ДАЛЬТОНИДЫ И БЕРТОЛИДЫ

После открытия закона Пруста "химическое соединение" дополнилось еще одной чертой - постоянством состава.

ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ - это индивидуальное вещество, имеющее пос­тоянный состав.

Однако оказалось, что этот закон не является всеобщим, а имеет существенные ограничения, т.к. в настоящее время известны соединения, имеющие не постоянный, а переменный состав.

Например: титан образует с водородом соединения, имеющие не пос­тоянный, а переменный состав; количество водорода в соединениях ко­леблется в пределах от I до 2-х атомов на I атом титана.

Формула записывается: ТiН_1-2

ТiC_0,6-1

 

Таким образом, наряду с соединениями с постоянным составом могут

быть соединения с переменным составом. Соединения переменного состава называются БЕРТОЛИДАМИ; постоянного - ДАЛЬТОНИДАМИ.

К последним относятся соединения с молекулярной структурой (Н₂О, СО₂, NH₃ и т.д.), а так же ионные вещества, из которых вследствие противоположного заряда ионов переменность состава проявляется ред­ко.

Закон кратных отношений, указывая на прерывность состава, приво­дит к выводу о дискретном состоянии вещества, к существованию каких-то маленьких частиц.

Дискретность - лат. discretus - прерывистый, состоящий из опреде­ленных частиц.

ЗАКОН ОБЪЕМНЫХ ОТНОШЕНИЙ

Открыт Жаном Гей-Люссаком в 1808 году: “ПРИ ПОСТОЯННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ И НЕИЗМЕННОМ ДАВЛЕНИИ ОБЪЕМ ГАЗОВ, ВСТУПАЮЩИХ В РЕАКЦИЮ, ТАК ОТ­НОСЯТСЯ МЕЖДУ СОБОЙ, А ТАКЖЕ К ОБЪЕМАМ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ, КАК НЕБОЛЬШИЕ ЦЕЛЫЕ ЧИСЛА”.

Если смешать равные объемы водорода и хлора, пропустить череэ смесь электрическую искру или выставить на яркий солнечный свет, то происходит взрыв и образуется новое газообразное вещество - хлороводород.

I л Н + I л С1 = 2 л НС1

Отношение 1:1:2

Исследования Гей-Люссака привлекли общее внимание химиков. Было высказано предположение, что в равных объемах различных газов содер­жится одинаковое число атомов, поэтому при взаимодействии равных объемов газов (Н₂ и С1₂), один атом водорода соединяется с одним атомом хлора; таким образом в виде уравнения это можно записать так:

Н +С1 = НС1, но в этом случае объемные отношения равны 1:1:1, а не 1:1:2. Подлинное объяснение закономерности, найденное Гей-Люссаком, было дано итальянским уче­ным А. Авогадро, но физический смысл этого закона был раскрыт неско­лько позднее в результате развития атомно-молекулярной теории.

АТОМНО-МОЛЕКУЛйРНАЯ ТЕОРИЯ

Основы атомно-молекулярного учения впервые были изложены

М.В. Ломоносовым (1741 г.) в одной из его первых работ "Элементы математической химии", в которой он сформулировал важнейшие положения корпус­кулярной теории строения вещества.

1. ВСЕ ВЕЩЕСТВА СОСТОЯТ ИЗ МЕЛЬЧАЙШИХ ЧАСТИЦ "КОРПУСКУЛ", КОТОРЫЕ В СВОЮ ОЧЕРЕДЬ СОСТОЯТ ИЗ ЕЩЕ БОЛЕЕ МЕЛКИХ ЧАСТИЦ "ЭЛЕМЕНТОВ".

2. "КОРПУСКУЛА" В ПОНИМАНИИ ЛОМОНОСОВА СООТВЕТСТВУЕТ СОВРЕМЕННОЙ МОЛЕКУЛЕ, А "ЭЛЕМЕНТ" - АТОМУ. "Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших тел; корпускула есть собрание элементов в одну небольшую массу.

3. "КОРПУСКУЛЫ ОДНОРОДНЫ, ЕСЛИ СОСТОЯТ ИЗ ОДИНАКОВОГО ЧИСЛА ОДНИХ И ТЕХ ЖЕ ЭЛЕМЕНТОВ (имеется в виду вещество).

4. "КОРПУСКУЛЫ" РАЗНОРОДНЫ, КОГДА ЭЛЕМЕНТЫ ИХ РАЗЛИЧНЫ (соответст­вует сложному веществу).

