화학의 무게 법칙은 무엇입니까? (예시) - 화학 - 2025

화학 의 숙고 법칙은 반응하는 물질의 질량이 임의적 또는 무작위적인 방식으로 그렇게하지 않는다는 것을 보여준 것들입니다. 그러나 원소의 원자가 생성되거나 파괴되지 않는 정수 또는 그 하위 배수의 일정한 수학적 비율을 유지함으로써.

과거에 이러한 법률을 제정하려면 엄청난 추론 노력이 필요했습니다. 지금은 너무 분명해 보이지만 원 소나 화합물의 원자 질량과 분자 질량이 각각 알려지지 않았기 때문입니다.

출처 : 미국 텍사스 주 오스틴 출신의 Jeff Keyzer

각 원소의 원자 1 몰이 정확히 얼마인지 알 수 없었기 때문에 18 세기와 19 세기의 화학자들은 반응물 질량에 의존해야했습니다. 따라서 기초적인 분석 저울 (상단 이미지)은 중량 법칙을 설정하는 데 필요한 수백 번의 실험 동안 분리 할 수없는 동반자였습니다.

이런 이유로 화학 법칙을 공부할 때 매 순간 질량 측정을 접하게됩니다. 이 덕분에 실험 결과를 외삽하여 순수한 화합물은 항상 구성 요소의 동일한 질량 비율로 형성된다는 것을 발견했습니다.

질량 보존 법칙

이 법칙은 화학 반응에서 반응물의 총 질량이 생성물의 총 질량과 같다고 말합니다. 고려 된 시스템이 닫혀 있고 주변 환경과 질량 및 에너지의 교환이없는 한.

화학 반응에서 물질은 사라지지 않고 동일한 질량의 다른 물질로 변형됩니다. 따라서 유명한 구절은“아무것도 창조되지 않고 파괴되지 않으며 모든 것이 변형된다”는 것입니다.

역사적으로 화학 반응에서 질량 보존의 법칙은 1756 년 Mikhail Lomonsov에 의해 처음 제안되었으며, 그는 자신의 일지에 그의 실험 결과를 보여주었습니다.

1774 년 프랑스의 화학자 앙투안 르부 아지에 (Antoine Levoisier)는이를 입증 할 수있는 그의 실험 결과를 발표했습니다. 일부는 Lavoisier의 법칙이라고도 부릅니다.

-더 좋아하는 실험

Lavoisier 시대 (1743-1794)에는 몸에 불이 붙거나 타는 능력이있는 플로지스톤 이론이있었습니다. Lavoisier의 실험은이 이론을 버리는 것을 가능하게했습니다.

Lavoisier는 수많은 금속 연소 실험을 수행했습니다. 그는 밀폐 된 용기에서 연소 전후의 물질을주의 깊게 칭량하여 명백한 무게 증가가 있음을 발견했습니다.

그러나 Lavoiser는 연소에서 산소의 역할에 대한 지식을 바탕으로 연소시 체중 증가가 연소 물질에 산소를 통합했기 때문이라고 결론지었습니다. 금속 산화물의 개념이 탄생했습니다.

따라서 연소되는 금속과 산소의 질량의 합은 변하지 않았습니다. 이 결론은 미사 보존 법칙의 제정을 허용했습니다.

-방정식의 균형

질량 보존 법칙은 화학 반응에 관여하는 모든 원소의 수가 반응물이든 생성물이든 정확히 동일하다는 것을 보장하면서 화학 방정식의 균형을 맞출 필요성을 확립했습니다.

이것은 수행 할 화학 양 론적 계산의 정확성을위한 필수 요구 사항입니다.

-계산

물 두더지

과잉 산소에서 5 몰의 메탄을 연소하는 동안 몇 몰의 물이 생성 될 수 있습니까? 또한 물질 보존의 법칙이 적용된다는 것을 보여주십시오.

CH ₄ + 2 O ₂ => CO ₂ + 2 H ₂ O

반응의 균형 방정식을 관찰하면 1 몰의 메탄이 2 몰의 물을 생성한다는 결론을 내립니다.

문제는 1 몰이 아니라 5 몰의 CH ₄ 가 있기 때문에 간단한 접근법으로 직접 해결할 수 있습니다 .

