Стехиометрические законы химии. Пшестанчик В.Р - 8 стр.

UptoLike

Рубрика: 

8
Отметим , что, в принципе, нецелочисленные коэффициенты в уравне-
ниях реакций вполне допустимы и часто используются . Конечно, выраже-
ние «четыре с половиной молекулы» представляется неприемлемым (исходя
из определения молекулы). Однако, если в приведенной записи вместо мо-
лекул подразумевать понятие моль, то четыре с половиной моля кислорода
это вполне корректное понятие. Тем не менее, если дробные стехиометри-
ческие коэффициенты «не нравятся» , то от них легко освободиться , умно-
жив все коэффициенты на постоянный множитель (в приведенном примере
на 2), что, разумеется , не нарушит общий материальный баланс в системе,
соответствующий закону сохранения массы веществ:
2 C
3
H
6
+ 9 O
2
6 CO
2
+ 6 H
2
O
Химические уравнения , составляемые на основании закона сохранения мас-
сы веществ , позволяют осуществлять разнообразные количественные расче-
ты массы или объемы (для газов ) выделившихся продуктов по массам ис-
ходных веществ , массы исходных веществ, необходимые для получения оп -
ределенной массы продукта и т. п . Это и явилось основой для превращения
химии в количественную науку, создав теоретическую базу для количест-
венного анализа веществ и подготовив почву для открытия закона постоян-
ства состава.
Между прочим , нередко учащиеся забывают о фундаментальном зна-
чении закона сохранения массы веществ , и на вопрос, почему именно так
расставлены стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, отве-
чают: «Потому, что так положено (!?)» . Некоторые при этом говорят: «Что-
бы количество атомов слева и справа было одинаково» . Это, разумеется ,
верно. Но если далее спросить: «А почему, собственно, оно должно быть
одинаковым ? » , то немногие сошлются на закон сохранения массы , а чаще
можно увидеть удивленный взгляд и услышать тот же ответ: «Так положе-
но» . Это еще один пример формального знания , не сопровождаемого пони-
манием существа дела.
Оценим теперь, в какой мере не соблюдается закон сохранения массы ,
если учесть, что реакция горения пропилена сильно экзотермична и при
сгорании 1 моля пропилена выделяется 1925 кДж тепла:
C
3
H
6
+ 4,5 O
2
3CO
2
+ 3H
2
O + 1925 кДж/моль
Соответствующую потерю массы рассчитаем по формуле (1):
m = E/c
2
= 1,925
.
10
6
Дж / 9
.
10
16
м
2
/с
2
= 2,14
.
10
-11
кг = 2,14
.
10
-8
г
Таким образом , различие общих масс исходных веществ и продуктов
реакции, обусловленное тепловым эффектом реакции, составляет лишь ве-
личину порядка 10
-8
г. Эту величину в настоящее время измерить путем
взвешивания невозможно. Следовательно, действительно можно считать,
что в химии закон сохранения массы веществ соблюдается с достаточной
точностью .
Исключительно велико значение закона сохранения массы и энергии в
его современном понимании не только для химии, но и для всего естество-
знания в целом , для формирования материалистического взгляда на приро-
ду. Современное содержание этого закона, вытекающее из эквивалентности
                                           8

      О тм етим , что, в п р инцип е, нецелочисленныек оэф ф ициенты в ур авне-
ниях р еак ций вп олне доп устим ы и часто исп ольз ую тся. К онечно, выр аж е-
ние«четыр есп оловиной м олек улы» п р едставляется неп р ием лем ым (исходя
из оп р еделения м олек улы). О днак о, еслив п р иведенной з ап исивм есто м о-
лек ул п одр азум еватьп онятием о ль, точетыр есп оловиной м оля к ислор ода–
это вп олне к ор р ек тное п онятие. Т ем не м енее, еслидр обные стехиом етр и-
ческ ие к оэф ф ициенты «не нр авятся» , то от них легк о освободиться, ум но-
ж ив всек оэф ф ициенты нап остоянный м нож итель(в п р иведенном п р им ер е
– на2), что, р аз ум еется, ненар уш итобщ ий м атер иальный балансв систем е,
соответствую щ ий зак ону сохр анения м ассы вещ еств:
                                2 C3H6 + 9 O2 → 6 CO2 + 6 H2 O
Хим ическ ие ур авнения, составляем ыенаоснованиизак онасохр анения м ас-
сы вещ еств, п оз воляю т осущ ествлятьр азнообр азныек оличественныер асче-
ты – м ассы илиобъем ы (для газов) выделивш ихся п р одук тов п о м ассам ис-
ходных вещ еств, м ассы исходных вещ еств, необходим ыедля п олучения оп -
р еделенной м ассы п р одук та ит.п . Э то иявилось основой для п р евр ащ ения
хим ии в к оличественную наук у, создав теор етическ ую баз у для к оличест-
венного анализавещ еств ип одготовив п очву для отк р ытия з ак онап остоян-
ствасостава.
      М еж ду п р очим , нер едк о учащ иеся забываю т о ф ундам ентальном зна-
чении зак она сохр анения м ассы вещ еств, и на воп р ос, п очем у им енно так
р асставлены стехиом етр ическ ие к оэф ф ициенты в ур авнениир еак ции, отве-
чаю т: «П отом у, что так п олож ено (!?)» . Н ек отор ые п р иэтом говор ят: «Что-
бы к оличество атом ов слева и сп р ава было одинак ово» . Э то, р аз ум еется,
вер но. Н о если далее сп р осить: «А п очем у, собственно, оно долж но быть
одинак овым ?» , то нем ногие сош лю тся на зак он сохр анения м ассы, а чащ е
м ож но увидеть удивленный взгляд и услыш ать тотж е ответ: «Т ак п олож е-
но» . Э то ещ е один п р им ер ф ор м ального знания, несоп р овож даем ого п они-
м анием сущ ествадела.
      О ценим теп ер ь, в к ак ой м ер е не соблю дается зак он сохр анения м ассы,
если учесть, что р еак ция гор ения п р оп илена сильно эк зотер м ична и п р и
сгор ании1 м оля п р оп иленавыделяется 1925 к Д ж теп ла:
                      C3H6 + 4,5 O2 → 3CO2 + 3H2O + 1925 к Д ж /м оль
      Соответствую щ ую п отер ю м ассы р ассчитаем п оф ор м уле(1):
        m = E/c 2 = 1,925 . 106 Д ж / 9 . 1016 м 2/с2 = 2,14 . 10-11 к г = 2,14 . 10-8 г
      Т ак им обр аз ом , р азличие общ их м асс исходных вещ еств и п р одук тов
р еак ции, обусловленное теп ловым эф ф ек том р еак ции, составляет лиш ь ве-
личину п ор ядк а 10-8 г. Э ту величину в настоящ ее вр ем я изм ер ить п утем
взвеш ивания невоз м ож но. Следовательно, действительно м ож но считать,
что в хим ии зак он сохр анения м ассы вещ еств соблю дается с достаточной
точностью .
      И ск лю чительно велик о значение зак онасохр анения м ассы иэнер гиив
его совр ем енном п оним аниине тольк о для хим ии, но идля всегоестество-
з нания в целом , для ф ор м ир ования м атер иалистическ ого взгляданап р ир о-
ду. Совр ем енноесодер ж ание этого зак она, вытек аю щ ееиз эк вивалентности