Хімічні закони

Закон періодичності

Періодична система хімічних елементів була створена на основі закону періодичності, сформульованого Дмитром Менделєєвим в кінці XIX століття. В даний час припущення визначає, що «властивості хімічних елементів, упорядкованих відповідно до зростання атомного номера, періодично повторюються». Розташування елементів у періодичній таблиці дозволяє швидко інтерпретувати такі зв’язки, як:

1. число валентної оболонки, оскільки воно дорівнює числу періоду,
2. число електронних оболонок, зайнятих електронами, оскільки воно дорівнює номеру періоду,
3. число валентних електронів, оскільки воно дорівнює номеру групи 1-2 або зменшується на 10 для груп 13-18.

Крім того, існує ряд властивостей, які також можуть запропонувати розташування елемента для блоків s і p:

1. зі збільшенням атомного номера в групі зростає атомний радіус, металевий характер, активність металів,
2. зі збільшенням атомного номера в групі зменшується електронегативність, спорідненість до електрона, енергія іонізації, активність неметалів,
3. зі збільшенням атомного номера в періоді зростає електронегативність, спорідненість до електрона, енергія іонізації, активність неметалів,
4. зі збільшенням атомного номера в періоді радіус атома (крім гелію), активність металів, металевий характер зменшуються.

Закон збереження маси

Першим фундаментальним законом, з якого зазвичай починають вивчення хімічних реакцій, є закон збереження маси. У другій половині вісімнадцятого століття, незалежно один від одного, Михайло Ломоносов і Антуан Лавуазьє сформулювали твердження, що загальна маса реагентів не змінюється під час хімічної реакції. Точніше, в замкнутій системі сумарна маса всіх реагентів має дорівнювати загальній масі всіх утворених продуктів реакції. Збереження маси є результатом постійної кількості атомів певних елементів, які мають однакову масу незалежно від форми, в якій вони існують. Кожен атом, присутній у реагенті, має таку саму масу, як що міститься в продуктах, і його кількість також зберігається. Звідси необхідність збалансувати рівняння реакції. Коротко кажучи, закон збереження маси можна записати так: маса реагентів = маса продуктів Це особливо корисне співвідношення завдяки чому, знаючи хід реакції, ми можемо визначити маси присутніх у ній сполук. Якщо ми знаємо його стехіометрію, ми також можемо обчислити, наприклад, масу продукту, утвореного з певної кількості субстрату або навпаки. Знаючи, яку кількість продукту ми хочемо отримати, ми можемо розрахувати кількість реагентів, необхідних для реакції.

Закон постійності складу хімічної сполуки

Іншою важливою точкою відліку є закон постійного складу, інакше відомий як закон Пруста. У 1779 році Джозеф Пруст сформулював залежність, згідно з якою: «Кожна сполука має постійний і незмінний кількісний склад, що означає, що масове співвідношення елементів, які утворюють дану сполуку, завжди є постійним і однаковим». Це означає, що кожна сполука Відома нам молекула складається з певної кількості атомів. Їх маса, навпаки, постійна і не змінюється в результаті хімічних реакцій. Звідси випливає твердження, що незалежно від способу отримання хімічної сполуки Співвідношення мас атомів у молекулі завжди будуть однаковими. Наприклад, молекула води з формулою H ₂ O завжди матиме вагове співвідношення елементів 1:8, а молекула метану з формулою CH ₄ 1:0,333. Якщо співвідношення мас порушується будь-яким із реагентів, надлишок елемента не прореагує.

Закон кратних пропорцій

Закон множинних пропорцій, створений Джоном Дальтоном на початку 19 століття, формулюється так: «Коли два елементи поєднуються один з одним, утворюючи більше ніж одну сполуку, ваги одного елемента, які поєднуються з фіксованою вагою іншого, знаходяться в відношення малих цілих чисел.»Це означає, що хімічні формули хімічних сполук не повинні містити нецілих чисел.Якщо, як у випадку з оксидами азоту, є підряд 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 атомів кисню, щоб визначити фіксоване число одиниць маси, помножте на два, отримуючи наступні формули: N ₂ O, NO, N ₂ O ₃ , NO ₂ , N ₂ O ₅ .

Закон Авогадро

Закон Авогадро важливий у хімічних розрахунках. Це припущення, що молярні кількості будь-яких речовин у газоподібному стані займають однаковий об’єм за однакових фізичних умов. Найбільш часто використовувані значення припускають, що в стандартних умовах, тобто при температурі 273 К і тиску 1013 гПа, один моль будь-якого газу займає об’єм 22,4 дм ³ . Це значення зазвичай називають молярним об’ємом. крім того, для молекул передбачається інше число: «в рівних об’ємах різних газів, за однакових умов температури і тиску, міститься однакова кількість частинок». Вважається, що 1 моль даної сполуки містить 6,022∙10 ²³ молекул за наведених вище стандартних умов.

Об’ємний закон Гей-Люссака

Об’ємний закон Гей-Люссака, сформульований у 1808 році Жозефом Гей-Люссаком, говорить, що за однакових умов температури й тиску об’єми речовин у газоподібному стані, які беруть участь у розглядуваній хімічній реакції, відносяться один до одного як прості натуральні числа. Це є наслідком закону Авогадро. Наприклад, якщо в реакції молекул водню і хлору беруть участь рівні об’єми по 6,022∙10 ²³ кожен, то утворюються дві молекули хлористого водню з кількістю 2∙6,022∙10 ²³ молекул.

Принцип Ле Шательє (закон рівноваги)

Принцип Ле Шательє і Брауна , також званий законом рівноваги, описує поведінку хімічної системи під час порушення хімічної рівноваги. Виявляється, якщо зовнішній фактор діє на систему в стані хімічної рівноваги, реакція система буде прагнути мінімізувати вплив цього фактора. Реакція може бути порушена в результаті змін концентрації реагентів, температури системи або тиску (реакції в газовій фазі). Оцінюючи вплив змін, Терміни «зміщення рівноваги вправо» використовуються, якщо утворюється більше продуктів, і «рівновага зміщується вліво», якщо утворюється більше субстратів.

1. Зміна кількості реагентів – якщо ми збільшимо концентрацію субстрату, рівновага зміститься вправо, тому що система хоче зменшити концентрацію доданого реагенту. Якщо ж ми збільшимо концентрацію продукту, система буде прагнути її зменшити, і рівновага зміститься вліво.
2. Зміна тиску або об’єму – пам’ятайте, що тиск обернено пропорційний об’єму, тому, коли ви збільшуєте об’єм, тиск зменшується. Це стосується лише реакцій за участю реагентів у газоподібному стані. Основою є визначення кількості молей газів на стороні реагентів і продуктів. Якщо в продуктах міститься лише один моль газу, а в реагентах – два молі газу, реагенти будуть чинити більший тиск. При збільшенні об’єму або зменшенні тиску рівновага такої системи зміститься вліво.
3. Зміна температури – тепло можна розглядати як один із реагентів. Отже, якщо ми розглядаємо екзотермічну реакцію, підвищуючи температуру, система хоче її знизити, зрушуючи рівновагу вліво.