La formulation moderne de la loi de constance de la composition de la matière. Lois fondamentales de la chimie

La loi de la constance de la composition de la matière est l'une des principales lois de la chimie. Il découle de l'enseignement atomique-moléculaire. Son essence réside dans le fait que les substances sont constituées des mêmes molécules, donc la composition de ces substances est constante.

informations générales

Le Français J. Proust est un scientifique qui a découvert la loi de la constance de la composition d'un composé chimique. C'est arrivé en 1808.

Riz. 1. Portrait de Joseph Louis Proust

La formulation moderne de la loi est la suivante : toute substance pure, quel que soit son mode de production, a une composition qualitative et quantitative constante.

Une substance pure dans ce cas est une substance dans laquelle même une petite quantité d'impureté est absente.

Riz. 2. Formule de la loi de constance de la composition de la matière

Cette loi n'est vraie que pour les éléments à structure moléculaire.

Lorsque plusieurs composés sont formés à partir de deux éléments, les atomes de ces éléments se combinent pour former des molécules de composition différente mais définie. Par exemple, l'azote forme six composés avec l'oxygène.

La loi de constance de la composition d'une substance est d'une importance pratique considérable. Il permet de déduire des formules chimiques.

Composés de composition permanente et variable

Le scientifique russe N.S. Au début du 20ème siècle, Kurnakov a découvert des composés de composition variable dans l'étude des alliages métalliques. En eux, pour une unité de masse d'un élément, il peut y avoir une masse différente d'un autre élément. Lorsque l'on considère le composé du bismuth avec le thallium, 1 unité de masse de thallium représente de 1,24 à 1,82 unités de masse de bismuth.

Kurnakov a proposé d'appeler les composés de composition constante daltonides et les composés de composition variable - berthollides.

Riz. 3. Substances par composition

Les Daltonides ont été nommés d'après le scientifique anglais Dalton, et les Berthollides ont été nommés d'après le chimiste français Berthollet, qui a prévu de tels composés.

Dans le deuxième quart du 20e siècle, on a découvert que des composés de composition variable peuvent être trouvés non seulement parmi les composés métalliques les uns avec les autres, mais aussi parmi d'autres. solides, par exemple les oxydes, les sulfures, les carbures, etc.

Formulation raffinée de la loi de constance de la matière

Pour de nombreux bertholides, il existe des limites à l'intérieur desquelles leur composition peut changer. Par exemple,

l'oxyde d'uranium (IV) a une composition de UO 2,5 à UO 3, l'oxyde de vanadium (II) - de VO 0,9 à VO 1,3.

Ainsi, il est logique de clarifier la formulation existante de la loi de constance de la composition :

Composition de composés de structure moléculaire, c'est-à-dire constitué de molécules est constant quel que soit le mode de production. Si la composition des composés a une structure non moléculaire (et, par exemple, atomique, ionique), alors elle n'est pas constante et dépend des conditions de préparation.

Qu'avons-nous appris ?

Dans le manuel de chimie de la 8e année, la définition de la loi de constance de la composition d'une substance est brièvement révélée, sa formulation claire est donnée et des composés de composition variable et constante sont considérés. Dans ce sujet, tous ces aspects sont révélés et une définition des colortonides et des berthollides est également donnée.

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La loi des relations multiples. Les idées profondes de Lomonosov sur la structure de la matière n'étaient pas comprises par ses contemporains. De plus, la vérification expérimentale de ses vues était impossible à l'époque. Par conséquent, le développement de la doctrine atomique-moléculaire dans la seconde moitié du XVIIIe siècle n'a pas progressé. Pour la formation finale de cette doctrine, il n'y avait pas assez de connaissance des lois qui déterminent la relation entre les quantités de substances qui réagissent les unes avec les autres et se forment au cours de réactions chimiques... Ces lois n'ont été découvertes qu'à la fin du XVIIIe et au début du XIXe siècle.

À la suite de l'établissement de la loi de conservation de la masse, les méthodes de recherche quantitative se sont solidement établies en chimie depuis la fin du XVIIIe siècle. La composition quantitative de nombreuses substances a été étudiée. En même temps, la loi de la constance de la composition a été établie :

Les rapports entre les masses des éléments qui composent un composé donné sont constants et ne dépendent pas du mode d'obtention de ce composé.

