Законы стехиометрии. 
Химия

Атомно-молекулярная теория определила не только круг основных понятий, но и ряд важных законов. Правда, необходимо отметить, что все представления этой теории были сформулированы по отношению к веществам, имеющим молекулярное строение. В настоящее время известно громадное число веществ немолекулярного строения. Это, как правило, твердые тугоплавкие неорганические вещества, к которым законы стехиометрии либо вообще не применимы, либо применимы только как существенно приближенные. Но все-таки подавляющее большинство известных человечеству

веществ состоит из молекул, и поэтому законы стехиометрии^[1] до сих нор сохраняют свое значение.

Закон постоянства состава

Каждое химическое соединение имеет один и тот же постоянный состав независимо от того, каким способом оно получено.

Этот закон был сформулирован в результате многолетнего (1801 — 1808) научного спора французских химиков Ж. Пруста и К. Бертолле. Сейчас мы знаем, что химический состав твердых веществ даже, казалось бы, таких простых, как оксиды железа, существенно меняется в зависимости от способа получения. В то же время, молекулярные соединения строго подчиняются этому закону.

Закон Дальтона или закон кратных отношений

Если два элемента образуют между собой несколько соединений, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа.

Например, массовые доли азота и кислорода в оксидах азота составляют.

Определим, какие массы кислорода приходятся на одну и ту же массу азота, например на 0,304 г. Получаем соответственно.

Эти массы относятся друг к другу как

Сразу же подчеркнем, что эти числа передают массовые, а не атомные соотношения элементов.

Объемы реагирующих газов подчиняются закону объемных отношений, установленному Ж. Гей-Люссаком.

Объемы газов, вступающих в реакцию, относятся друг к другу, а также к объемам газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа.

Например, один объем кислорода реагирует с двумя объемами водорода, образуя два объема водяного пара (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Если все измерения проведены при одинаковых условиях, то два объема водорода реагируют с одним объемом кислорода, образуя два объема водяного пара.

1.4. Язык химии В заключение этой главы немного о языке химии. Наука использует громадное число специальных терминов, символов, формул, причем в разных областях науки одни и те же символы и термины имеют подчас совершенно разное значение. Язык химии в основном сложился в середине XIX в. В настоящее время стандартизацией языка химии занимается Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), правила которого являются общими во всем мире.

Символы и названия химических элементов приведены в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Формой существования элементов являются простые вещества.

• Простые вещества — вещества, образованные одним элементом.

Простые вещества имеют формулы и названия такие же, как у соответствующих им элементов: Са — кальций, Вг₂ — бром.

Некоторые элементы образуют несколько простых веществ — аллотропных модификаций. Так, углерод существует в виде графита, алмаза, карбинов, фуллеренов. Сера образует молекулы S₈ — октасера, S₆ — гексасера, S₂ — дисера. Кислород существует в виде молекул 0₂ — дикислород или просто кислород и 0₃ — грикислород или озон.

• Бинарные соединения — вещества, состоящие из химически связанных атомов двух элементов.

При записи формул бинарных соединений на первое место ставится более электроположительный элемент, на второе — более электроотрицательный (см. параграф 2.9). Например: NaCl, CuO, SF₆. Название вещества составляется из корня второго элемента и окончания -ид. Название первого элемента указывается в родительном падеже, и римской цифрой обозначается его степень окисления: хлорид натрия, оксид меди (И), фторид серы (У1).

Из более сложных соединений остановимся на трех наиболее важных классах: кислотах, основаниях и солях (см. параграф 14.1). В систематической номенклатуре кислоты рассматриваются как соединения водорода, и составляется название аниона. Для этого к латинскому корню названия кислотообразующего элемента добавляется суффикс -am, степень окисления этого элемента указывается в конце римской цифрой в скобках. Число атомов кислорода указывается числовой приставкой. Например, H₂S0₄ — тетраоксосульфат (У1) водорода; НСЮ₃ — триоксохлорат (У) водорода; Н₅Ю_Г) — гексаоксоиодат (УИ) водорода.

В названиях солей слово «водорода» заменяется на название металла: Na₂S0₄ — тетраоксосульфат (У1) натрия; Ва (СЮ₃)₂ — триоксохлорат (У) бария; К₃Н₂Ю₆ — гексаоксоиодат (УП) диводорода-трикалия.

Для наиболее распространенных кислот в русской химической литературе сохраняются их традиционные названия: H₂S0₄ — серная кислота, HNO_:} — азотная кислота, НС1 — соляная кислота и т. д.

Основания рассматриваются как псевдобинарные соединения, образованные атомом металла и гидроксидной группой. NaOH — гидроксид натрия; Fe (OH)₃ — гидроксид железа (Ш); А1(ОН)₃ — гидроксид алюминия, а АЮ/(ОН) — оксид/гидроксид алюминия.

• [1] Стехиометрия (от греч. stoicheion — элемент; metreo — измеряю) — количественные соотношения между элементами в соединениях.