물의 몰 = 5 몰의 CH ₄ (2 몰의 H ₂ O / 1 몰의 CH ₄ )

= 10

이 중 180g H와 동등하게 ₂ 도 5 몰 CO의 220g O. _{2이 형성된} 제품 400 g의 총 질량과 같다.

따라서 물질 보존 법칙이 충족 되려면 400g의 시약이 반응해야합니다. 그 이상도 이하도 아닌. CH 5 몰 이러한 400g 80 g의 대응 중에서 ₄ , 320 (16g / 몰의 분자량을 곱한) 에 g에 대응 O 10 몰 ₂ g / 몰 (32)의 분자 질량에 의해 동일한 방식으로 ( ).

마그네슘 리본의 연소

0.80g의 산소를 포함하는 밀폐 된 용기에서 1.50g의 마그네슘 리본을 태웠다. 연소 후 0.25g의 산소가 용기에 남았습니다. a) 어떤 질량의 산소가 반응 했습니까? b) 얼마나 많은 산화 마그네슘이 형성 되었습니까?

반응 한 산소의 질량은 단순한 차이로 구합니다.

소비 된 산소의 질량 = (초기 질량-잔류 질량) 산소

= 0.80g-0.25g

= 0.55g O ₂ (a)

질량 보존 법칙에 따르면

산화 마그네슘의 질량 = 마그네슘의 질량 + 산소의 질량

= 1.50g + 0.55g

= 2.05g MgO (b)

한정된 비율의 법칙

프랑스 화학자 인 Joseph Louis Proust (1754-1826)는 화학 반응에서 화학 원소가 항상 일정한 비율의 질량으로 반응하여 특정한 순수한 화합물을 형성한다는 것을 깨달았습니다. 따라서 그 구성은 출처 나 출처 또는 합성 방법에 관계없이 일정합니다.

1799 년에 Proust는 "두 개 이상의 원소가 결합하여 화합물을 형성 할 때 고정 된 질량비로 그렇게합니다."라는 명확한 비율의 법칙을 발표했습니다. 따라서이 관계는 고정되어 있으며 화합물 제조를 위해 따르는 전략에 의존하지 않습니다.

이 법칙은 "순도 상태의 모든 화합물은 항상 일정한 질량 비율로 동일한 원소를 포함합니다."라고 말하는 상수 구성 법칙으로도 알려져 있습니다.

-법률 설명

철 (Fe)은 황 (S)과 반응하여 황화철 (FeS)을 형성합니다. 세 가지 상황 (1, 2 및 3)을 확인할 수 있습니다.

원소가 결합하는 비율을 찾으려면 큰 질량 (Fe)을 작은 질량 (S)으로 나눕니다. 계산은 1.75 : 1의 비율을 제공합니다. 이 값은 주어진 세 가지 조건 (1, 2 및 3)에서 반복되며, 다른 질량을 사용하더라도 동일한 비율을 얻습니다.

즉, 1.75g의 Fe와 1.0g의 S를 결합하여 2.75g의 FeS를 얻는다.

-용도

이 법칙을 적용하면 원하는 화합물 질량을 얻기 위해 결합해야하는 원소의 질량을 정확히 알 수 있습니다.

이러한 방식으로 화학 반응에 포함 된 일부 원소의 과잉 질량 또는 반응에 제한 시약이 있는지 여부에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.

또한 화합물의 중심 조성을 아는 데 적용되며 후자를 기반으로 화합물의 공식을 설정할 수 있습니다.

화합물의 중심 구성

이산화탄소 (CO ₂ )는 다음 반응에서 형성됩니다.

C + O ₂ => CO ₂

12g의 탄소는 32g의 산소를 결합하여 44g의 이산화탄소를 생성합니다.

따라서 탄소 비율은

탄소 비율 = (12g / 44g) 100 %

= 27.3 %

산소 비율 = (32g / 44g) 100 %

산소 비율 = 72.7 %

상수 구성의 법칙을 사용하면 이산화탄소는 항상 27.3 %의 탄소와 72.7 %의 산소로 구성되어 있음을 알 수 있습니다.

-계산

삼산화황

다른 용기에 4g 및 황 (S) 6g의 산소 (O)와, 10g 및 삼산화황의 15g을 반응시켜 (SO ₃ ) 을 각각 얻었다 .