De nombreux éléments, se combinant les uns avec les autres, peuvent former des substances différentes, dont chacune se caractérise par un certain rapport entre les masses de ces éléments. Ainsi, le carbone forme deux composés avec l'oxygène. L'un d'eux - le monoxyde de carbone, ou monoxyde de carbone - contient (en poids) du carbone et 57,12 % (en poids) de l'oxygène. Le deuxième composé - dioxyde ou dioxyde de carbone - contient (en poids) du carbone et (en poids) de l'oxygène. En étudiant de tels composés, Dalton a établi la loi des rapports multiples en 1803 :

Si deux éléments forment plusieurs composés chimiques entre eux, alors les masses de l'un des éléments, correspondant à la même masse de l'autre dans ces composés, se rapportent les unes aux autres comme de petits nombres entiers.

Dalton adhère à la théorie atomique de la structure de la matière. La découverte de la loi des rapports multiples a été une confirmation de cette théorie. La loi attestait directement que les éléments ne font partie des composés que dans certaines parties. Calculons, par exemple, la masse d'oxygène qui se combine avec la même quantité de carbone pour former du monoxyde et du dioxyde de carbone. Pour ce faire, on divise les unes par les autres les valeurs exprimant la teneur en oxygène et en carbone dans les deux oxydes. Nous constatons que par unité de masse de carbone dans le dioxyde de carbone, il y a exactement 2 fois plus d'oxygène que dans le monoxyde de carbone.

La capacité des éléments à entrer dans les composés uniquement dans certaines parties témoignait de la structure discontinue de la substance. Développant la théorie atomique, Dalton a introduit quelque chose de proche de représentation moderne sur les atomes et sur les masses atomiques relatives des éléments ; pour une unité de masse atomique, il a pris la masse de l'atome d'hydrogène comme la plus légère. Pour la première fois dans l'histoire de la chimie, il a compilé une table des masses atomiques, qui comprenait 14 éléments.

Les lois de la constance de la composition et des rapports multiples découlent de la doctrine atomique-moléculaire. Les substances à structure moléculaire sont constituées des mêmes molécules. Par conséquent, il est naturel que la composition de telles substances soit constante. Lorsque plusieurs composés sont formés à partir de deux éléments, les atomes de ces éléments se combinent entre eux en molécules de différentes, selon une certaine composition. Par exemple, une molécule de monoxyde de carbone est composée d'un atome de carbone et d'un atome d'oxygène, tandis qu'une molécule de dioxyde de carbone contient un atome de carbone et deux atomes d'oxygène. Il est clair que la masse d'oxygène pour une même masse de carbone dans le second de ces composés est 2 fois plus importante que dans le premier.

Contrairement à la loi de conservation de la masse, dont la validité a été pleinement confirmée par les découvertes faites après son établissement, les lois de constance de la composition et des rapports multiples se sont avérées moins universelles. A propos de la découverte des isotopes (§ 35), il est devenu clair que le rapport entre les masses des éléments qui composent une substance donnée n'est constant que si la composition isotopique de ces éléments est constante. Lorsque la composition isotopique d'un élément change, la composition en masse du composé change également. Par exemple, l'eau lourde (§ 72) contient environ (en masse) de l'hydrogène et seulement de l'eau ordinaire.

Au début du 20e siècle, NS Kurnakov (voir p. 536), en étudiant les alliages métalliques, découvre des composés de composition variable. Dans ces composés, par unité de masse d'un élément donné, il peut y avoir une masse différente d'un autre élément. Ainsi, dans le composé que le bismuth forme avec le thallium, par unité de masse de thallium, il peut y avoir de 1,24 à 1,82 unités de masse de bismuth.

Dans les années trente du XXe siècle, il est devenu clair que des composés de composition variable se trouvent non seulement parmi les composés métalliques les uns avec les autres, mais également parmi d'autres solides, par exemple, des oxydes, des composés métalliques avec du soufre, de l'azote, du carbone, de l'hydrogène.

