Реферат: Основные химические законы

Введение. 2

Закон Авогадро. 3

Закон Бойля-Мариотта. 5

Закон Гей-Люссака. 5

Закон объемных отношений. 5

Закон действующих масс. 7

Зависимость скорости реакции. 7

Закон Кюри. 8

Закон постоянства состава вещества. 10

Закон сохранения массы вещества. 10

Заключение. 12

 Введение

Когда впервыеобнаруживается, что некоторая идея объясняет или коррелирует многие факты, тотакую идею называют  гипотезой. Гипотезу можно подвергнуть дальнейшейпроверке и экспериментально подтвердить выводы, которые из нее следуют. Еслигипотеза при этом согласуется с результатами эксперимента, то ее называют теориейили законом.

Теория, например атомнаятеория, обычно включает некоторые представления о строении той или иной частиВселенной, тогда как закон может быть просто обобщением положений, относящихсяк экспериментально выявленным фактам. Так, существует закон постоянства угловмежду гранями в кристаллах. Этот закон утверждает, что при изменении угловмежду  соответствующими гранями нескольких кристаллов одного и того же чистоговещества оказывается, что величины этих углов одинаковы. Закон просто выражаеттот факт, что углы между соответствующими гранями кристалла чистого веществаодинаково независимо от того, большой это кристалл или маленький; какого либообъяснения самому этому факту закон не дает. Объяснение дает атомная теориякристаллов теория, которая исходит из того, что атомы кристаллов расположены вопределенном порядке.

ЗаконАвогадро

Амадео Авогадро в 1811г. выдвинул гипотезу, которая вдальнейшем была подтверждена опытными данными и потому стала называться закономАвогадро:4

Одинаковые объемы различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержат одинаковое число молекул.

Таким образом, Авогадро указал, что противоречие междузаконом объемных отношений Гей-Люссака и учением Дальтона легко устраняется,если ввести представление о молекуле и атоме как о различных формах материи.Закон Гей-Люссака есть закон о числе молекул, а не атомов, находящихся в объемегаза.

Авогадро предположил, что молекулы простых газов состоят издвух одинаковых атомов. Таким образом, при соединени водорода с хлором ихмолекулы хлористого водорода. Из одной молекулы водорода и одной молекулы хлораобразуются  две молекулы хлористого водорода.

H2+Cl2=2HCl

Из закона Авогадро вытекает важное следствие: приодинаковых условиях 1 моль газа занимает одинаковый объем. Этот объем легковычислить, если известна масса 1л газа.

Экспериментально установлено, что масса 1л кислорода принормальных условиях (при температуре 273ºК (0ºС) и давлении 1 атм.)равна 1,429г. Следовательно, объем, занимаемый 1 молем при этих условиях,равен:

/>

При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем, равный 22.4л. Этот объем называется молярным объемом газа.

Молярный объем газа – это отношение объема вещества кколичеству этого вещества:

/>, где

Vm – молярный объем газа (м³/мольили л/моль);

V – объем вещества,

n – количество вещества системы.

Точное значение молярного объема газа 22.4135±0.0006 л/моль.

На основе закона Авогадро определяют молекулярные массыгазообразных веществ по их плотности.

По закону Авогадро массы m1 и m2 лкаждого из двух разных газов равняются произведению молярной массы М1 и М2 начисло /> — постоянная (число)Авогадро: число частиц (атомов, молекул или ионов) в моле вещества.

/>=/>моль˜¹

/>

или />,где

D-относительнаяплотность газа.

Отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же другого газа, взятого при тех же условиях (объем, температура, давление), называется плотностью первого газа по второму.

Обычно плотности газов определяют поотношению к самому легкому газу – водороду (обозначают Dh2). Молярнаямасса водорода равна 2.016 г/моль или приближенно 2 г/моль, следовательно:

/>

Молекулярная масса вещества вгазообразном состоянии равна удвоенной плотности по водороду.

Если плотность определяют по воздуху,то исходят из средней молярной массы, равной 29 г/моль).