왜 그런 양의 삼산화황이 얻어졌고 다른 것은 얻지 못했습니까?

또한 36g의 산소와 결합하는 데 필요한 황의 양과 얻은 삼산화황의 질량을 계산하십시오.

파트 A)

첫 번째 용기 (4)에서 황의 Xg을 산소 Xg과 혼합하여 10g의 삼산화물을 얻었다. 질량 보존 법칙을 적용하면 황과 결합 된 산소의 질량을 풀 수 있습니다.

산소의 질량 = 삼산화 산소 10g-황 4g.

= 6g

용기 2에서 6g의 황을 Xg의 산소와 혼합하여 15 개의 삼산화황을 얻습니다.

산소의 질량 = 삼산화황 15g-황 6g

= 9g

그런 다음 각 컨테이너의 O / S 비율을 계산합니다.

상황 1의 O / S 비율 = 6g O / 4g S

= 1.5 / 1

상황 2의 O / S 비율 = 9g O / 6g S

= 1.5 / 1

이는 요소가 항상 동일한 비율로 결합하여 특정 화합물을 형성 함을 나타내는 정의 된 비율의 법칙에 명시된 것과 일치합니다.

따라서 얻은 값은 정확하고 법의 적용에 해당하는 값입니다.

파트 b)

이전 섹션에서는 O / S 비율에 대해 1.5 / 1의 값이 계산되었습니다.

황 g = 산소 36 (황 1g / 산소 1.5g)

= 24g

삼산화황 g = 산소 36g + 황 24g

= 60g

염소와 마그네슘

염소와 마그네슘은 마그네슘 1g 당 2.95g의 염소 비율로 결합됩니다. a) 염화 마그네슘 25g을 얻는 데 필요한 염소와 마그네슘의 질량을 결정하십시오. b) 염화 마그네슘의 조성 비율은 얼마입니까?

파트 A)

Cl : Mg 비율의 값 2.95를 기반으로 다음과 같은 접근 방식을 만들 수 있습니다.

2.95 g의 Cl + 1 g의 Mg => 3.95 g의 MgCl ₂

그때:

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

= 18.67

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

= 6.33

그런 다음 18.67g의 염소를 6.33g의 마그네슘과 결합하여 25g의 염화 마그네슘을 생성합니다.

파트 b)

먼저 염화 마그네슘 MgCl ₂ 의 분자량을 계산하십시오 .

분자량 MgCl ₂ = 24.3g / mol + (2 35.5g / mol)

= 95.3g / 몰

마그네슘 비율 = (24.3g / 95.3g) x 100 %

= 25.5 %

염소 비율 = (71g / 95.3g) x 100 %

= 74.5 %

다중 비율의 법칙 또는 달튼의 법칙

이 법은 1803 년에 프랑스의 화학자이자 기상학자인 John Dalton이 대기 가스의 반응에 관한 그의 관찰을 바탕으로 발표했습니다.

이 법칙은 다음과 같이 명시되어 있습니다. "요소가 결합되어 하나 이상의 화합물을 제공 할 때, 그 중 하나의 가변 질량은 다른 하나의 고정 된 질량을 결합하고 첫 번째는 표준 및 불명확 한 숫자의 관계로 있습니다."

또한 : "두 원소가 결합되어 서로 다른 화합물을 생성 할 때, 그 중 하나의 고정 된 양이 주어지면, 화합물을 생성하기 위해 상기 고정 된 양과 결합되는 다른 원소의 다른 양은 단순한 정수와 관련이 있습니다."

John Dalton은 원소가 원자라고하는 분할 할 수없는 입자로 구성되어 있다고 지적하면서 원자를 화학 원소의 구성 요소로 처음으로 현대적으로 설명했습니다.

또한 그는 서로 다른 원소의 원자가 단순한 정수 비로 결합 할 때 화합물이 형성된다고 가정했다.

Dalton은 Proust의 조사 작업을 완료했습니다. 그는 주석의 비율이 각각 88.1 %와 78.7 %이고 산소의 비율이 각각 11.9 %와 21.3 % 인 두 개의 산화 주석의 존재를 지적했습니다.

-계산

물과 과산화수소

물, H ₂ O 및 과산화수소 H ₂ O ₂ 가 다중 비율의 법칙을 충족 함을 보여줍니다.

