KIMYANIN AĞIRLIK YASALARI NELERDIR? (ÖRNEKLER) - KIMYA - 2025

Kimya eden ağırlık yasaları reaksiyona maddelerin kütleleri keyfi veya gelişigüzel bir şekilde çok yok olduğunu göstermiştir olanlardır; fakat tam sayıların veya bunların alt çarpanlarının sabit bir matematiksel oranını koruyarak, burada elementlerin atomları ne yaratılır ne de yok edilir.

Geçmiş zamanlarda bu yasaları oluşturmak olağanüstü akıl yürütme çabaları gerektiriyordu; çünkü şimdi çok açık görünse de, daha önce elementlerin veya bileşiklerin sırasıyla atomik ve moleküler kütleleri bile bilinmiyordu.

Kaynak: Austin, TX, ABD'den Jeff Keyzer

Her bir elementin bir mol atomunun ne kadar eşit olduğu tam olarak bilinmediğinden, 18. ve 19. yüzyıllardaki kimyagerler reaktan kütlelerine güvenmek zorunda kaldılar. Dolayısıyla, ilkel analitik dengeler (en üstteki resim), ağırlık yasalarını oluşturmak için gereken yüzlerce deney sırasında ayrılmaz birer arkadaştı.

Bu nedenle, bu kimya yasalarını incelediğinizde her an kütle ölçümleriyle karşılaşırsınız. Bu sayede, deneylerin sonuçlarına ilişkin tahminler yapılarak, saf kimyasal bileşiklerin her zaman bileşen elementlerinin aynı kütle oranıyla oluştuğu keşfedildi.

Kütlenin korunumu kanunu

Bu yasa, bir kimyasal reaksiyonda, reaktanların toplam kütlesinin, ürünlerin toplam kütlesine eşit olduğunu söylüyor; söz konusu sistem kapalı olduğu ve çevresi ile herhangi bir kütle ve enerji alışverişi olmadığı sürece.

Kimyasal bir reaksiyonda maddeler kaybolmaz, ancak eşit kütleli diğer maddelere dönüştürülür; bu nedenle ünlü söz: "hiçbir şey yaratılmaz, hiçbir şey yok edilmez, her şey dönüştürülür".

Tarihsel olarak, kimyasal bir reaksiyonda kütlenin korunumu yasası ilk olarak 1756'da, deneylerinin sonuçlarını günlüğünde gösteren Mikhail Lomonsov tarafından önerildi.

Daha sonra 1774'te Fransız kimyager Antoine Levoisier, bunu tespit etmeye izin veren deneylerinin sonuçlarını sundu; bazıları Lavoisier Yasası olarak da adlandırılır.

-Lavoisier deneyleri

Lavoisier'in zamanında (1743-1794), hangi cisimlerin ateş yakma veya yanma yeteneğine sahip olduğuna göre Phlogiston Teorisi vardı. Lavoisier'in deneyleri bu teoriyi ortadan kaldırmayı mümkün kıldı.

Lavoisier çok sayıda metal yanma deneyi gerçekleştirdi. Yanmadan önce ve sonra malzemeleri kapalı bir kapta dikkatlice tarttı ve ağırlıkta belirgin bir artış olduğunu buldu.

Ancak Lavoiser, oksijenin yanmadaki rolü hakkındaki bilgisine dayanarak, yanmadaki ağırlık artışının, oksijenin yanan malzemeye dahil edilmesinden kaynaklandığı sonucuna varmıştır. Metalik oksitler kavramı doğdu.

Bu nedenle, yanmaya maruz kalan metallerin ve oksijenin kütlelerinin toplamı değişmeden kalmıştır. Bu sonuç, Kütlenin Korunması Yasasının kurulmasına izin verdi.

