Заттар массасының сақталу заңы

Заттар массасының сақталу заңы
Реакцияға қатысқан заттардың массасы реакция нәтижесінде шығатын өнімдер массасына тең. М.В. Ломоносов бұл заңды 1748 – 1756 ж.ж. ашты. Химия осы заң ашылғаннан кейін сапалық түрден сандық ғылымға айналды.
 
Энергия сақталу заңы:
Әрекеттесу кезінде жүйенің энергиясы тұрақты болады, тек бір түрден басқа түрге көшеді.
Реакция нәтижесінде энергия бөлінеді немесе сіңіріледі, яғни реакция өнімдеріндегі энергия қоры басқа заттардың энергиясымен салыстырғанда аз немесе көп болып келеді. Химияда заттағы энергия қоры құрамында жылуы бар бөлінетін немесе сіңірілетін энергияны жылу деп атайды. Осы заң негізінде химиялық реакцияның жылу эффектісін зерттейтін бөлімін химиялық термодинамика деп атайды. Өнеркәсіпте энергия сақталу заңы негізінде жылу балансы жүргізіледі.
Құрам тұрақтылық заңы:
Алыну жолына қарамастан кез – келген химиялық қосылыстың сандық құрамы бірдей болып келеді.
(Ж. Пруст, 1801 – 1808 ж.ж.). Қосылыс құрамына кіретін элементтер массаларының қатынасы тұрақты. Бұл заң тек газ және сұйық түрдегі заттарға қолданылады. Ал қатты күйдегі заттар қасиеттері бұл заңға негізделмеген. Себебі кез – келген қатты заттың кристалл құрылысында атоммен толтырылмаған бос қуыстар, басқа элементтердің атомдық қоспалары, идеалды құрылыстан ауытқуы байқалады. Мысалы, висмуттың таллиймен қосылысында таллийдің масса бірлігіне 1,24 – тен 1,82 – ке дейін висмуттың масса бірлігі сәйкес келеді. ТіО2 титан диоксидінде титанның масса бірлігіне 0,65 – тен 1,67 – ге дейін оттегінің масса бірлігі сәйкес келіп, келесі формуламен беріледі: ТіО1,9-2,0. Бұл формула зат құрамының шекарасын көрсетеді.
Элементтің изотоптық құрамын өзгерткенде оның массалық құрамы да өзгереді. Мысалы, суда 11%, ал ауыр суда 20% сутегі болады.
Еселік қатынас заңы. (Дж. Дальтон, 1808ж.) Егер екі элемент бір – бірімен бірнеше молекулалық қосылыс түзетін болса, онда бір элементтің белгілі бір тұрақты массасына келетін екінші элементтің массаларының өзара қатынасы кіші бүтін сандардың қатынасындай болады.
Кейбір элементтер қосылысқанда бір ғана емес, бірнеше қосылыс түзеді, демек бұл қосылыстарда ол элементтердің салмақ мөлшері де әртүрлі қатынаста болады. Мысалы, оттегі көміртегімен екі қосылыс түзеді, біріншісі – көміртегі оксиді, оның құрамында 42,88% көміртегі және 37,12% оттегі, ал екіншісі – көміртегі диоксиді, онда 27,29% көміртегі және 72,71% оттегі бар. Оксидтер түзуге қажетті оттегі массасынын есептейміз. Ол үшін оксидтердегі оттегі мен көміртегі мәнінің бір – біріне қатынасын анықтаймыз. Көміртегі диоксидіндегі оттегінің масса бірлігі көміртегі оксидімен салыстырғанда есе үлкен, яғни 1:2 қатынаста болады.
Еселік қатынас және құрам тұрақтылық заңдары қатты күйдегі заттар үшін қолданылмайды. Титан оттегімен бірнеше ауыспалы құрамды оксидтер түзеді, оның ішіндегі ең маңыздылары ТіО1,46 – 1,56 және ТіО 1,9 – 2,0. Осы формулалардан еселік қатынас заңы бұл жағдай үшін ескерілмейтіні байқалады.
Көлемдік қатынас заңы.
Реакцияға қатысқан және оның нәтижесінде түзілген газдардың көлемдерін зерттей келіп, француз ғалымы Гей – Люссак газдардың көлемдік қатынас заңын ашты.
Реакцияға қатынасқан газдардың көлемдерінің өзара қатынасы және реакция нәтижесінде түзілген газдардың көлемдеріне қатынасы кіші бүтін сандардың қатынасындай болады. Мысалы, екі көлем сутегі бір көлем оттегімен әрекеттескенде екі көлем су буы түзіледі. Бұл сандар реакция теңдеуіндегі стехиометриялық коэффициенттермен сәйкес. Өнеркәсіпте қолданылатын газ анализі әдісі осы заңға негізделген.
Авогадро заңы. (А. Авогадро ,1811ж.). Бірдей температура мен қысымда әртүрлі газдардың бірдей көлемдеріндегі молекулалар саны бірдей болады.
Бұл заң ғылымға молекула заттардың кіші бөлшегі туралы қағида енгізді. Сонымен қатар атом элементтің ең кіші бөлшегі ретінде көзқарас та сақталды. Авогадро газ тәрізді жай заттардың молекулалары екі атомнан тұрады деп көрсетті.
Авогадро заңынан мынадай салдар шығады: бірдей жағдайда әртүрлі газдардың бірдей молекулалары бірдей көлем алады.
Әртүрлі газдар молекулалары мөлшерлерінің бір – бірінен үлкен айырмасы бола тұрса да (мысалы, Н2 мен С5Н12) бірдей сандары неге бірдей көлем алады? Оның себебі қалыпты температура мен қысымда газдар молекулаларының арақашықтығы молекулалар мөлшерінен бірнеше есе үлкен болады. Сондықтан газдар көлемі бірдей жағдайда молекулалар мөлшеріне емес, олардың арақашықтығына ғана байланысты болады. Газдар қысымын арттырып, температурасын өте төмендеткенде олардың молекулалары бір – біріне шегіне жете жақындасады. Мұндай жағдайларда газдар сұйық немесе қатты күйге айналуы мүмкін. Бұл сұйық немесе қатты заттардың көлемдері молекулалардың өздерінің алатын көлемдеріне байланысты болады.
Авогадро заңынан келесі өте маңызды салдар шығады: барлық заттардың моліндегі молекулалар саны бірдей, олай болса әртүрлі газдардың моліндегі молекулалар саны бірдей болғандықтан олар бірдей жағдайда бірдей көлем алады. Мысалы, әртүрлі газдардың қалыпты жағдайда алатын көлемін есептейік. Тәжірибе бойынша қалыпты жағдайда 1 л сутектің массасы 0,09 г, 1 л оттектің массасы 1,43 г, 1 л азоттың массасы 1,25 г. Газдардың әрқайсысының молінің массасын бір литр массасына бөліп, қалыпты жағдайда олардың бірдей көлем алатынын табамыз:
Vн2 = 2 г / моль / 0,09 г / л = 22,4 л / моль
 
Vо2 = 32 г / моль / 1,43 г / л = 22,4 л / моль
 
VN2= 28 г / моль / 1,25 г / л = 22,4 л / моль
 
Сонымен кез – келген газ молі қалыпты жағдайда 22,4 л көлем алады. Бұл көлемді газдардың молдік көлемі деп атйды, оның есеп шығаруда маңызы зор.