/>

Молярную массу газа можно определить, исходя из его молярногообъема при нормальных условиях в соответствии с формулами n=m/M, n=V/Vm. Если в этихформулах n для одного и того же газа имеетодинаковое значение, то />, и />.

При нормальных условиях />л/моль,тогда

/>

В условиях, отличных от нормальных, для приведения объемагаза к нормальным условиям пользуются газовыми законами.

Закон Бойля-МариоттаПри постоянной температуре объем данного количества газа обратно пропорционально давлению, под которым он находится.

/>, где

p-давление;

V-объем газа

Закон Бойля-Мариотта выполняется при очень малых давлениях

Закон Гей-ЛюссакаПри постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре.

/>, где

T – абсолютная температура (К)

Закон объемных отношений

Первые количественные исследования реакций между газамипринадлежат французскому ученому Ж. Г. Гей-Люссаку (1778-1850). Гей-Люссак,изучая взаимодействие газообразных веществ, вывел закон простых объемныхотношений:

При одинаковых условиях (при неизменной температуре и давлении) объемы газов, вступающих, в реакцию, относятся друг к другу, а так же к объемам газообразных продуктов, как небольшие целые числа.

 

Так, 1 объем водорода и 1 объем хлора дают 2 объемахлористого водорода. 2 объема водорода и 1 объем кислорода – 2 объема водяногопара, 3 объема водорода и 1 объем азота – 2 объема аммиака.

Одним из первых признал закон кратных отношений Гей-Люссакашведский химик Й. Я. Берцелиус (1779-1848), предположивший, что основноесвойство газов заключается в том, что равные объемы газов при одинаковыхусловиях содержат одинаковое число атомов.

Закономерность, установленную Гей-Люссаком, невозможно былообъяснить, руководствуясь учением Дальтона о том, что простые вещества состоятиз атомов. В самом деле, если в равных объемах газов, например водорода ихлора, содержится одинаковое число атомов, то при их взаимодействии долженполучиться один объем хлористого водорода, а не два, как показывал опыт.

Закон Гей-Люссака былобъяснен итальянским физиком А. Авогадро (1776-1856).

Закон действующих массСкорость химической реакции пропорциональна концентрации регулирующих веществ.

Для реакции

A+B=C+D

Закон действующих масс запишется следующим образом:

/>, где CA и CB  — концентрации вещества А и В (моль/л),

k-коэффициент пропорциональности, константа скорости реакции, зависящаяот природы реагирующих веществ и от температуры.

k=v, когда концентрации каждого ихреагирующих равны 1 моль/л или их произведение равно единице.

Данное уравнение носит название кинетического уравненияреакции.

Концентрация твердого вещества в процессе химическогопревращения не меняется), процесс идет на поверхности), поэтому скорость вреакциях с участием твердого тела определяется только концентрацией газов илирастворенных веществ.

В сложных (многостадийных реакциях) скорость всего процессазависит от скорости наиболее медленной реакции.

Зависимость скорости реакции

Согласно правилу Фант-Гоффа, при повышении температурына каждые 10°С скорость большинства реакцийувеличивается в 2-4 раза. Число, показывающее, во сколько раз увеличиваетсяскорость данной реакции при повышении температуры на 10°С, называется температурным коэффициентом реакции.Это правило является приближенным.

В 1889г. шведскийученый С. Аррениус предложил уравнение зависимости константы скорости реакцииот температуры:

/>, где

k — константа скорости

A — постоянный коэффициент, характерныйдля каждой реакции,

R — универсальная газовая постоянная,

T — абсолютная температура,

Ea — энергия, названная Аррениусом энергиейактивации. Энергия активации измеряется в кДж/моль.

Реакционно-способными являются не все  молекулы, а толькоактивные, энергия которых в момент контакта составляет величину не меньшую Ea. В результате сообщения неактивнымчастицам вещества необходимой дополнительной энергии они превращаются вактивные. Такой процесс носит название активации.

Энергия активации — это энергия, которую необходимо сообщитьчастицам реагентов для того, чтобы превратить их в активные. Энергия активации– это энергетический барьер реакции.

