Kimyanın ağırlık kanunları nelerdir? (Örneklerle)
Kimyanın ağırlık kanunları, reaksiyona giren maddelerin kütlelerinin bunu keyfi veya rastgele yapmadıklarını gösteren kanunlardır ; ancak elementlerin atomlarının yaratılmadığı veya imha edilmediği tam sayıların veya alt dilimlerin matematiksel bir oranını korumak.
Geçmişte, bu yasaları oluşturmak olağanüstü muhakeme çabaları gerektiriyordu; çünkü şimdi çok açık görünse de, sırasıyla elementlerin veya bileşiklerin atom veya moleküler kütlelerini bile bilmiyorduk.
Her bir elementin bir mol atomunun tam olarak ne kadar eşit olduğu bilinmediğinden, on sekizinci ve on dokuzuncu yüzyıl kimyacıları reaktif kütlelere dayanmak zorunda kaldı. Dolayısıyla ilkel analitik teraziler (en iyi resim) ağırlık yasalarının çözümü için gerekli yüzlerce deney boyunca birbirinden ayrılamazlardı.
Bu nedenle, bu kimya yasalarını incelerken insan her an toplu ölçümlerle karşılaşır. Bu sayede deney sonuçlarının ekstrapolasyonu, saf kimyasal bileşiklerin her zaman kurucu elementlerinin kütle oranı ile oluştuğu keşfedilmiştir.
Kütlenin korunumu yasası
Bu yasa kimyasal bir tepkimede, tepkenlerin toplam kütlesinin ürünlerin toplam kütlesine eşit olduğunu söylemektedir; düşünülen sistem kapalı olduğu ve çevresiyle birlikte kütle ve enerji alışverişi olmadığı sürece.
Kimyasal bir reaksiyonda, maddeler kaybolmaz, fakat eşit kütleli diğer maddelere dönüşür; bu nedenle ünlü ifade: "hiçbir şey yaratılmadı, hiçbir şey yok edilmedi, her şey dönüştürüldü".
Tarihsel olarak, kimyasal tepkimede kütlenin korunumu yasası ilk kez 1756'da günlüğünde deneylerinin sonuçlarını gösteren Mikhail Lomonsov tarafından önerildi.
Daha sonra 1774'te Fransız kimyager Antoine Levoisier bunu kurmasına izin veren deneylerinin sonuçlarını sundu; Bazıları da buna Lavoisier Yasası diyor.
-Lavoisier deneyleri
Lavoisier (1743-1794) döneminde, vücutların tutuşma veya yanma kabiliyetine sahip olduğu bir felsefe teorisi vardı. Lavoisier'in deneyleri bu teoriyi atmaya izin verdi.
Lavoisier sayısız metal yanma deneyi gerçekleştirdi. Malzemelerin kapalı bir kap içinde yanmalarından önce ve sonra dikkatlice tartılarak, ağırlıkta belirgin bir kazanım olduğunu tespit ettik.
Ancak Lavoiser, yanmadaki oksijenin rolüne dayanan bilgisine dayanarak, yanmadaki kilo artışının, oksijenin yanıcı maddeye dahil olmasından kaynaklandığı sonucuna varmıştır. Metalik oksitler kavramı doğdu.
Bu nedenle, yanma ve oksijene maruz kalan metal kütlelerinin toplamı değişmeden kalmıştır. Bu sonuç, kütlenin korunumu yasasının kurulmasını sağlamıştır.
-Denklemlerin dengesi
Kütlelerin Korunması Kanunu, kimyasal tepkimeye dengeleme ihtiyacını ortaya koydu, bu da kimyasal tepkimeye müdahale eden ve hem reaktif hem de ürün olarak karışan tüm elementlerin sayısının aynı olduğunu garanti etti.
Bu, yapılan stokiyometrik hesaplamaların doğruluğu için bir önkoşuldur.
-Cálculos
Su molleri
5 mol metan'ın fazla oksijende yanması sırasında kaç mol su üretilebilir? Ayrıca maddenin korunma yasasının karşılandığını da gösterin.
CH4 + 2 02 => C02 + 2 H20
Reaksiyonun dengeli denklemine bakıldığında, 1 mol metan'ın 2 mol su ürettiği sonucuna varılmıştır.
