"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. и др.
Чистое вещество молекулярного строения состоит из молекул с определённым набором атомов и их соотношением. Поэтому вода, углекислый газ или аммиак сохраняют один и тот же состав независимо от того, каким способом их получили. Закон постоянства состава помогает понимать химические формулы: символы показывают элементы, а индексы — число атомов каждого элемента в молекуле. Он относится к чистым веществам, а не к смесям.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Закон постоянства состава — утверждение, что чистое вещество молекулярного строения независимо от способа получения имеет постоянный качественный и количественный состав. Это значит, что молекулы данного вещества устроены одинаково. Закон помогает отличать конкретное вещество от смеси, состав которой может меняться.
Качественный состав вещества — указание на то, какие химические элементы входят в состав его молекул. Например, в молекуле воды есть водород и кислород. Знание качественного состава позволяет определить, какие именно элементы нужно искать в формуле и из каких атомов построено вещество.
Количественный состав вещества показывает, сколько атомов каждого элемента содержится в молекуле и в каком соотношении они соединены. В воде на два атома водорода приходится один атом кислорода. Это понятие необходимо, чтобы различать вещества, в которых есть одни и те же элементы, но разное число их атомов.
Химическая формула — запись состава вещества с помощью символов элементов и индексов. Символы называют элементы, а индекс справа внизу от символа показывает число атомов этого элемента в молекуле. Формула позволяет кратко передать и качественный, и количественный состав, поэтому её нужно уметь правильно читать.
Молекула образована атомами определённых химических элементов, которые соединены друг с другом в определённом соотношении. Именно набор атомов и их число отличают состав одной молекулы от состава другой. Поэтому формула вещества описывает не случайный набор частиц, а повторяющееся строение его молекул.
Формула передаёт обе стороны состава одновременно: символы элементов дают качественную информацию, а индексы — количественную. Если после символа нет индекса, это не пропуск, а указание на один атом данного элемента. Такое правило делает запись короче, но требует внимательно читать каждый символ и индекс.
Когда одно и то же чистое молекулярное вещество получают разными способами, меняется путь его образования, но не строение его молекул. У молекул этого вещества остаются те же элементы и то же соотношение атомов. Поэтому образцы чистого вещества имеют одинаковый состав — в этом и состоит смысл закона.
Формула воды H₂O показывает два атома водорода и один атом кислорода: индекс 2 относится только к H, а у O индекс не указан. В формуле углекислого газа CO₂ один атом углерода и два атома кислорода. Соотношение атомов в молекуле воды можно записать как H:O = 2:1, а в углекислом газе C:O = 1:2.
Закон применяют к чистым веществам молекулярного строения, потому что в них можно говорить о составе одинаковых молекул. Смесь состоит из нескольких веществ, и доли этих компонентов могут быть разными, поэтому постоянного соотношения для всей смеси нет. У веществ немолекулярного строения нет отдельных молекул такого типа, так что формулировка о составе молекул к ним неприменима.
| Вещество | Формула | Элементы в составе | Соотношение атомов элементов в молекуле |
|---|---|---|---|
| Вода | H₂O | Водород, кислород | H:O = 2:1 |
| Углекислый газ | CO₂ | Углерод, кислород | C:O = 1:2 |
| Аммиак | NH₃ | Азот, водород | N:H = 1:3 |
Сначала найдите в формуле символы элементов, чтобы определить качественный состав. Затем прочитайте индексы и запишите соотношение атомов; если индекса нет, примите число атомов равным одному. Помните, что индексы относятся к одной молекуле.
Задача 1. Запишите качественный состав воды по формуле H₂O и укажите число атомов каждого элемента в молекуле. Нужно отдельно назвать элементы и посчитать атомы, не принимая отсутствие индекса за отсутствие атома. Сначала прочитаем символы формулы, затем применим правило об индексах.
Ответ: качественный состав воды — водород и кислород; в одной молекуле два атома водорода и один атом кислорода.
Задача 2. Сравните состав образцов углекислого газа, полученных разными способами, если в обоих случаях вещество чистое. Здесь не нужно знать, как именно проходило получение: дано, что оба образца — одно и то же чистое молекулярное вещество. Используем формулу CO₂ и закон постоянства состава.
Ответ: состав образцов одинаков: в молекулах есть углерод и кислород в соотношении C:O = 1:2.
Задача 3. В молекулах вещества на один атом углерода приходится два атома кислорода. Запишите формулу и объясните, почему состав чистого вещества не меняется при другом способе его получения. Сначала переведём данное соотношение в запись, затем применим закон к чистому веществу молекулярного строения.
Ответ: формула CO₂. При другом способе получения чистого вещества его молекулы сохраняют тот же состав: один атом углерода и два атома кислорода.
Индекс в формуле иногда принимают за число молекул. На самом деле он показывает число атомов элемента в одной молекуле, поэтому в CO₂ два атома кислорода, а не две молекулы углекислого газа. Чтобы проверить себя, назовите для каждого символа число атомов внутри одной молекулы.
Отсутствие индекса можно ошибочно понять как отсутствие атомов этого элемента. Индекс 1 обычно не пишут, поэтому формула CO означает один атом углерода и один атом кислорода. Проверяйте каждый символ: если он есть в формуле, соответствующий элемент входит в состав, а без индекса его атом один.
Закон постоянства состава иногда переносят на смеси, хотя их состав может меняться. Например, в двух смесях одних и тех же веществ доли компонентов не обязаны совпадать. Перед применением закона установите, что речь идёт о чистом веществе молекулярного строения, а не о смеси.
Наличие одинаковых элементов ещё не означает, что перед нами одно и то же вещество. В CO и CO₂ есть углерод и кислород, но соотношение атомов у них разное, а значит, различаются и формулы веществ. Сверяйте не только символы, но и все индексы: количественный состав тоже важен.
Чтобы читать химические формулы и применять закон, нужно знать, что такое атом, молекула, химический элемент и формула. Атом — частица элемента, а молекула состоит из соединённых атомов; эти понятия помогают понять смысл индексов. Позже закон пригодится при расчёте относительной молекулярной массы, поскольку такой расчёт опирается на число атомов в формуле. Он также помогает изучать количественные отношения веществ в химических реакциях.
Что означает закон постоянства состава?
У чистого вещества молекулярного строения состав всегда один и тот же: в молекулах содержатся определённые элементы в постоянном соотношении. Это верно независимо от способа получения вещества.
Почему состав одного и того же вещества не зависит от способа его получения?
Молекулы одного и того же чистого вещества имеют одинаковый состав. Способ получения может быть разным, но он не меняет число и соотношение атомов в этих молекулах.
Как по химической формуле определить качественный и количественный состав?
Качественный состав определяют по символам элементов в формуле. Количественный — по индексам: они показывают число атомов каждого элемента, а отсутствие индекса означает один атом.
Что показывает индекс в химической формуле?
Индекс показывает, сколько атомов данного элемента входит в одну молекулу. Например, в H₂O два атома водорода; у кислорода индекс не записан, значит, его атом один.
Можно ли применить закон постоянства состава к смеси?
Нет, закон относится к чистым веществам молекулярного строения. В смеси соотношение компонентов может меняться, поэтому у разных образцов смеси состав может быть разным.
§ 9. Закон постоянства состава веществ молекулярного строения