Затраченная на активацию молекул энергия выделяется полностьюили частично при образовании продуктов реакции. Если при образовании продуктовреакции выделяется больше энергии, чем было необходимо для активации выделяетсябольше энергии, чем было необходимо для активации молекул, то такая реакцияназывается экзотермической, если меньше – то эндотермической. Дляпротекания эндотермических реакций необходимо подводить энергию из вне.

Закон Кюри

Пьер Кюри в 1895г. показал, что парамагнитнаявосприимчивость сильно зависит от температуры и для многих веществ обратнопропорциональна абсолютной температуре. Уравнение, выражающее эту зависимость,

/>,

/>называют законом Кюри, а входящую внего величину           называют мольной константой Кюри; D выражает диамагнитный вклад (онобычно отрицателен).

Первый член этого уравнения можно рассчитать на основепринципа Больцмана при допущении, что данное вещество содержит постоянныемагнитные дипольные моменты, способные ориентироваться в магнитном поле. Такойтеоретический расчет был выполнен французским ученым Полем Ланжевеном в 1905г.Он вывел уравнение

/>, где

-     />величина дипольного магнитногомомента в расчете на один атом или молекулу.

Это уравнение позволяет рассчитатьзначения магнитных моментов по экспериментальной магнитной восприимчивостипарамагнитных веществ, измеренной в некотором интервале температур. Наосновании полученных значений можно определить число не спаренных электронов вмолекулах веществ.

Закон постоянства состава вещества

Закон постоянства состава был впервые сформулированфранцузским ученым Ж.  Прустом в 1808г.

Современная формулировка закона такова:

Всякое чистое вещество независимо от способа его получения имеет постоянный качественный и количественный состав.

 

Закон постоянства состава вещества вытекает изатомно-молекулярного учения. Вещества с молекулярной структурой состоят изодинаковых молекул, потому и состав таких веществ постоянен. При образовании издвух элементов нескольких соединений атомы этих элементов соединяются друг сдругом в молекулы различного, но определенного состава. Например, азот скислородом образует шесть соединений.

В начале ХХ  века выяснилось, что соединения переменногосостава встречаются не только среди соединений металлов друг с другом, но исреди других твердых тел, например оксидов, сульфидов, нитридов, карбидов идругих неорганических веществ, имеющих кристаллическую структуру.

Для многих соединений переменного состава установленыпределы, в которых может изменяться их состав. Например, оксид урана (IV) имеет состав UO2.5 до  UO3, оксид ванадия (II) – от VO0.9 до VO1.3

Таким образом, в формулировку закона постоянства состававносится уточнение:

Состав молекулярной структуры, т. е. состоящих из молекул является постоянным независимо от способа получения. Состав соединений с молекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.

Закон сохранения массы вещества

М. В. Ломоносов впервые сформулировал закон сохранения массывещества в 1748г., а экспериментально подтвердил его на примере обжига металловв запаянных сосудах в 1756г. Современная формулировка закона такова:

Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Независимо от Ломоносова это закон был установлен в1789г. французским химиком Лавуазье, который показал, что при химическихреакциях сохраняется не только общая масса веществ, но и масса каждого изэлементов, входящих в состав взаимодействующих веществ.

Закон сохранения массы веществ М. В. Ломоносов связывал сзаконом сохранения энергии (количества движения). Он рассматривал эти законы вединстве как все общий закон природы. Ломоносов писал:

«Все перемены в натуреслучающиеся такого суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимается,столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, тоумножится в другом месте. Сей всеобщий естественный закон простирается и всамые правила движения: ибо тело, движущее своей силою другое, столько же оныеу себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Взгляды Ломоносова были подтверждены современной наукой. В1905г. А. Эйнштейн показал, что между массой тела (m) и его энергией (E) существует связь, выражаемая уравнением:

/>, где

с – скорость света в вакууме.

Закон сохранения массы дает материальную основу длясоставления уравнений химических реакций.

Заключение

… В далёком прошломфилософы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает теили иные свойства в зависимости от её «сущности». А сейчас, в наше время,благодаря великим учёным, мы точно знаем, из чего на самом деле она состоит.