Bu sorun doğrudan basit bir yaklaşımla çözülebilir, çünkü 1 mol değil 5 mol CH4'ümüz var:
Su molleri = 5 mol CH4 · (2 mol H20 / 1 mol CH4)
= 10
Bu, 180 g H2O'ya eşdeğer olacaktır. Ayrıca, toplam 400 g ürün kütlesine eşit olan 5 mol veya 220 g C02 oluşmuştur .
Bu nedenle, maddenin korunumu yasasına uymak için, 400 g reaktan reaksiyona girmelidir; daha fazla değil, daha az değil. Bu 400 g'dan 80 g, 5 mol CH4'e (16 g / mol moleküler kütlesi ile çarpılır) ve 320 g, 10 mol 02'ye (aynı şekilde 32 g / mol moleküler kütlesi için) karşılık gelir. ).
Magnezyum şeridinin yanması
0.80 g oksijen içeren kapalı bir kapta 1.50 g'lık bir magnezyum bant yandı. Yanmadan sonra, kapta 0.25 g oksijen kalmıştır. a) Hangi oksijen kütlesi tepki gösterdi? b) Ne kadar magnezyum oksit oluştu?
Reaksiyona giren oksijen kütlesi basit bir farkla elde edilir.
Tüketilen oksijen kütlesi = (ilk kütle - artık kütle) oksijen
= 0.80 g - 0.25 g
= 0, 55 g 02 (a)
Kütlenin korunumu yasasına göre,
Magnezyum oksit kütlesi = magnezyum kütlesi + oksijen kütlesi
= 1.50 g + 0.55 g
= 2, 05 g MgO (b)
Tanımlanan oranların kanunu
Bir Fransız kimyager olan Joseph Louis Proust (1754-1826), kimyasal bir reaksiyonda kimyasal elementlerin her zaman belirli bir saf bileşik oluşturmak için sabit kütle oranlarında reaksiyona girdiğini fark etti; bu nedenle, kaynağı veya kaynağı ne olursa olsun veya nasıl sentezlendiğinden bağımsız olarak kompozisyonu sabittir.
1799'da Proust, “İki veya daha fazla element bir bileşik oluşturmak üzere birleştiğinde bunu sabit kütle oranında yaparlar” diyerek kesin oranlar yasası getirdi. Daha sonra, bu ilişki sabittir ve bileşiğin hazırlanmasında izlenen stratejiye bağlı değildir.
Bu yasa ayrıca şöyle ifade eder: “Saflık halindeki her kimyasal bileşik, her zaman sabit kütle oranında aynı elemanları içerir.”
- Kanunun tanıtımı
Demir (Fe), sülfür (S) ile reaksiyona girerek demir sülfür (FeS) oluşturur, üç durumu (1, 2 ve 3) gösterebiliriz:
Elementlerin birleştirildiği oranı bulmak için, daha büyük kütle (Fe), daha küçük kütle (S) ile bölünür. Hesaplama 1, 75: 1 oranını verir. Bu değer verilen üç koşulda (1, 2 ve 3) tekrarlanır, burada farklı kütleler kullanılmasına rağmen aynı oran elde edilir.
Yani, 1.75 g Fe, 2.75 g FeS vermek üzere 1.0 g S ile birleşir.
-Uygulamalar
Bu kanunu uygulayarak, istenen bir bileşik kütlesini elde etmek için birleştirilmesi gereken elementlerin kütleleri tam olarak bilinir.
Bu şekilde, bir kimyasal reaksiyona katılan bazı elementlerin fazla kütlesi veya reaksiyonda reaktif bir reaktif varsa bilgi edinilebilir.
Ek olarak, bir bileşiğin centesimal bileşimini bilmek uygulanır ve ikincisine dayanarak, bir bileşiğin formülü oluşturulabilir.
Bir bileşiğin centesimal bileşimi
Aşağıdaki reaksiyonda karbondioksit (C02) oluşur:
C + O 2 => CO 2
12 g karbon, 32 g oksijeni birleştirerek 44 g karbon dioksit verir.
Yani, karbon yüzdesi eşittir
Karbon yüzdesi = (12 g / 44 g) ·% 100
=% 27, 3
Oksijen yüzdesi = (32 g / 44 g) ·% 100
Oksijen yüzdesi =% 72.7
Sabit Kompozisyon Kanunu ifadesini kullanarak, karbondioksitin her zaman% 27, 3 karbon ve% 72, 7 oksijenden oluştuğu not edilebilir.
