กฎหมายเคมี

กฎแห่งช่วงเวลา

ตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมี ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของกฎของธาตุที่กำหนดโดย Dmitry Mendeleev ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 ปัจจุบัน สมมติฐานกำหนดว่า "คุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีที่เรียงลำดับตาม เลขอะตอม ที่เพิ่มขึ้นซ้ำเป็นระยะ" การจัดเรียงธาตุในตารางธาตุช่วยให้เราตีความความสัมพันธ์ได้อย่างรวดเร็ว เช่น

1. หมายเลขวาเลนซ์เชลล์ เนื่องจากมีค่าเท่ากับหมายเลขงวด
2. จำนวนของเปลือกอิเล็กตรอนที่ถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอน เนื่องจากมันเท่ากับจำนวนคาบ
3. จำนวนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนเนื่องจากเท่ากับจำนวนหมู่ 1-2 หรือลดลง 10 สำหรับหมู่ 13-18

นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติหลายอย่างที่สามารถแนะนำตำแหน่งขององค์ประกอบสำหรับบล็อก s และ p:

1. เมื่อเลขอะตอมในกลุ่มเพิ่มขึ้น รัศมีอะตอม ลักษณะโลหะ กิจกรรมของโลหะเพิ่มขึ้น
2. เมื่อเลขอะตอมในกลุ่มเพิ่มขึ้น อิเล็กโทรเนกาติวิตี ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน พลังงานไอออไนเซชัน กิจกรรมของอโลหะจะลดลง
3. เมื่อเลขอะตอมในช่วงเวลาหนึ่งเพิ่มขึ้น อิเล็กโทรเนกาติวิตี ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน พลังงานไอออไนเซชัน กิจกรรมของอโลหะจะเพิ่มขึ้น
4. เมื่อเลขอะตอมในช่วงเวลาหนึ่งเพิ่มขึ้น รัศมีอะตอม (ยกเว้นฮีเลียม) กิจกรรมของโลหะ ลักษณะโลหะจะลดลง

กฎการอนุรักษ์มวล

กฎพื้นฐานข้อแรกที่เริ่มศึกษาปฏิกิริยาเคมีคือกฎการอนุรักษ์มวล ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 18 มิคาอิล โลโมโนซอฟ และอองตวน ลาวัว ซีเยร์ เป็นอิสระจากกัน ได้สร้างข้อความว่า มวลรวมของสารตั้งต้นไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างปฏิกิริยาเคมี แม่นยำยิ่งขึ้น ในระบบปิด มวลรวมของสารตั้งต้นทั้งหมด จะต้องเท่ากับมวลรวมของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาทั้งหมดที่เกิดขึ้น การรักษามวลเป็นผลมาจากจำนวนอะตอมคงที่ของธาตุเฉพาะ ซึ่งมีมวลเท่ากันโดยไม่คำนึงว่าพวกมันอยู่ในรูปแบบใด แต่ละอะตอมที่มีอยู่ในสารตั้งต้นมีมวลเท่ากัน ที่มีอยู่ในผลิตภัณฑ์และปริมาณของมันจะถูกรักษาไว้ด้วย ดังนั้นจำเป็นต้องปรับสมดุลสมการของปฏิกิริยา กล่าวโดยย่อ กฎการอนุรักษ์มวลสามารถเขียนได้ดังนี้ มวลของสารตั้งต้น = มวลของผลิตภัณฑ์ นี่เป็นความสัมพันธ์ที่มีประโยชน์อย่างยิ่ง ต้องขอบคุณที่เมื่อรู้เส้นทางของปฏิกิริยาแล้ว เราสามารถกำหนดมวลของสารประกอบที่อยู่ในนั้นได้ หากเราทราบปริมาณสารสัมพันธ์ เราก็สามารถคำนวณได้ เช่น มวลของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจากจำนวนเฉพาะของสารตั้งต้นหรือในทางกลับกัน เมื่อทราบว่าเราต้องการได้ผลิตภัณฑ์เท่าใด เราสามารถคำนวณปริมาณสารตั้งต้นที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาได้

