболее близкое соотношение масс между элементами. Это нормально, если процент составляет несколько сотых. Если вы используете экспериментальные данные, вариация может быть еще больше.

Например, предположим, что, используя закон постоянного состава, вы хотите продемонстрировать, что два образца оксида меди соответствуют закону. Ваш первый образец содержал 1,375 г оксида меди, который нагревали с водородом с получением 1,098 г меди. Для второго образца 1,179 г меди растворяли в азотной кислоте с получением нитрата меди, который впоследствии сжигали с получением 1,476 г оксида меди.

Чтобы решить проблему, вам нужно найти массовый процент каждого элемента в каждом образце. Не имеет значения, выберете ли вы процент меди или процент кислорода. Вы бы просто вычли одно из значений из 100, чтобы получить процент от другого элемента.

Запишите, что вы знаете:

В первом примере:

оксид меди = 1,375 г
медь = 1,098 г
кислород = 1,375 - 1,098 = 0,277 г

процентное содержание кислорода в CuO = (0,277) (100%) / 1,375 = 20,15%

Для второго образца:

медь = 1,179 г
оксид меди = 1,476 г
кислород = 1,476 - 1,179 = 0,297 г

процентное содержание кислорода в CuO = (0,297) (100%) / 1,476 = 20,12%

Образцы следуют закону постоянного состава, учитывающего значимые цифры и экспериментальную ошибку.

Как выясняется, есть исключения из этого правила. Существуют некоторые нестехиометрические соединения, которые демонстрируют переменный состав от одного образца к другому. Примером является вюстит, тип оксида железа, который может содержать от 0,83 до 0,95 железа на каждый кислород.

Кроме того, поскольку существуют разные изотопы атомов, даже нормальное стехиометрическое соединение может демонстрировать изменения в массовом составе в зависимости от того, какой изотоп атомов присутствует. Как правило, это различие относительно небольшое, но оно существует и может быть важным. Массовая доля тяжелой воды по сравнению с обычной водой является примером.