-Cálculos
Kükürt trioksit
Farklı kaplarda 4 g ve 6 g kükürt (S) oksijen (O) ile reaksiyona sokulurken, sırasıyla 10 g ve 15 g kükürt trioksit (S03) elde edildi.
Neden bu kadar kükürt trioksit elde edildi, diğerleri değil?
Ayrıca 36 g oksijen ve elde edilen sülfür trioksit kütlesi ile birleştirmek için gereken kükürt miktarını hesaplayın.
Bölüm a)
İlk kapta 4 kükürt, 10 g trioksit elde etmek için X g oksijen ile karıştırılır. Kütlenin korunumu yasası uygulanırsa, kükürtle birleştirilen oksijen kütlesini temizleyebiliriz.
Oksijen kütlesi = 10 g oksijen trioksit - 4 g kükürt.
= 6 g
Haznede 2 6 g kükürt, 15 kükürt trioksit elde etmek için X g oksijen ile karıştırılır.
Oksijen kütlesi = 15 g kükürt trioksit - 6 g kükürt
= 9 g
Her konteyner için O / S oranları hesaplanır:
Durumda O / S oranı 1 = 6 g O / 4 g S
= 1.5 / 1
Durumda O / S oranı 2 = 9 g O / 6 g S
= 1.5 / 1
Bu, belirli oranlarda belirli bir bileşik oluşturmak için elementlerin her zaman aynı oranda birleştirildiğini belirten oranlarda belirtilen yükseltilmiş olanla uyum içindedir.
Bu nedenle elde edilen değerler doğrudur ve yasanın uygulanmasına karşılık gelenler doğrudur.
Bölüm b)
Önceki bölümde, O / S oranı için 1.5 / 1 değeri hesaplanmıştır.
g kükürt = 36 oksijen · (1 g kükürt / 1.5 g oksijen)
= 24 g
g kükürt trioksit = 36 g oksijen + 24 g kükürt
= 60 g
Klor ve magnezyum
Klor ve magnezyum, her bir magnezyum için 2.95 g klor oranında birleştirilir. a) 25 g magnezyum klorür elde etmek için gereken klor ve magnezyum kütlelerini belirleyin. b) Magnezyum klorürün yüzdesi nedir?
Bölüm a)
Cl: Mg oranı için 2.95 değerine dayanarak, aşağıdaki yaklaşım yapılabilir:
2.95 g Cl + 1 g Mg => 3.95 g MgCl2
o zaman:
g Cl = 25 g MgCl2 · (2.95 g Cl / 3.95 g MgCl2)
= 18.67
g Mg = 25 g MgCl2 · (1 g Mg / 3.95 g MgCl2)
= 6.33
Daha sonra, 18.67 g klor, 25 g magnezyum klorit verecek şekilde 6.33 g magnezyum ile birleştirilir.
Bölüm b)
Magnezyum klorürün moleküler kütlesi, MgC12, önce hesaplanır:
Moleküler ağırlık MgCl2 = 24.3 g / mol + (2-35.5 g / mol)
= 95.3 g / mol
Magnezyum yüzdesi = (24.3 g / 95.3 g) x% 100
=% 25, 5
Klor yüzdesi = (71 g / 95.3 g) x% 100
=% 74, 5
Çok oranlı kanun veya Dalton kanunu
Kanun, atmosferik gazların reaksiyonlarıyla ilgili gözlemlerine dayanarak 1803 yılında Fransız kimyager ve meteorolog John Dalton tarafından duyurulmuştu.
Yasa şu şekilde duyurulmuştu: "Öğeler birden fazla bileşik elde etmek için birleştiğinde, bunlardan birinin değişken kütlesi diğerinin sabit bir kütlesine katılır ve birincisinin kanonik ve belirsiz sayıların bir ilişkisi vardır."
Ayrıca: "İki element farklı bileşikler oluşturmak için birleştiğinde, bunlardan birine sabit bir miktar verildiğinde, bileşikleri üretmek için bu sabit miktarla birleştirilen diğer elementin farklı miktarları basit tam sayılarla ilişkilidir".
John Dalton, elementlerin atom denilen bölünmez parçacıklardan oluştuğunu gösterdiğinde, atomun ilk modern tanımını kimyasal elementlerin bir bileşeni olarak yaptı.
Ek olarak, bileşiklerin, farklı elementlerin atomları birbirleriyle basit tam sayı oranlarında birleştiğinde oluştuğunu varsaydı.