กฎขององค์ประกอบคงที่ของสารประกอบเคมี

จุดอ้างอิงที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือกฎขององค์ประกอบคงที่ หรือที่เรียกว่ากฎของ Proust ในปี ค.ศ. 1779 Joseph Proust ได้กำหนดความสัมพันธ์โดยกล่าวว่า: “สารประกอบแต่ละชนิดมีองค์ประกอบเชิงปริมาณที่คงที่และไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งหมายความว่าอัตราส่วนโดยมวลขององค์ประกอบที่ประกอบกันเป็นสารประกอบนั้นจะคงที่และเหมือนกันเสมอ” ซึ่งหมายความว่าทุกๆ โมเลกุลที่เรารู้จักประกอบด้วยอะตอมจำนวนหนึ่ง ในทางกลับกัน มวลของพวกมันจะคงที่และไม่เปลี่ยนแปลงอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี ดังนั้นคำกล่าวที่ว่าไม่ว่าจะได้มาซึ่งสารประกอบทางเคมีด้วยวิธีใดก็ตาม อัตราส่วนมวลของอะตอมในโมเลกุลจะเท่ากันเสมอ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของน้ำที่มีสูตร H ₂ O จะมีอัตราส่วนโดยน้ำหนักของธาตุเท่ากับ 1:8 เสมอ และโมเลกุลของมีเทนที่มีสูตร CH ₄ จะเท่ากับ 1:0.333 หากอัตราส่วนโดยมวลถูกรบกวนโดยอัตราส่วนใดๆ สารตั้งต้นส่วนเกินขององค์ประกอบจะไม่ทำปฏิกิริยา

กฎของหลายสัดส่วน

กฎของสัดส่วนพหุคูณที่สร้างขึ้นโดย จอห์น ดาลตัน ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 มีการกำหนดดังนี้: “เมื่อองค์ประกอบสองอย่างรวมกันเพื่อสร้างสารประกอบมากกว่าหนึ่งชนิด น้ำหนักขององค์ประกอบหนึ่งซึ่งรวมกับน้ำหนักคงที่ของอีกองค์ประกอบหนึ่งจะอยู่ใน อัตราส่วนของจำนวนเต็มจำนวนน้อย” ซึ่งหมายความว่าสูตรทางเคมีของสารประกอบทางเคมีไม่ควรมีจำนวนที่ไม่ใช่จำนวนเต็ม ถ้าในกรณีของไนโตรเจนออกไซด์ มี 0.5 อย่างต่อเนื่อง 1; 1.5; 2; 2.5 อะตอมออกซิเจน เพื่อกำหนดจำนวนคงที่ของหน่วยมวล ให้คูณด้วย 2 จะได้สูตรต่อไปนี้: N ₂ O, NO, N ₂ O ₃ , NO ₂ , N ₂ O ₅ .

กฎของอาโวกาโดร

กฎ ของอาโวกาโดร มีความสำคัญในการคำนวณทางเคมี เป็นสมมติฐานที่ว่าปริมาณโมลของสารใดๆ ในสถานะก๊าซจะมีปริมาตรเท่ากันภายใต้สภาวะทางกายภาพเดียวกัน ค่าที่ใช้บ่อยที่สุดสันนิษฐานว่าในสภาวะมาตรฐาน เช่น ที่อุณหภูมิ 273 K และความดัน 1013 hPa หนึ่งโมลของก๊าซใดๆ จะมีปริมาตร 22.4 dm ³ ค่านี้เรียกกันทั่วไปว่าปริมาตรโมลาร์ นอกจากนี้ ยังมีการสันนิษฐานอีกจำนวนหนึ่งสำหรับโมเลกุล: "ในปริมาตรที่เท่ากันของก๊าซต่างๆ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันเดียวกัน จะมีจำนวนอนุภาคเท่ากัน" สันนิษฐานว่า 1 โมลของสารประกอบที่กำหนดประกอบด้วย 6.022∙10 ²³ โมเลกุลภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานข้างต้น

กฎปริมาตรของเกย์-ลูสแซก

กฎปริมาตรของเกย์-ลูสแซกที่บัญญัติขึ้นในปี ค.ศ. 1808 โดย โจเซฟ เกย์-ลูสแซก กล่าวว่าภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันเดียวกัน ปริมาตรของสารในสถานะก๊าซที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีภายใต้การพิจารณานั้นสัมพันธ์กันในลักษณะของจำนวนธรรมชาติธรรมดา เป็นผลมาจากกฎของอาโวกาโดร ตัวอย่างเช่น หากปฏิกิริยาของโมเลกุลไฮโดรเจนและคลอรีนมีปริมาตรเท่ากันที่ 6.022∙10 ²³ โมเลกุลของไฮโดรเจนคลอไรด์ 2 โมเลกุลที่มีจำนวน 2∙6.022∙10 ²³ โมเลกุลจะก่อตัวขึ้น

หลักการของ Le Chatelier (กฎแห่งดุลยภาพ)

หลักการของ Le Chatelier และ Braun หรือที่เรียกว่ากฎสมดุล อธิบายพฤติกรรมของระบบเคมีในช่วงเวลาที่สมดุลเคมีแปรปรวน ปรากฎว่าหากปัจจัยภายนอกกระทำต่อระบบในสภาวะสมดุลเคมี การตอบสนองของ ระบบมีแนวโน้มที่จะลดผลกระทบของปัจจัยนี้ให้น้อยที่สุด ปฏิกิริยาอาจถูกรบกวนอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของสารตั้งต้น อุณหภูมิของระบบ หรือความดัน (ปฏิกิริยาในเฟสก๊าซ) เมื่อประเมินผลของการเปลี่ยนแปลง คำว่า "สมดุลจะเลื่อนไปทางขวา" จะใช้ในกรณีที่มีการสร้างผลิตภัณฑ์มากขึ้น และ "สมดุลจะเลื่อนไปทางซ้าย" หากเกิดสารตั้งต้นมากขึ้น

1. การเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารตั้งต้น – ถ้าเราเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น สมดุลจะเลื่อนไปทางขวา เนื่องจากระบบต้องการลดความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เติมลงไป อย่างไรก็ตาม ถ้าเราเพิ่มความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ ระบบจะมีแนวโน้มลดลง และสมดุลจะเลื่อนไปทางซ้าย
2. การเปลี่ยนแปลงของความดันหรือปริมาตร – จำไว้ว่าความดันแปรผกผันกับปริมาตร ดังนั้น เมื่อคุณเพิ่มปริมาตร ความดันก็จะลดลง สิ่งนี้ใช้เฉพาะกับปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับสารตั้งต้นในรูปก๊าซ พื้นฐานคือการกำหนดจำนวนโมลของก๊าซที่อยู่ด้านข้างของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ถ้าในผลิตภัณฑ์มีแก๊สเพียงหนึ่งโมลและมีแก๊สสองโมลในสารตั้งต้น สารตั้งต้นจะออกแรงดันมากขึ้น ถ้าปริมาตรเพิ่มขึ้นหรือความดันลดลง สมดุลของระบบดังกล่าวจะเลื่อนไปทางซ้าย
3. การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ – ความร้อนสามารถถือเป็นสารตั้งต้นอย่างหนึ่งได้ ดังนั้น หากเราพิจารณาถึงปฏิกิริยาคายความร้อน โดยการเพิ่มอุณหภูมิ ระบบจะต้องการลดอุณหภูมิโดยการเลื่อนสมดุลไปทางซ้าย