Хімія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

5.2. Атомно-молекулярне вчення. Закони збереження маси речовин, сталості складу речовин

Атомно-молекулярне вчення — це сукупність аксіом і законів, що розглядають речовину, яка складається з атомів. Ось основні його положення:

усі речовини складаються з атомів. Молекули простих речовин складаються з однакових атомів, а молекули складних — з різних;
атоми одної хімічної речовини (хімічного елемента) мають однакові властивості; властивості різних елементів відрізняються одна від одної;
унаслідок взаємодії атомів утворюються молекули простих та складних речовин;
у фізичних явищах молекули не змінюються, а у хімічних — руйнуються;
унаслідок хімічних реакцій нові речовини утворюються з тих самих елементів, з яких складались вихідні речовини.

Учення розробив М. В. Ломоносов на основі закону збереження маси речовин (1748 р.)¹. Сучасне формулювання закону таке: загальна маса речовин, що вступають у хімічну реакцію, дорівнює загальній масі речовин, що утворюються внаслідок реакції².

¹ Цей закон набув значного поширення завдяки працям французького вченого Антуана Лавуазьє (1743-1794), який і сформулював його 1789 р.

² У XX ст. з’ясувалось, що різниця між реагентами і продуктами реакції (дефект мас Δm) існує і залежить від внутрішньої енергії. Величина цієї різниці така мала (на 6-9 порядків), що за умов вивчення хімії в межах шкільної програми ми можемо нею знехтувати.

Так, для реакції горіння фосфору, яку описують схемою

Р + О₂ → Р₂О₅,

можна записати:

m(Р) + m(О₂) = m(Р₂О₅),

де m(Р) — маса фосфору,

m(О₂) — маса кисню, які вступили в реакцію,

m(Р₂О₅) — маса фосфор(V) оксиду, що утворився внаслідок реакції.

Збереження мас у хімічних реакціях пояснюють тим, що кількість атомів кожного елемента до і після реакції не змінюється, адже атоми не зникають і не виникають з нічого. Отже, наведена схема не відтворює закону збереження маси речовин, тому що кількість атомів Фосфору й Оксигену в лівій і правій частинах схеми не є однаковою. Щоб перетворити наведену схему реакції на рівняння, потрібно перед формулами речовин поставити певні числа для того, щоб зрівняти кількість атомів елементів у лівій і правій частинах рівняння. Добравши коефіцієнти, отримуємо:

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅

Цей вираз уже є рівнянням хімічної реакції, або хімічним рівнянням.

Коефіцієнти в хімічній реакції показують не лише кількість молекул, що беруть участь у хімічному процесі, а й дають інформацію про кількість речовини реагентів і продуктів реакції. Так, наведене рівняння показує, що для спалювання 4 моль фосфору потрібно використати 5 моль кисню, а внаслідок реакції утворюється 2 моль фосфор(V) оксиду.

Закон сталості складу речовин відкрив французький учений Ж. Л. Пруст (1754-1826). Закон у 1808 р. було сформульовано так: кожна хімічно чиста речовина, незалежно від способу одержання, завжди складається з тих самих хімічних елементів (має сталий склад), причому відношення їхніх мас постійні, а відносні числа їхніх атомів виражаються цілими числами¹.

¹ Однак значно пізніше хіміки довели, що поряд з речовинами сталого складу є сполуки змінного складу. Це, зазвичай, сполуки немолекулярної будови (з атомними, йонними і металічними ґратками). Їхній склад не є сталим і залежить від умов отримання. Речовини сталого складу називають дальтонідами, а речовини змінного складу — бертолідами. Бертоліди трапляються серед сульфідів, гідридів, оксидів, карбідів, нітридів, силіцидів.

Зміст