Dalton, Proust'un araştırma çalışmasını tamamladı. İki kalay oksidin varlığının% 88, 1 ve kalayın% 78, 7'si ile karşılık gelen oksijen yüzdeleri, sırasıyla% 11, 9 ve% 21, 3 olduğunu belirtti.
-Cálculos
Su ve hidrojen peroksit
Bileşiklerin su, H20 ve hidrojen peroksit, H202’nin Çoklu Oranlar Yasası’na uygun olduğunu gösterin.
Elementlerin atomik ağırlıkları: H = 1 g / mol ve oksijen = 16 g / mol.
Bileşiklerin moleküler ağırlıkları: H20 = 18 g / mol ve H202 = 34 g / mol.
Hidrojen H20 ve H202'de sabit bir miktardaki elementtir, bu nedenle her iki bileşikte O ve H arasındaki oranlar oluşturulacaktır.
H20 içinde O / H oranı = (16 g / mol) / (2 g / mol)
= 8/1
H202'de O / H oranı = (32 g / mol) / (2 g / mol)
= 16/1
Her iki oran arasındaki ilişki = (16/1) / (8/1)
= 2
Daha sonra, hidrojen peroksit ve su arasındaki O / H oranının oranı 2'dir, bütün ve basit bir sayıdır. Bunun için Çoklu Oranlar Yasasının yerine getirildiği gösterilmiştir.
Azot oksitler
Hangi oksijen kütlesi a) nitrik oksit, NO ve b) azot dioksit, N02 içerisinde 3.0 g azot ile birleştirilir. NO ve NO 2 ' nin Çoklu Oranlar Yasasına uygun olduğunu gösterin.
Azot kütlesi = 3 g
Atom ağırlıkları: azot, 14 g / mol ve oksijen, 16 g / mol.
hesaplamalar
NO'da, bir N atomu 1 atom O ile birleştirilir, bu nedenle aşağıdaki yaklaşımla 3 g azotla birleştirilen oksijen kütlesini hesaplayabiliriz:
g = 0 g azot · (PA.O / PA.N)
= 3 g · (16 g / mol / 14 g / mol)
= 3.43 g O
N02'de, bir N atomu, 2 O atomu ile birleştirir, böylece birleştiren oksijen kütlesi:
oksijen g = 3 g · (32 g / mol / 14 g / mol)
= 6.86 g O
O = N oranı NO = 3.43 g O / 3 g N
= 1.143
N02'de O / N oranı = 6.86 g O / 3 g N
= 2, 282
Oranlar arasındaki oranın değeri O / N = 2, 282 / 1, 143
= 2
Daha sonra, O / N oranları arasındaki oranın değeri 2'dir, bütün ve basit bir sayıdır. Dolayısıyla Çok Oranlı Kanun yerine getirilmiştir.
Karşılıklı oranlar yasası
Richter ve Carl F. Wenzel tarafından ayrı ayrı formüle edilen bu yasa, ayrı ayrı bir elemente sahip iki bileşiğin kütle oranlarının, eğer reaksiyona girerse, diğer elementler arasında üçüncü bir bileşiğin oranını belirlemeye izin verdiğini belirler.
Örneğin, iki AB ve CB bileşiğine sahipseniz, ortak elementin B olduğunu görebilirsiniz.
Richter-Wenzel yasası veya karşılıklı oranlar, A’nın AB’ye vermek için B ile ne kadar tepkimeye girdiğini ve CB’ye vermek için C ile ne kadar tepkimeye girdiğini bilerek, C ile tepkimeye girmek için gereken A kütlesini hesaplayabileceğinizi söyler. AC'yi oluşturmak için C kütlesi.
Sonuç, A: C veya A / C oranının A / B veya C / B'nin çoklu veya alt sınıfı olması gerektiğidir. Bununla birlikte, bu unsur her zaman, özellikle de elementlerin birçok oksidasyon durumuna sahip olması halinde yerine getirilmez.
Tüm ağırlık yasaları arasında bu belki de en "soyut" veya karmaşıktır. Fakat eğer matematiksel bir bakış açısıyla analiz edilirse, sadece dönüşüm faktörlerinden ve iptallerinden oluştuğu görülecektir.
-Examples
metan
12 g karbonun karbon dioksit oluşturmak için 32 g oksijenle reaksiyona girdiği biliniyorsa; ve diğer taraftan, 2 g hidrojen, su oluşturmak için 16 g oksijenle reaksiyona girer, daha sonra sırasıyla C20 ve H20 için kütle oranları C / O ve H / O olarak tahmin edilebilir.
