Νόμος της Σταθερής Σύνθεσης στη Χημεία

Στη χημεία, ο νόμος της σταθερής σύνθεσης (επίσης γνωστός ως νόμος του συγκεκριμένες αναλογίες) δηλώνει ότι δείγματα καθαρού χημική ένωση πάντα περιέχουν το ίδιο στοιχεία στο ίδιο μάζα ποσοστό. Αυτός ο νόμος, μαζί με το νόμο πολλαπλών αναλογιών, είναι η βάση για στοιχειομετρία στη χημεία.

Με άλλα λόγια, ανεξάρτητα από το πώς λαμβάνεται ή παρασκευάζεται μια ένωση, θα περιέχει πάντα τα ίδια στοιχεία στην ίδια αναλογία μάζας. Για παράδειγμα, διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) περιέχει πάντα άνθρακα και οξυγόνο σε αναλογία μάζας 3: 8. Νερό (Η₂Ο) αποτελείται πάντα από υδρογόνο και οξυγόνο σε αναλογία μάζας 1: 9.

Η ανακάλυψη αυτού του νόμου πιστώνεται στον Γάλλο χημικό Τζόζεφ Προυστ, ο οποίος μέσω μιας σειράς πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν από το 1798 έως το 1804 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι χημικές ενώσεις αποτελούνταν από μια συγκεκριμένη σύνθεση. Λαμβάνοντας υπόψη την ατομική θεωρία του Τζον Ντάλτον μόλις άρχισε να εξηγεί ότι κάθε στοιχείο αποτελείται από έναν τύπο ατόμου και εκείνη την εποχή, οι περισσότεροι επιστήμονες πίστευαν ότι τα στοιχεία θα μπορούσαν να συνδυαστούν σε οποιαδήποτε αναλογία, οι μειώσεις του Proust ήταν εξαιρετικός.

Όταν εργάζεστε με προβλήματα χημείας χρησιμοποιώντας αυτόν τον νόμο, ο στόχος σας είναι να αναζητήσετε τον πλησιέστερο λόγο μάζας μεταξύ των στοιχείων. Είναι εντάξει αν το ποσοστό είναι μερικές εκατοντάδες μακριά. Εάν χρησιμοποιείτε πειραματικά δεδομένα, η παραλλαγή μπορεί να είναι ακόμη μεγαλύτερη.

Για παράδειγμα, ας πούμε ότι χρησιμοποιώντας τον νόμο της σταθερής σύνθεσης, θέλετε να αποδείξετε ότι δύο δείγματα οξειδίου του χαλκού συμμορφώνονται με τον νόμο. Το πρώτο σας δείγμα ήταν 1,375 g οξειδίου του χαλκού, το οποίο θερμάνθηκε με υδρογόνο για να δώσει 1,098 g χαλκού. Για το δεύτερο δείγμα, 1,179 g χαλκού διαλύθηκαν σε νιτρικό οξύ για την παραγωγή νιτρικού χαλκού, το οποίο στη συνέχεια κάηκε για να παράγει 1,447 g οξειδίου του χαλκού.

Για να επιλύσετε το πρόβλημα, θα πρέπει να βρείτε το ποσοστό μάζας κάθε στοιχείου σε κάθε δείγμα. Δεν έχει σημασία αν επιλέγετε να βρείτε το ποσοστό χαλκού ή το ποσοστό οξυγόνου. Θα αφαιρέσατε απλώς μία από τις τιμές από το 100 για να λάβετε το ποσοστό του άλλου στοιχείου.

Γράψτε τι γνωρίζετε:

Στο πρώτο δείγμα:

οξείδιο του χαλκού = 1,375 g
χαλκός = 1,098 g
οξυγόνο = 1,375 - 1,098 = 0,277 g

τοις εκατό οξυγόνο σε CuO = (0,277) (100%) / 1,375 = 20,15%

Για το δεύτερο δείγμα:

χαλκός = 1,179 g
οξείδιο του χαλκού = 1,476 g
οξυγόνο = 1,476 - 1,179 = 0,297 g

τοις εκατό οξυγόνο σε CuO = (0,297) (100%) / 1,476 = 20,12%

Τα δείγματα ακολουθούν το νόμο της σταθερής σύνθεσης, επιτρέποντας σημαντικές μορφές και πειραματικό σφάλμα.

Όπως αποδεικνύεται, υπάρχουν εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα. Υπάρχουν μερικές μη στοιχειομετρικές ενώσεις που εμφανίζουν μεταβλητή σύνθεση από το ένα δείγμα στο άλλο. Ένα παράδειγμα είναι το wustite, ένας τύπος οξειδίου του σιδήρου που μπορεί να περιέχει 0,83 έως 0,95 σίδηρο ανά οξυγόνο.

Επίσης, επειδή υπάρχουν διαφορετικά ισότοπα ατόμων, ακόμη και μια φυσιολογική στοιχειομετρική ένωση μπορεί να εμφανίζει μεταβολές στη σύνθεση μάζας, ανάλογα με το ποιο ισότοπο των ατόμων υπάρχει. Συνήθως, αυτή η διαφορά είναι σχετικά μικρή, αλλά υπάρχει και μπορεί να είναι σημαντική. Το ποσοστό μάζας βαρέος νερού σε σύγκριση με το κανονικό νερό είναι ένα παράδειγμα.