-Denklemlerin dengesi

Kütlelerin Korunması Yasası, kimyasal denklemleri dengeleme ihtiyacını ortaya koydu ve hem reaktif hem de ürün olarak bir kimyasal reaksiyonda yer alan tüm elementlerin sayısının tamamen aynı olduğunu garanti etti.

Bu, yapılacak stokiyometrik hesaplamaların doğruluğu için temel bir gerekliliktir.

-Hesaplamalar

Su molleri

Fazla oksijende 5 mol metanın yanması sırasında kaç mol su üretilebilir? Ayrıca maddenin korunumu yasasının geçerli olduğunu gösterin.

CH ₄ + 2 O ₂ => CO ₂ + 2 H ₂ O

Reaksiyonun dengeli denklemi incelendiğinde 1 mol metanın 2 mol su ürettiği sonucuna varıldı.

1 mol değil 5 mol CH _4'e sahip olduğumuz için problem doğrudan basit bir yaklaşımla çözülebilir :

Su Mol = CH 5 mol ₄ (H 2 mol ₂ O / 1 CH mol ₄ )

= 10

Bu, H 180 g eşdeğer olacaktır ₂ aynı zamanda 5 mol ya da CO 220 g O. _{2 oluşturulmuştur} ürün 400 g toplam kütlesine eşit olan,.

Bu nedenle, maddenin korunumu yasasının yerine getirilmesi için, 400 g reaktifin reaksiyona girmesi gerekir; ne fazla ne az. CH 5 mol, bu 400 g, 80 g tekabül of ₄ , ve 320 (16 g / mol moleküler kütle ile çarpılır) g tekabül O 10 mol ₂ g / mol 32 molekül kütlesi ile aynı şekilde ( ).

Bir magnezyum şeridin yanması

0.80 g oksijen içeren kapalı bir kapta 1.50 g magnezyum şerit yakıldı. Yanmadan sonra, kapta 0.25 g oksijen kaldı. a) Hangi oksijen kütlesi reaksiyona girdi? b) Ne kadar magnezyum oksit oluştu?

Tepkimeye giren oksijen kütlesi basit bir farkla elde edilir.

Tüketilen oksijen kütlesi = (başlangıç ​​kütlesi - artık kütle) oksijen

= 0,80 g - 0,25 g

= 0,55 g O ₂ (a)

Kütlenin korunumu yasasına göre,

Magnezyum oksit kütlesi = magnezyum kütlesi + oksijen kütlesi

= 1,50 g + 0,55 g

= 2,05 g MgO (b)

Belirli oranlar kanunu

Fransız kimyager Joseph Louis Proust (1754-1826), kimyasal bir reaksiyonda kimyasal elementlerin belirli bir saf bileşik oluşturmak için her zaman sabit kütleler halinde reaksiyona girdiğini fark etti; bu nedenle bileşimi, kaynağı veya kaynağı ne olursa olsun veya nasıl sentezlendiğine bakılmaksızın sabittir.

1799'da Proust, "İki veya daha fazla element bir bileşik oluşturmak için birleştiğinde, bunu sabit bir kütle oranında yaparlar" diyen belirli oranlar yasasını ilan etti. Dolayısıyla, bu ilişki sabittir ve bileşiğin hazırlanması için izlenen stratejiye bağlı değildir.

Bu yasa aynı zamanda sabit bileşim yasası olarak da bilinir ve şunu belirtir: "Saflık durumundaki her kimyasal bileşik, sabit bir kütle oranında her zaman aynı elementleri içerir."

-Kanun tasviri

Demir (Fe), demir sülfür (FeS) oluşturmak için sülfür (S) ile reaksiyona girer, üç durum not edilebilir (1, 2 ve 3):

Elementlerin birleştiği oranı bulmak için, büyük kütleyi (Fe) daha küçük olan kütleye (S) bölün. Hesaplama 1.75: 1 oranını verir. Bu değer verilen üç koşulda (1, 2 ve 3) tekrarlanır, burada farklı kütleler kullanılmasına rağmen aynı oran elde edilir.

Yani 1.75 g Fe, 1.0 g S ile birleştirilerek 2.75 g FeS elde edilir.

-Uygulamalar

Bu yasayı uygulayarak, istenen bir bileşik kütlesini elde etmek için birleştirilmesi gereken elementlerin kütleleri tam olarak bilebilir.

Bu şekilde, bir kimyasal reaksiyona dahil olan bazı elementlerin fazla kütlesi veya reaksiyonda sınırlayıcı bir reaktif olup olmadığı hakkında bilgi elde edilebilir.

Ek olarak, bir bileşiğin yüzdelik bileşimini bilmek için uygulanır ve ikincisine dayanarak, bir bileşiğin formülü oluşturulabilir.

Bir bileşiğin asırlık bileşimi

Aşağıdaki reaksiyonda karbondioksit (CO ₂ ) oluşur:

C + O ₂ => CO ₂

12 g karbon, 44 g karbon dioksit vermek için 32 g oksijeni birleştirir.

Yani karbon yüzdesi eşittir

Karbon yüzdesi = (12 g / 44 g)% 100

=% 27,3

Oksijen yüzdesi = (32 g / 44 g)% 100

Oksijen yüzdesi =% 72,7

Sabit Bileşim Kanunu'nun ifadesini kullanarak, karbondioksitin her zaman% 27,3 karbon ve% 72,7 oksijenden oluştuğu not edilebilir.

-Hesaplamalar

Sülfür trioksit

Farklı kaplarda, 4 g ve sülfür (S) 6 g, oksijen (O) ile, 10 g kükürt trioksit 15 g reaksiyona sokularak (SO ₃ ) sırasıyla elde edildi .

Neden bu kadar miktarlarda kükürt trioksit elde edildi ve diğerleri değil?

Ayrıca 36 g oksijen ile birleşmek için gereken kükürt miktarını ve elde edilen kükürt trioksit kütlesini hesaplayın.

Bölüm A)

İlk kapta 4 kükürt, 10 g trioksit elde etmek için X g oksijen ile karıştırılır. Kütlenin korunumu yasası uygulanırsa, kükürt ile birleşen oksijen kütlesini bulabiliriz.

Oksijen kütlesi = 10 g oksijen trioksit - 4 g kükürt.

= 6 g

2 numaralı kapta 6 g kükürt X g oksijen ile karıştırılarak 15 g kükürt trioksit elde edilir.

Oksijen kütlesi = 15 g kükürt trioksit - 6 g kükürt

= 9 g

Daha sonra her bir konteyner için O / S oranlarını hesaplamaya devam ediyoruz:

1 durumunda O / S oranı = 6 g O / 4 g S

= 1.5 / 1

2 durumunda O / S oranı = 9 g O / 6 g S

= 1.5 / 1

Tanımlanan oranlar yasasında belirtilenlere uygun olan, bu, öğelerin belirli bir bileşik oluşturmak için her zaman aynı oranda birleştiğini gösterir.

Dolayısıyla elde edilen değerler doğrudur ve Kanunun uygulanmasına karşılık gelen değerlerdir.

Bölüm b)

Önceki bölümde O / S oranı için 1,5 / 1 değeri hesaplanmıştı.

g kükürt = 36 g oksijen (1 g kükürt / 1.5 g oksijen)

= 24 g

g kükürt trioksit = 36 g oksijen + 24 g kükürt

= 60 g

Klor ve magnezyum

Klor ve magnezyum her g magnezyum için 2,95 g klor oranında birleştirilir. a) 25 g magnezyum klorür elde etmek için gerekli olan klor ve magnezyum kütlelerini belirleyin. b) Magnezyum klorürün yüzde bileşimi nedir?

Bölüm A)

Cl: Mg oranı için 2,95 değerine dayanarak, aşağıdaki yaklaşım yapılabilir:

MgCl Mg => 3.95 g CI + 1 g 2.95 g ₂

Sonra:

MgCl arasında Cl g = 25 g ₂ · (2.95 g CI / 3.95 g MgC ₂ )

= 18.67

Mg = 25 MgCl g g ₂ · (1 g Mg / 3.95 g MgC ₂ )

= 6,33

Daha sonra 18.67 gr klor, 6.33 gr magnezyum ile birleştirilerek 25 gr magnezyum klorür elde edildi.

Bölüm b)

İlk olarak magnezyum klorür, moleküler kütlesi hesaplanır, MgCİ ₂ :

Molekül ağırlığı MgCl ₂ = 24,3 g / mol + (2 35,5 g / mol)

= 95,3 g / mol

Magnezyum yüzdesi = (24,3 g / 95,3 g) x% 100

=% 25,5

Klor yüzdesi = (71 g / 95,3 g) x% 100

=% 74,5

Çoklu oranlar yasası veya Dalton yasası

Kanun, 1803 yılında Fransız kimyager ve meteorolog John Dalton tarafından, atmosferik gazların reaksiyonlarına ilişkin gözlemlerine dayanarak açıklandı.

Kanun şu şekilde ifade edilmiştir: "Öğeler birden fazla bileşiği verecek şekilde birleştirildiğinde, birinin değişken bir kütlesi diğerinin sabit bir kütlesine katılır ve birincisi kanonik ve belirsiz sayıların bir ilişkisi olarak bulunur".

Ayrıca: "Birinin sabit bir miktarı verildiğinde, farklı bileşikleri oluşturmak için iki element birleştirildiğinde, bileşikleri üretmek için bahsedilen sabit miktarla birleşen diğer elementin farklı miktarları, basit tamsayılarla ilişkilidir."

John Dalton, atomun kimyasal elementlerin bir bileşeni olarak ilk modern tanımını, elementlerin atom adı verilen bölünmez parçacıklardan oluştuğuna işaret ederek yaptı.

Ek olarak, farklı elementlerin atomları birbirleriyle basit tam sayı oranlarında birleştiğinde bileşiklerin oluştuğunu varsaydı.

Dalton, Proust'un araştırma çalışmalarını tamamladı. % 88,1 ve% 78,7'lik yüzdelerle, sırasıyla% 11,9 ve% 21,3 oksijen yüzdesine sahip iki kalay oksit varlığına dikkat çekti.

-Hesaplamalar

Su ve hidrojen peroksit

Su, H ₂ O ve hidrojen peroksit, H ₂ O ₂ bileşiklerinin Çoklu Oranlar Yasasını karşıladığını gösterin .

Elementlerin atom ağırlıkları: H = 1 g / mol ve oksijen = 16 g / mol.

Bileşiklerin molekül ağırlıkları H ₂ O = 18 g / mol ve H ₂ O ₂ = 34 g / mol arasındadır.

Hidrojen, H ₂ O ve H ₂ O _2'de sabit miktarda bulunan elementtir , bu nedenle her iki bileşikte O ve H arasındaki oranlar belirlenecektir.

H ₂ O = (16 g / mol) / (2 g / mol) cinsinden O / H oranı

= 8/1

H ₂ O _2'deki O / H oranı = (32 g / mol) / (2 g / mol)

= 16/1

Her iki oran arasındaki ilişki = (16/1) / (8/1)

= 2

Dolayısıyla, hidrojen peroksitin suya O / H oranı 2'dir, basit bir tam sayıdır. Bu nedenle, Çoklu Oranlar Kanununa uygunluk gösterilmektedir.

Azot oksitler

Hangi Oksijen kütlesi, a) nitrik oksit, NO ve b) nitrojen dioksit, NO ₂ içindeki 3.0 g nitrojen ile birleşir . NO ve NO _2'nin Çoklu Oranlar Yasasına uygun olduğunu gösterin .

Azot kütlesi = 3 g

Atom ağırlıkları: nitrojen, 14 g / mol ve oksijen, 16 g / mol.

Hesaplamalar

NO'da, bir N atomu 1 O atomu ile birleşir, bu nedenle 3 g nitrojen ile birleşen oksijen kütlesi aşağıdaki yaklaşım kullanılarak hesaplanabilir:

g O = g nitrojen · (PA. O / PA. N)

= 3 g (16 g / mol / 14 g / mol)

= 3,43 g O

NO _2'de bir N atomu 2 O atomu ile birleşir, dolayısıyla birleştirilen oksijen kütlesi:

g oksijen = 3 g (32 g / mol / 14 g / mol)

= 6,86 g O

NO'daki O / N oranı = 3,43 g O / 3 g N

= 1.143

NO _2'deki O / N oranı = 6,86 g O / 3 g N

= 2.282

O / N oranları arasındaki ilişkinin değeri = 2.282 / 1.143

= 2

Yani, O / N oranının değeri 2'dir, basit bir tam sayıdır. Bu nedenle Çoklu Oranlar Kanunu yerine getirilir.

Karşılıklı oranlar kanunu

Richter ve Carl F. Wenzel tarafından ayrı ayrı formüle edilen bu yasa, ortak bir elemente sahip iki bileşiğin kütle oranlarının, reaksiyona girerlerse diğer elementler arasındaki üçüncü bir bileşiğin oranını belirlemeye izin verdiğini belirler.

Örneğin, AB ve CB iki bileşiğiniz varsa, ortak elemanın B olduğunu görebilirsiniz.

Richter-Wenzel yasası veya karşılıklı oranlar, A'nın ne kadarının AB'yi vermek için B ile ne kadar tepki verdiğini ve CB'yi vermek için C'nin ne kadarının B ile tepki verdiğini bilerek, A'nın kütlesini hesaplayabileceğimizi söyler. AC oluşturmak için C kütlesi.

Sonuç, A: C veya A / C oranının A / B veya C / B'nin bir katı veya alt katı olması gerektiğidir. Bununla birlikte, bu yasa, özellikle elementler çeşitli oksidasyon durumları sunduğunda her zaman yerine getirilmez.

Tüm düşünceli yasalar arasında bu belki de en "soyut" veya karmaşık olanıdır. Ancak matematiksel bir bakış açısıyla analiz ederseniz, bunun yalnızca dönüştürme faktörlerinden ve iptallerden oluştuğu görülecektir.

-Examples

Metan

12 g karbonun 32 g oksijenle reaksiyona girerek karbon dioksit oluşturduğu biliniyorsa; ve bu, diğer taraftan, bir şekilde, su, oksijen 16 g hidrojen reaksiyona girdiği 2 g, daha sonra kütle oranları C / O ve H / CO O ₂ ve H ₂ , O, sırasıyla , tahmin edilebilir .

Elimizde C / O ve H / O hesaplanırken:

C / O = 12 g C / 32 g O

= 3/8

H / O = 2g H / 16g O

= 1/8

Oksijen ortak elementtir ve metan üretmek için karbonun hidrojenle ne kadar reaksiyona girdiğini bilmek istiyorsunuz; yani, C / H (veya H / C) hesaplamak istiyorsunuz. Öyleyse, karşılıklılığın yerine getirilip getirilmediğini göstermek için önceki oranların bir bölümünün yapılması gerekir:

C / H = (C / O) / (H / O)

Bu şekilde O'ların iptal edildiğini ve C / H'nin kaldığını unutmayın:

C / H = (3/8) / (1/8)

= 3

Ve 3, 3 / 8'in (3/8 x 8) katıdır. Bu, 3 g C'nin 1 g H ile metan vermek üzere reaksiyona girdiği anlamına gelir. Ancak, CO ile karşılaştırmak mümkün ₂ 12 eşittir, 4 ile çarpın C / H; bu da metan oluşturmak üzere 4 g H ile reaksiyona giren 12 g C verir, ki bu da doğrudur.

Magnezyum sülfür

24 g magnezyumun 2 g hidrojen ile reaksiyona girerek magnezyum hidrür oluşturduğu biliniyorsa; Ayrıca, 32 g kükürt 2 g hidrojen ile reaksiyona girerek hidrojen sülfür oluşturur, ortak element hidrojendir ve Mg / H ve H / S'den Mg / S'yi hesaplamak istiyoruz.

Daha sonra Mg / H ve H / S'yi ayrı ayrı hesapladığımızda:

Mg / H = 24g Mg / 2g H

= 12

H / S = 2g H / 32g S

= 1/16

Bununla birlikte, H'yi iptal etmek için S / H kullanmak uygundur. Bu nedenle, S / H 16'ya eşittir. Bu yapıldığında, Mg / S'yi hesaplamaya devam ederiz:

Mg / S = (Mg / H) / (S / H)

= (12/16)

= 3/4

Ve 3/4, 12'nin (3/4 x 16) bir alt katıdır. Mg / S oranı, 3 g Mg'nin 4 g kükürt ile magnezyum sülfit oluşturmak üzere reaksiyona girdiğini gösterir. Bununla birlikte, Mg / H ile karşılaştırabilmek için Mg / S'yi 8 ile çarpmanız gerekir. Böylece, 24 g Mg, bu metal sülfidi vermek için 32 g kükürt ile reaksiyona girer.

Alüminyum klorür

35,5 g Cl'nin 1 g H ile reaksiyona girerek HCl oluşturduğu bilinmektedir. Ayrıca, Al 27 g ALH oluşturmak üzere H 3 g ile reaksiyona girer ₃ . Alüminyum klorür oranını bulun ve bu bileşiğin Richter-Wenzel yasasına uygun olup olmadığını söyleyin.

Yine, Cl / H ve Al / H'yi ayrı ayrı hesaplamaya devam ediyoruz:

Cl / H = 35,5 g Cl / 1 g H

= 35.5

Al / H = 27g Al / 3g H

= 9

Şimdi, Al / Cl hesaplanır:

Al / Cl = (Al / H) / (Cl / H)

= 9 / 35,5

≈ 0,250 veya 1/4 (aslında 0,253)

Es decir, que 0,250 g de Al reacciona con 1 g de Cl para formar la correspondiente sal. Pero, otra vez, se debe multiplicar Al/Cl por un número que permita compararlo (para mayor comodidad) con Al/H.

Imprecisiones en el cálculo

Se multiplica entonces Al/Cl por 108 (27/0,250), dando 27 g de Al que reacciona con 108 g de Cl. Esto no ocurre precisamente así. Si tomamos por ejemplo el valor 0,253 por Al/Cl, y lo multiplicamos por 106,7 (27/0,253), se tendrá que 27 g de Al reacciona con 106,7 g de Cl; lo cual, se aproxima más a la realidad (AlCl₃, con un PA de 35,5 g/mol para el Cl).

Aquí se observa cómo la ley de Richter puede empezar a tambalear por cuestiones de precisión y mal uso de los decimales.

Referencias

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). CENGAGE Learning.
2. Flores, J. Química (2002). Editorial Santillana.
3. Joaquín San Frutos Fernández. (s.f.). Las leyes ponderales y volumétricas. Recuperado de: encina.pntic.mec.es
4. Toppr. (s.f.). Laws of Chemical Combination. Recuperado de: toppr.com
5. Brilliant. (2019). Laws of Chemical Combination. Recuperado de: brilliant.org
6. Chemistry LibreTexts. (15 de julio de 2015). Fundamental Chemical Laws. Recuperado de: chem.libretexts.org
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 de enero de 2019). Law of Conservation of Mass. Recuperado de: thoughtco.com