C / O ve H / O hesaplamaları bizde:
C / O = 12g C / 32g O
= 3/8
H / O = 2 g H / 16 g O
= 1/8
Oksijen ortak elementtir ve metan üretmek için ne kadar karbonun hidrojenle reaksiyona girdiğini bilmek isteriz; yani, C / H (veya H / C) hesaplamak istiyoruz. Ardından, karşılıklılığın yerine getirilip getirilmediğini yerine getirmek için önceki oranların bir bölümünü yapmak gerekir:
C / H = (C / O) / (H / O)
Bu şekilde O'nun iptal edildiğini ve C / H'nin kaldığını unutmayın:
C / H = (3/8) / (1/8)
= 3
Ve 3, 3/8'in (3/8 x 8) bir katıdır. Bu, 3 g C'nin, metan vermek üzere 1 g H ile reaksiyona girdiği anlamına gelir. Fakat bunu CO2 ile karşılaştırabilmek için, C / H'yi 4'e çarparak 4'e eşitleyin; bu, aynı zamanda gerçek olan metan oluşturmak için 4 g H ile reaksiyona giren 12 g C verir.
Magnezyum sülfit
24 g magnezyumun magnezyum hidrid oluşturmak üzere 2 g hidrojenle reaksiyona girdiği biliniyorsa; ve buna ek olarak, 32 g sülfür hidrojen sülfür oluşturmak için 2 g hidrojenle reaksiyona girdiğini, ortak elementin hidrojen olduğunu ve Mg / S ve Mg / H ve H / S'yi hesaplamak istediğimizi
Daha sonra Mg / H ve H / S'yi ayrı ayrı hesaplarsak:
Mg / H = 24g Mg / 2g H
= 12
H / S = 2 g S / 32 g S
= 1/16
Bununla birlikte, H'yi iptal etmek için S / H kullanılması uygundur. Bu nedenle, S / H, 16'ya eşittir. Bu yapıldıktan sonra, Mg / S'yi hesaplamaya devam ediyoruz:
Mg / S = (Mg / H) / (S / H)
= (12/16)
= 3/4
Ve 3/4, 12'nin (3/4 x 16) alt sınıfıdır. Mg / S oranı, 3 g Mg'nin, magnezyum sülfit oluşturmak üzere 4 g sülfürle reaksiyona girdiğini gösterir. Ancak, Mg / H ile karşılaştırabilmek için Mg / S'yi 8 ile çarpmalıyız. Böylece, 24 g Mg bu metal sülfiti vermek üzere 32 g sülfürle reaksiyona girer.
Alüminyum klorür
35.5 g Cl'nin, HC1 oluşturmak için 1 g H ile reaksiyona girdiği bilinmektedir. Benzer şekilde, 27 g Al, AlH3 oluşturmak üzere 3 g H ile reaksiyona girer. Alüminyum klorür oranını hesaplayın ve böyle bir bileşiğin Richter-Wenzel kanununa uyup uymadığını söyleyin.
Yine, Cl / H ve Al / H'yi ayrı ayrı hesaplamaya devam ediyoruz:
C / H = 35, 5 g, C / lg H
= 35, 5
Al / H = 27g Al / 3g H
= 9
Şimdi, Al / Cl hesaplanır:
Al / Cl = (Al / H) / (C / H)
= 9 / 35, 5
≈ 0.250 veya 1/4 (aslında 0.253)
Yani, 0.250 g Al karşılık gelen tuzu oluşturmak için 1 g Cl ile reaksiyona girer. Fakat yine de Al / Cl’yi Al / H ile karşılaştırmanıza izin veren bir sayı ile çarpmanız gerekir (kolaylık sağlamak için).
Hesaplamadaki yanlışlık
Daha sonra Al / Cl, 108 (27 / 0.250) ile çarpılarak, 108 g Cl ile reaksiyona giren 27 g Al elde edilir. Bu, tam olarak böyle olmaz. Örneğin Al / Cl için 0.253 değerini alırsak ve onu 106.7 (27 / 0.253) ile çarparsak, 27 g Al'ın 106.7 g Cl; bu gerçeğe daha yakındır (AlCl3, Cl için 35.5 g / mol PA).
Burada Richter yasasının, ondalıkların doğruluğu ve kötüye kullanılması nedeniyle nasıl bozulmaya başlayabildiğini görüyoruz.