Дальнейшее развитие атомистические представления получили в рабо­тах Д. Дальтона:

1. ВСЕ ВЕЩЕСТВА СОСТОЯТ ИЗ МЕЛЬЧАЙШИХ ЧАСТИЦ - АТОМОВ.

2. КАЖДОЕ ВЕЩЕСТВО СОСТОИТ ИЗ СВОИХ АТОМОВ; ПРОСТОЕ - ИЗ ПРОСТЫХ, НЕДЕЛИМЫХ АТОМОВ, СЛОЖНОЕ - ИЗ "СЛОЖНЫХ" АТОМОВ, ПРИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ КОТОРЫЕ МОГУТ РАСПАДАТЬСЯ НА АТОМЫ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ.

3. ВСЕ АТОМЫ ОДНОГО И ТОГО ЖЕ ВЕЩЕСТВА СОВЕРШЕННО ОДИНАКОВЫ МЕЖДУ СОБОЙ ПО ФОРМЕ И ПО ВЕСУ (МАССЕ), НО ОТЛИЧАЮТСЯ ОТ АТОМОВ ДРУГОГО ПРОСТОГО ИЛИ СЛОЖНОГО ВЕЩЕСТВА.

Таким образом, Дальтон активно отвергал предположение о возможности существования простых веществ в виде молекул.

Какие же наблюдения наводили ученых на мысль о реальном существо­вании атомов и молекул?

1. Это закон постоянства состава, который указывает на способность атомов элемента присоединять к себе не любые, а только определенные числа атомов другого элемента.

2. Законы эквивалентов и кратных отношений также основаны на той же характеристике атомов, причем, атомы вступают в реакцию как целые частицы.

 

ЗАКОН АВОГАДРО

 

В 1811 году Авогадро выдвинул гипотезу, что элементарные водород, хлор, кислород и азот в обычном газообразном состоянии находятся в виде молекул, состоящих из двух атомов: Н₂, С1₂, N₂ и О₂. Согласно Авагадро: "В равных объемах газов при одинаковых температуре и .дав­лении содержится одинаковое число молекул". На основании большого экспериментального материала эта гипотеза получила силу закона. Т4аким образом, Авогадро предложил ввести представление о молекуле, как наиме­ньшей частице вещества, способной к самостоятельному существованию, а также об атоме - как наименьшем количестве элемента в молекулах раз­личных соединений.

Исходя из сказанного, уравнение взаимодействия водорода и хлора теперь можно записать так:

Н₂ + С1₂ = 2НС1 а это хорошо согласуется с законом объемных отношений

1 : 1 : 2 Гей-Люссака.

В 1860 году в г. Карлсруэ состоялся I Международный съезд химиков (присутствовало 150 ученых из различных стран, в том числе 7 из Рос­сийской империи). Цель съезда - разрешение противоречий, возникших в мировой химической литературе и связаных с различным толкованием атомно-молекулярных представлений. Съездом были приняты следующие опреде­ления:

А т о м - наименьшая частица элемента, обладающая всеми его хими­ческими свойствами.

М о л е к у л а - наименьшая частица простого или сложного вещест­ва, обладающая всеми его химическими свойствами и спо­собная к самостоятельному существованию. Молекула не может дробиться дальше без потери химических свойств данного вещества.

Х и м и ч е с к и й э л е м е н т - вид атомов, характеризую­щийся определенной совокупностью свойств.

1. Каждый отдельный атом является химическим элементом, но сочета­ние атомов уже не будет элементом;

а) путем соединения атомов одного и того же элемента образуются простые вещества;

б) сочетание же атомов различных элементов приводит к образованию сложного вещества.

2. Различие между простым веществом и элементом особенно наглядно, если взять несколько простых веществ, состоящих из одного и того же элемента. Например, фосфор белый и красный, графит и алмаз, кислород и озон - простые вещества, резко отличающиеся по своим свойствам, хо­тя и являются лишь различными формами элементов фосфора, углерода и кислорода соответственно. Подтвердить это можно тем, что эти простые вещества, соединяясь с другими простыми веществами, образуют одно и то же сложное вещество. Например:

графит + О₂ СО₂

алмаз + О₂ СО₂

Способность элемента существовать в виде нескольких простых тел называется аллотропией, а различные простые вещества одного и того же элемента - аллотропическими видоизменениями.