Часть И. ОБЩАЯ ХИМИЯ

Раздел 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ

§ 1.10. Закон постоянства состава вещества

К основным законам химии относится закон постоянства состава:

каждое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав. Рассмотрим, например, состав оксида карбона(ИV) (углекислого газа) СО₂. Он состоит из углерода и кислорода (качественный состав). Содержание углерода в СО₂ 27,27%, кислорода - 72,73% (количественный состав). Добыть углекислый газ можно несколькими способами: синтезом из углерода и кислорода, из оксида углерода(II) и кислорода, действием кислот на карбонаты и т.д. Во всех случаях чистый оксид карбона(ИV) будет иметь указанный выше состав независимо от способа его добывания.

Атомно-молекулярное учение дает возможность объяснить закон постоянства состава. Поскольку атомы имеют постоянную массу, то и массовый состав вещества в целом устойчивое.

Закон постоянства состава впервые сформулировал французский ученый-химик Же. Пруст в 1808 г. Он писал: “От одного полюса Земли до другого соединения имеют одинаковый состав и одинаковые свойства. Никакой разницы нет между оксидом железа из Южного полушария и Северного. Малахит из Сибири имеет тот же состав, что и малахит из Испании. Во всем мире есть лишь одна киноварь”.

В этой формулировке закона, как и в приведенном выше, подчеркивается постоянство состава соединения независимо от способа ее добывания и местонахождение.

Развитие химии показал, что наряду со соединениями постоянного состава существуют соединения переменного состава. По предложению М. С. Курнакова первые были названы дальтонідами (в честь английского химика и физика Дж. Дальтона), вторые - бертолідами (в честь французского химика К. Бертолле, который предусмотрел такие соединения). Состав дальтонідів выражается простыми формулами с целыми стехиометрическими индексами, например Н₂О, НСl, ССl₄, СО₂. Состав бертолідів меняется и не соответствует стехиометрическим отношением. Например, состав оксида урана(ИV) обычно изображают формулой UO₃. На самом же деле он имеет состав от UO_2,5 до UO₃. Оксид ванадия(II) в зависимости от условий добыча может иметь состав от VO_0,9 до VO_1,3. Под время взаимодействия циркония с азотом образуется нитрид циркония. Кроме состава ZrN существуют нитриды ZrN_0,59, ZrN_0,69, ZrN_0,74 и ZrN_0,89. Бертоліди попадаются среди оксидов, гидридов, сульфидов, нитридов, карбидов (соединения с карбоном), силицидов (соединения с силіцієм) и других неорганических веществ, имеющих кристаллическую структуру.

В связи с наличием соединений переменного состава современная формулировка закона постоянства состава следует уточнить.

Состав соединений с молекулярной структурой, то есть таких, которые состоят из молекул, является постоянным независимо

от способа добывания. А состав соединений с немолекулярною структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий добычи.

Например, состав оксида ванадия(II) зависит от температуры и давления кислорода, что применяется во время синтеза. Следует также учитывать изотопный состав элементов: обычная вода, например, содержит 11,19 % водорода, а тяжелая вода - 20 % (см. § 8.4).