Закон определенных пропорций - Law of definite proportions

В химия, то закон определенной пропорциииногда называют Закон пруста, или же закон постоянного состава заявляет, что данный химическое соединение всегда содержит компоненты в фиксированном соотношении (по массе) и не зависит от источника и метода приготовления. Например, кислород составляет о 8/9 массы любого образца чистого воды, пока водород составляет оставшиеся 1/9 массы. Вместе с закон множественных пропорций, закон определенных пропорций лежит в основе стехиометрия.[1]

История

Закон постоянной пропорции был дан Джозеф Пруст в 1779 г. Это наблюдение было впервые сделано английский теолог и химик Джозеф Пристли, и Антуан Лавуазье, французский дворянин и химик, специализирующийся на процессе горения.

В заключение я выведу из этих экспериментов принцип, который я установил в начале этих мемуаров, а именно. что железо, как и многие другие металлы, подчиняется закону природы, который действует в каждой истинной комбинации, то есть соединяется с двумя постоянными пропорциями кислорода. В этом отношении он не отличается от олова, ртути, свинца и, одним словом, почти всех известных горючих материалов.

Закон определенных пропорций может показаться очевидным современному химику, поскольку он заложен в самом определении химического соединения. Однако в конце XVIII века, когда концепция химического соединения еще не была полностью разработана, закон был новаторским. В самом деле, когда первый предложил, это спорное утверждение и против других химиков, в первую очередь товарища француза Пруста Клод Луи Бертолле, который утверждал, что элементы могут сочетаться в любых пропорциях.[2] Существование этой дискуссии демонстрирует, что в то время различие между чистыми химические соединения и смеси еще не были полностью разработаны.[3]

Закон определенных пропорций внес свой вклад в создание прочной теоретической основы. атомная теория который Джон Далтон пропагандируется начиная с 1803 г., в которой материя объясняется как состоящая из отдельных атомы, что существует один тип атомов для каждого элемента и что соединения состоят из комбинаций различных типов атомов в фиксированных пропорциях.[4]

Родственная ранняя идея была Гипотеза Праута, сформулированный английским химиком Уильям Праут, который предположил, что атом водорода был основной атомной единицей. Из этой гипотезы было выведено правило целых чисел Это было эмпирическим правилом, согласно которому атомные массы были целыми числами, кратными массе водорода. Позднее это было отвергнуто в 1820-х и 30-х годах после более точных измерений атомной массы, в частности Йенс Якоб Берцелиус, что, в частности, показало, что атомная масса хлор было 35,45, что несовместимо с гипотезой. С 1920-х годов это расхождение объяснялось наличием изотопов; атомная масса любого изотопа очень близка к удовлетворению правилу целых чисел,[5] с массовый дефект вызвано разными энергии связи будучи значительно меньше.

Нестехиометрические соединения / изотопы

Основная статья: Нестехиометрические соединения

Хотя закон определенных пропорций очень полезен в качестве основы современной химии, он не всегда верен. Существуют нестехиометрические соединения элементный состав которых может меняться от образца к образцу. Такие соединения подчиняются закону множественной пропорции. Примером может служить оксид железа вюстит, который может содержать от 0,83 до 0,95 атомов железа на каждый атом кислорода и, таким образом, содержать от 23% до 25% кислорода по массе. Идеальная формула - FeO, но из-за кристаллографических вакансий это примерно Fe0.95О. В целом измерения Пруста были недостаточно точными, чтобы обнаружить такие вариации.

В дополнение изотопический Состав элемента может варьироваться в зависимости от его источника, следовательно, его вклад в массу даже чистого стехиометрического соединения может варьироваться. Этот вариант используется в радиометрическое датирование поскольку астрономический, атмосферный, океанический, корковый и глубоко земной шар процессы могут сконцентрировать некоторые изотопы окружающей среды предпочтительно. За исключением водород и его изотопов эффект обычно невелик, но его можно измерить с помощью современных приборов.

Дополнительное примечание: много натуральных полимеры различаются по составу (например, ДНК, белки, углеводы ) даже когда "чистый". Полимеры обычно не считаются «чистыми химическими соединениями», за исключением случаев, когда их молекулярная масса однородна (монодисперсна), а их стехиометрия постоянна. В этом необычном случае они все же могут нарушить закон из-за изотопных вариаций.

Рекомендации

  1. ^ Зумдал, С.С. «Химия» Хит, 1986: Лексингтон, Массачусетс. ISBN  0-669-04529-2.
  2. ^ Далтон, Дж. (1808). op. соч., гл. II, что Бертолле придерживался мнения, что во всех химических союзах существуют незаметные градации в пропорциях составляющих принципов.
  3. ^ Пруст утверждал, что сложный применяется только к материалам с фиксированными пропорциями: Proust, J.-L. (1806). Sur les шахты кобальта, никеля и др., Journal de Physique, 63:566-8. Выдержка, от Мориса Кросленда, изд., Наука о материи: исторический обзор, Harmondsworth, UK: Penguin, 1971. Проверено 2008-05-08.
  4. ^ Далтон, Дж. (1808). Новая система химической философии, том 1, Манчестер. Выдержка. Проверено 8 мая 2008 г.
  5. ^ Гамов, Джордж (1987). Один, два, три ... бесконечность: факты и предположения науки (Bantam Science and Mathematics ed.). Петух. С. 151–154. ISBN  978-0486256641.