Pour de nombreux composés de composition variable, des limites ont été établies dans lesquelles leur composition peut changer. Ainsi, dans le dioxyde de titane par unité de masse de titane, il peut y avoir de 0,65 à 0,67 unité de masse d'oxygène, ce qui correspond à la formule. Bien sûr, de telles formules n'indiquent pas la composition de la molécule - les composés de composition variable n'ont pas, mais une structure atomique, mais reflètent uniquement les limites de la composition de la substance.

Les limites des changements possibles de composition sont différentes pour différents composés. Ils changent également avec la température.

Si deux éléments forment entre eux plusieurs composés de composition variable, alors dans ce cas la loi des rapports multiples sera également inapplicable. Par exemple, le titane forme avec l'oxygène plusieurs oxydes de composition variable dont les plus importants sont et. Il est clair que dans ce cas et dans des cas similaires, la loi des relations multiples n'est pas respectée.

La loi des rapports multiples n'est pas non plus respectée dans le cas des substances dont les molécules sont constituées d'un grand nombre d'atomes. Par exemple, les hydrocarbures ayant les formules et sont connus. Les nombres d'unités de masse d'hydrogène dans ces composés et dans des composés similaires par unité de masse de carbone se réfèrent les uns aux autres comme des nombres entiers, mais ces nombres ne peuvent pas être appelés petits.

Dans la dernière leçon, vous vous êtes familiarisé avec le concept de fraction massique d'un élément chimique dans une substance et avez remarqué que cette valeur ne dépend pas de la masse de la substance elle-même. Cette leçon est consacrée à l'étude de la loi de constance de la composition de la matière. À partir des supports de cours, vous apprendrez qui a découvert cette loi.

Sujet : Concepts chimiques initiaux

Leçon : Consistance de la composition de la matière

Scientifiques des XVIIe et XVIIIe siècles effectué de nombreuses mesures quantitatives, incl. par définition d'un élément dans une substance. Mais les résultats de leurs expériences étaient inexacts et, par conséquent, ne coïncidaient pas.

Le chimiste français Claude Louis Berthollet a tenté de prouver que la composition des substances dépend des proportions dans lesquelles se trouvent les réactifs.

Riz. 1. Claude Louis Berthollet

En revanche, un autre chimiste français, Joseph Louis Proust, a mené de nombreuses expériences pour étudier la composition de diverses substances et a conclu que la composition de la substance était constante.

Riz. 2. Joseph-Louis Proust

En 1808, Proust formule la loi de constance de la composition des substances: « Les substances ont une composition constante quels que soient le mode et le lieu de leur production. »

Dans son ouvrage "Recherche du cuivre" en 1799, Proust a montré que le carbonate de cuivre naturel et le carbonate de cuivre obtenu par les chimistes en laboratoire ont la même composition.

Il n'y a pas de différence entre l'eau qui coule de notre robinet, l'eau d'une source ou l'eau obtenue synthétiquement (ce qui signifie que la composition est de l'eau, pas la composition du mélange). L'eau contiendra toujours 11,1 % d'hydrogène et 88,9 % d'oxygène en poids.

Mais la nature est beaucoup plus diversifiée que n'importe quelle théorie créée par l'homme. Et il y a des exceptions à la loi de constance de la composition des substances. Au 20e siècle, on a découvert que certains composés n'avaient pas une composition constante.

Ainsi, on ne peut pas dire que Claude Berthollet se soit complètement trompé. La loi de constance de la composition des substances a des limites.

Des substances de composition variable existent, elles ont été nommées d'après Berthollet - berthollides.

Les berthollides sont des composés de composition variable qui n'obéissent pas aux lois des rapports constants et multiples. Les berthollides sont des composés binaires non stoechiométriques de composition variable, qui dépend de la méthode de préparation. De nombreux cas de formation de berthollides ont été découverts dans des systèmes métalliques, ainsi que parmi les oxydes, sulfures, carbures, hydrures, etc. Par exemple, l'oxyde de vanadium (II), selon les conditions de préparation, peut avoir une composition de V 0,9 à V 1.3.

1. Recueil de tâches et d'exercices de chimie : 8e année : au manuel de P.А. Orzhekovsky et autres "Chimie, 8e année" / P.А. Orjekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M. : AST : Astrel, 2006. (p. 25-28)

2. Ouchakova O.V. Cahier d'exercices de chimie : 8e année : au manuel de P.A. Orzhekovsky et autres. "Chimie. 8e année "/ .V. Ouchakova, P.I. Bespalov, P.A. Orjekovsky; sous. éd. prof. PENNSYLVANIE. Orzhekovsky - M. : AST : Astrel : Probizdat, 2006. (p.21-23)

3. Chimie : 8e année : manuel. pour général institutions / A.P. Orjekovsky, L.M. Meshcheryakova, L.S. Pontak. M. : AST : Astrel, 2005. (§9)

4. Chimie : inorganique. chimie : manuel. pour 8cl. général établissements / G.E. Rudzitis, FuGyu Feldman. - M. : Education, JSC « Manuels de Moscou », 2009. (§§10, 14)

5. Encyclopédie pour les enfants. Tome 17. Chimie / Chap. édité par V.A. Volodine, dirigé. scientifique. éd. I. Leenson. - M. : Avanta+, 2003.

Ressources Web supplémentaires

1. Collection unifiée de numérique Ressources pédagogiques ().

2. Version électronique de la revue "Chimie et Vie" ().

Devoirs

avec. 22-23 No. No. 3,7 du Cahier d'exercices de chimie : 8e année : au manuel de P.A. Orzhekovsky et autres. "Chimie. 8e année "/ .V. Ouchakova, P.I. Bespalov, P.A. Orjekovsky; sous. éd. prof. PENNSYLVANIE. Orzhekovsky - M. : AST : Astrel : Probizdat, 2006.

LOIS FONDAMENTALES DE LA CHIMIE

Loi de conservation de la masse

La loi de conservation de la masse peut être formulée comme suit :

"La masse de substances entrant dans une réaction chimique est égale à la masse de substances formées à la suite de la réaction."

La découverte de cette loi est attribuée à M.V. Lomonosov (1748 et confirmé expérimentalement par lui en 1756), bien qu'il ne s'en soit pas attribué la paternité. V littérature étrangère la découverte de cette loi est attribuée à A. Lavoisier (1789)

Cette loi est vraie avec une grande précision pour toutes les réactions chimiques, puisque le défaut de masse est incommensurable

Après la découverte de la théorie de la relativité restreinte, la masse a acquis de nouvelles propriétés :

1. La masse d'un objet dépend de son énergie interne. Lorsque l'énergie est absorbée, la masse augmente ; lorsqu'elle est libérée, la masse diminue. Le changement de masse au cours des réactions nucléaires est particulièrement perceptible. Dans les réactions chimiques, le changement de masse est négligeable - avec un effet thermique d'une réaction de 100 kJ / mol, le changement de masse sera de ~ 10 -9 g / mol, lors du chauffage d'un fer à repasser de 200 °, sa masse augmente par m / m ~ 10 -12

2. La masse n'est pas une quantité additive, c'est-à-dire que la masse d'un système n'est pas égale à la somme des masses de ses constituants, par exemple, l'annihilation d'un électron et d'un positon, particules avec une masse au repos pour les photons qui n'ont pas de masse au repos, la masse de deutérium n'est pas égale à la somme des masses d'un proton et d'un neutron, etc. etc.

De ce qui précède, il résulte que la loi de conservation de la masse est étroitement liée à la loi de conservation de l'énergie, qui s'explique par la théorie de la relativité restreinte et est remplie avec la même restriction - il est nécessaire de prendre en compte l'échange de l'énergie entre le système et l'environnement extérieur.

La loi des équivalents

Ouvert à la suite expériences chimiques I. Richter en 1791-1798

La formulation originale de la loi des équivalents (le terme « équivalent » a été introduit en 1767 par G. Cavendish) était la suivante : « Si la même quantité d'un acide quelconque est neutralisée par des quantités différentes de deux bases, alors ces quantités sont équivalentes et neutralisé par la même quantité de tout autre acide." ...

En termes simples, les composés chimiques interagissent non pas dans des rapports quantitatifs arbitraires, mais strictement définis.

