ВОПРОС 2. Основные законы стехиометрии.

Стехиометрия - раздел химии, рассматривающий количественные (массовые, объемные) соотношения между реагирующими веществами.

А) закон сохранения массы и энергии.

Несмотря на то, что еще в 1760 году Ломоносов по существу сформулировал единый закон массы и энергии, до начала ХХ века эти законы рассматривались независимо друг от друга. Химия в основном имела дело с законом сохранения массы, а физика – с законом сохранения энергии. В 1905 году основоположник современной физики Альберт Эйнштейн показал, что между массой и энергией существует взаимосвязь, количественно выражаемая удивительным по простоте уравнением

Е = m ∙ с²

где: Е — энергия

m — масса

с — скорость света в вакууме ( 3 ∙ 10⁸ м/сек.)

Каждое химическое уравнение символизирует собой закон сохранения массы и энергии, который в уточненной формулировке гласит:

Суммарные массы и энергии веществ, вступающие в реакцию, всегда равны суммарным массам и энергиям продуктов реакции.

С позиций атомной теории этот закон вполне понятен. При химической реакции количествоатомов до и после реакции остается одинаковым. Это видно из следующего примера:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Однако практически все химические реакции сопровождаются тепловыми эффектами. Реакции, которые идут с выделением теплоты, называются экзотермическими, а с поглощением тепла - эндотермическими. При нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным основанием на каждый моль образующейся воды выделяется около 57,6 кДж теплоты. Правильнее эту реакцию записать

NaOH + HCl = NaCl + H₂O + 57,53 кДж

откуда видно противоречие закону сохранения массы. По уравнению Эйнштейна, если при реакции выделяется энергия, то масса продуктов реакции должна быть меньше массы исходных веществ на величину, эквивалентную выделившейся энергии.

Вычислим это уменьшение для реакции

E 57,53 ∙ 10³

m = — = ————— = 6,39∙ 10^{-13 кг}

c² (3 ∙ 10⁸)²

Ввиду исключительно большой величины квадрата скорости света в вакууме очень малые изменения массы ведут к колоссальному изменению энергии.

Таким образом, при химических реакциях, поскольку они сопровождаются энергетическими эффектами, в действительности происходит изменение массы.

Однако эти изменения настолько малы, что ими можно пренебречь. Ощутимые же изменения массы наблюдаются в ядерной химии и энергетике, где энергетические эффекты измеряются миллиардами килоджоулей.

б) закон постоянства состава.

Закон постоянства состава, сформулированный в 1808г. Ж.Прустом, гласит: