Стехиометрические законы химии. Пшестанчик В.Р - 6 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

6
Здесь мы не будем вдаваться в подробности относительно знаков теп -
ловых эффектов. Поскольку с выделяющимся теплом Q «уносится» масса,
которую можно рассчитать из соотношения Эйнштейна (1) – m = Q/c
2
, то
масса продукта AB будет меньше суммарной массы исходных веществ A и B
на величину m , пропорциональную тепловому эффекту реакции Q . Очевид -
но, для эндотермических реакций суммарная масса продуктов реакции
должна быть больше суммарной массы исходных веществ на величину, про-
порциональную количеству поглощенного тепла. Очевидно также, что пол-
ный баланс будет соблюдаться , если учитывать не только массу веществ ,
участвующих в реакции, но и массу, пропорциональную энергии, которая
выделяется или поглощается в результате реакции, в полном соответствии с
современным содержанием закона сохранения массы и энергии, которое от-
ражается уравнением (1).
Однако вследствие очень большой величины коэффициента пропор -
циональности между массой и энергией (c
2
= 9
.
10
16
м
2
/с
2
) заметным изме-
нениям энергии соответствуют ничтожные изменения массы . Так , из соот-
ношения (1) следует, что энергии в 1 Дж соответствует масса
m = E/c
2
= 1 Дж / 9
.
10
16
м
2
/с
2
= 0,33
.
10
-16
кг = 0,33
.
10
-13
г.
Если считать, что типичные тепловые эффекты химических реакций
составляют величину порядка сотен килоджоулей (∼ 10
5
Дж), то соответст-
вующие изменения массы будут составлять всего 10
-8 –
10
-9
г. Такие различия
масс между исходными веществами и продуктами реакции лежат за преде-
лами чувствительности самых точных весов, которые применяются в совре-
менной практике (в том числе, и ультрамикровесов, позволяющих взвеши-
вать с точностью 10
-7
г). Поэтому можно считать, что в химии закон сохра-
нения массы веществ соблюдается с достаточной точностью , не потеряв
своего значения и в настоящее время. В то же время, например , при ядер -
ных реакциях, сопровождающихся выделением очень большого количества
энергии (10
9
-10
11
Дж и более), соответствующие потери массы , так назы-
ваемый дефект массы, уже вполне ощутимы и учитываются , например , при
работе ядерных реакторов.
Итак , применительно к химическим превращениям закон сохранения
массы веществ можно сформулировать следующим образом :
Общая масса веществ , взятых для реакции, равна общей массе
всех веществ , получившихся в результате реакции.
Это обычная формулировка, приводимая в школьных учебниках . Но ее
можно сделать несколько более компактной по форме (сохранив полностью
смысл), если предварительно ввести и определить некоторые дополнитель-
ные термины. Условимся все вещества, участвующие в реакции, называть
реагентами. Вещества, стоящие в левой части уравнения реакции, будем
называть исходными веществами, а те, которые стоят в правой части, –
продуктами реакции: 
                                         6

      Здесь м ы не будем вдаваться в п одр обностиотносительно з нак ов теп -
ловых эф ф ек тов. П оск ольк у с выделяю щ им ся теп лом Q «уносится» м асса,
к отор ую м ож но р ассчитать из соотнош ения Э йнш тейна (1) – m = Q/c2, то
м ассап р одук таAB будетм е ньше сум м ар ной м ассы исходных вещ еств A иB
навеличину m, п р оп ор циональную теп ловом у эф ф ек ту р еак цииQ. О чевид-
но, для эндотер м ическ их р еак ций сум м ар ная м асса п р одук тов р еак ции
долж набытьб о льше сум м ар ной м ассы исходных вещ еств навеличину, п р о-
п ор циональную к оличеству п оглощ енного теп ла. О чевидно так ж е, что п ол-
ный баланс будет соблю даться, если учитывать не тольк о м ассу вещ еств,
участвую щ их в р еак ции, но и м ассу, п р оп ор циональную энер гии, к отор ая
выделяется илип оглощ ается в р езультатер еак ции, в п олном соответствиис
совр ем енным содер ж анием зак онасохр анения м ассы иэнер гии, к отор оеот-
р аж ается ур авнением (1).
      О днак о вследствие очень больш ой величины к оэф ф ициента п р оп ор -
циональностим еж ду м ассой иэнер гией (c2 = 9 . 1016 м 2/с2 ) зам етным изм е-
нениям энер гии соответствую т ничтож ные из м енения м ассы. Т ак , из соот-
нош ения (1) следует, чтоэнер гиив 1 Д ж соответствуетм асса
          m = E/c2 = 1 Д ж / 9 . 1016 м 2 /с2 = 0,33 . 10-16 к г = 0,33 . 10-13 г.
      Е сли считать, что тип ичные теп ловые эф ф ек ты хим ическ их р еак ций
составляю т величину п ор ядк асотен к илодж оулей (∼ 105 Д ж ), то соответст-
вую щ иеизм енения м ассы будутсоставлятьвсего10-8 – 10-9 г. Т ак иер азличия
м асс м еж ду исходным ивещ ествам и ип р одук там ир еак циилеж атз ап р еде-
лам ичувствительностисам ых точных весов, к отор ыеп р им еняю тся в совр е-
м енной п р ак тик е (в том числе, и ультр ам ик р овесов, п озволяю щ их взвеш и-
вать сточностью 10-7 г). П оэтом у м ож но считать, что в хим иизак он сохр а-
нения м ассы вещ еств соблю дается с достаточной точностью , не п отер яв
своего значения и в настоящ ее вр ем я. В то ж е вр ем я, нап р им ер , п р и ядер -
ных р еак циях, соп р овож даю щ ихся выделением очень больш ого к оличества
энер гии (109 -1011 Д ж и более), соответствую щ ие п отер и м ассы, так назы-
ваем ый д е фе кт м ас с ы, уж евп олнеощ утим ы иучитываю тся, нап р им ер , п р и
р аботеядер ных р еак тор ов.
      И так , п р им енительно к хим ическ им п р евр ащ ениям зак он сохр анения
м ассы вещ еств м ож носф ор м улир оватьследую щ им обр азом :
      О бщая масса веществ, взяты х для реакции, равн а общей массе
всехвеществ, получившихся в результатереакции.
      Э то обычная ф ор м улир овк а, п р иводим ая в ш к ольных учебник ах. Н оее
м ож но сделать неск ольк о болеек ом п ак тной п о ф ор м е(сохр анив п олностью
см ысл), еслип р едвар ительно ввестииоп р еделить нек отор ые доп олнитель-
ные тер м ины. У словим ся все вещ ества, участвую щ ие в р еак ции, называть
ре аге нт ам и. В ещ ества, стоящ ие в левой части ур авнения р еак ции, будем
называть ис хо д ным и ве щ е с т вам и, а те, к отор ые стоят в п р авой части, –
про д укт ам ире акции:

Страницы