Cependant, cette loi ouvrait la question de la constance de la composition de la substance. Le scientifique le plus éminent de l'époque, Claude Louis Berthollet, proposa en 1803 la théorie de l'affinité chimique, au moyen des forces d'attraction et en fonction de la densité de matière et de sa quantité. Il a défendu l'hypothèse selon laquelle la composition élémentaire d'une substance peut varier dans certaines limites, selon les conditions dans lesquelles elle a été obtenue. Des relations permanentes dans les connexions, selon Berthollet, ne peuvent avoir lieu que dans les cas où, lors de la formation de telles connexions, il y a eu un changement significatif de la densité et, par conséquent, des forces de cohésion. Ainsi, l'hydrogène et l'oxygène gazeux se combinent pour former de l'eau dans une relation constante, car l'eau est un liquide qui a une densité beaucoup plus élevée que les gaz d'origine. Mais si le changement de densité et de cohésion lors de la formation d'un composé est insignifiant, des substances de composition variable se forment dans de larges gammes de rapports composants... Les limites pour la formation de tels composés sont les états de saturation mutuelle des parties constitutives. La doctrine de Berthollet, rejetant la constance des proportions dans les composés chimiques, a rencontré une méfiance évidente malgré la haute autorité scientifique de Berthollet. Cependant, la plupart des chimistes analytiques, y compris Klaproth et Vauquelin, n'ont pas osé réfuter ouvertement les affirmations de Berthollet. Un seul, méconnu à l'époque, le chimiste madrilène Proust n'a pas hésité à critiquer les vues de Berthollet et à pointer ses erreurs expérimentales et ses conclusions erronées. Après la parution du premier article critique de Proust (1801), Berthollet a jugé nécessaire de répondre à ce dernier, défendant sa position. Une controverse intéressante et historiquement très importante s'ensuivit, qui dura plusieurs années (jusqu'en 1808). les chimistes prirent le point de vue de Proust, à qui appartient donc le mérite de l'établissement expérimental de la loi de la constance de la composition des composés chimiques.

La loi de constance de la composition

La loi de constance de la composition (relations permanentes) a été découverte par le scientifique français Joseph Louis Proust. Et qui est devenue l'une des principales lois chimiques.

La loi de constance de la composition- tout composé défini chimiquement pur, quelle que soit la méthode de sa préparation, se compose du même éléments chimiques, et les rapports de leurs masses sont constants, et les nombres relatifs de leurs atomes sont exprimés en nombres entiers.

La loi de constance de la composition et la stoechiométrie des composés Longtempsétaient considérés comme inébranlables. Cependant, au début du XXe siècle. I.S.Kurnakov, sur la base de ses recherches, est arrivé à la conclusion de l'existence de composés non stoechiométriques, c'est-à-dire ceux caractérisés par une composition variable. Même DIMendeleev (1886), sur la base de ses propres observations et des nombreuses données expérimentales accumulées à cette époque, est parvenu à la conclusion qu'il existe des substances de composition variable et que ces composés sont de véritables composés chimiques, uniquement à l'état de dissociation. NS Kurnakov a noté que ce serait une erreur de considérer les composés de composition variable comme quelque chose de rare et d'exceptionnel. N.S. Kurnakov a nommé les connexions permanentes daltonien en l'honneur de D. Dalton, qui a largement appliqué la théorie atomique-moléculaire aux phénomènes chimiques. Les composés non stoechiométriques ont été nommés d'après K. Berthollet berthollides. Selon lui, les berthollides sont des composés chimiques particuliers de composition variable, dont la forme d'existence n'est pas une molécule, mais une phase, c'est-à-dire un énorme agrégat d'atomes chimiquement lié. Théorie classique La valence n'est pas applicable pour les composés de type Berthollide, car ils sont caractérisés par une valence variable qui change continuellement, et non de manière discrète.La liste des composés synthétisés et connus suggère que la plupart d'entre eux appartiennent au type Berthollide. En principe, tout composé solide, à l'exception des substances à réseau moléculaire, est un composé de composition variable.

Les berthollides, selon Kurnakov, sont des solutions solides de composés chimiques de composition constante qui sont instables à l'état libre. Après avoir caractérisé de cette manière les composés de composition constante et variable, Kournakov est arrivé à la conclusion que Proust et Berthollet avaient raison dans leurs déclarations.

Cependant, par souci de simplicité, la composition de nombreux berthollides est écrite comme constante. Par exemple, la composition de l'oxyde de fer (II) s'écrit FeO (au lieu de la formule plus précise Fe 1-x O).

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Date de création de la page : 2017-10-25