원소의 원자량 : H = 1g / mol 및 산소 = 16g / mol.

화합물의 분자량 : H ₂ O = 18 g / mol 및 H ₂ O ₂ = 34 g / mol.

수소는 H ₂ O 및 H ₂ O _2에 고정 된 양을 갖는 원소 이므로 두 화합물에서 O와 H 사이의 비율이 설정됩니다.

H ₂ O의 O / H 비율 = (16g / mol) / (2g / mol)

= 8/1

H ₂ O _2의 O / H 비율 = (32g / mol) / (2g / mol)

= 16/1

두 비율 간의 관계 = (16/1) / (8/1)

= 2

따라서 물에 대한 과산화수소의 O / H 비율은 2, 단순한 정수입니다. 따라서 다중 비율 법칙 준수가 입증되었습니다.

질소 산화물

a) 산화 질소 질소 3.0 g과 산소 콤바인 어떤 질량, NO 및 b) 이산화질소, NO ₂ . NO 및 NO ₂ 가 다중 비율의 법칙을 준수 함을 보여줍니다.

질소의 질량 = 3g

원자량 : 질소 14g / mol, 산소 16g / mol.

계산

NO에서 하나의 N 원자는 1 개의 O 원자와 결합하므로 3g의 질소와 결합하는 산소의 질량은 다음 방법을 사용하여 계산할 수 있습니다.

g의 O = g 질소 · (PA. O / PA. N)

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

= 3.43g O

NO ₂ 에서 하나의 N 원자는 2 개의 O 원자와 결합하므로 결합되는 산소의 질량은 다음과 같습니다.

산소 g = 3g (32g / mol / 14g / mol)

= 6.86g O

NO의 O / N 비율 = 3.43g O / 3g N

= 1,143

NO _2의 O / N 비율 = 6.86g O / 3g N

= 2,282

O / N 비율 사이의 관계 값 = 2,282 / 1,143

= 2

따라서 O / N 비율의 값은 단순한 정수인 2입니다. 따라서 다중 비율의 법칙이 충족됩니다.

상호 비율의 법칙

Richter와 Carl F. Wenzel이 별도로 공식화 한이 법칙은 공통 요소를 가진 두 화합물의 질량 비율이 반응하는 경우 다른 요소 사이의 세 번째 화합물의 비율을 결정할 수 있도록합니다.

예를 들어 두 개의 화합물 AB와 CB가있는 경우 공통 요소가 B임을 알 수 있습니다.

Richter-Wenzel 법칙 또는 역 비율에 따르면 A가 B와 반응하여 AB를 제공하고 C가 B와 반응하여 CB를 제공하는 정도를 알면 A와 반응하는 데 필요한 A의 질량을 계산할 수 있습니다. AC를 형성하는 C의 질량.

결과적으로 A : C 또는 A / C 비율은 A / B 또는 C / B의 배수 또는 하위 배수 여야합니다. 그러나이 법칙은 특히 원소가 다양한 산화 상태를 나타낼 때 항상 충족되는 것은 아닙니다.

모든 숙고 법칙 중에서 이것은 아마도 가장 "추상적"이거나 복잡 할 것입니다. 그러나 수학적 관점에서 분석 해보면 전환 계수와 취소로만 구성되어 있음을 알 수 있습니다.

-예

메탄

12g의 탄소가 32g의 산소와 반응하여 이산화탄소를 형성하는 것으로 알려진 경우; 그 반면, 형태, 물에 산소를 16 g의 수소 반응하여 2g을, 그 질량 비율 C / O 및 H / CO에 대한 O ₂ 와 H ₂ O를 각각 추정 할 수있다 .

C / O 및 H / O 계산 :

C / O = 12g C / 32g O

= 3/8

H / O = 2g H / 16g O

= 1/8

산소는 공통 요소입니다. 메탄을 생성하기 위해 얼마나 많은 탄소가 수소와 반응하는지 알고 싶습니다. 즉, C / H (또는 H / C)를 계산하려고합니다. 그런 다음 상호성이 충족되는지 여부를 표시하기 위해 이전 비율을 나눌 필요가 있습니다.

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

이러한 방식으로 O가 취소되고 C / H가 유지됩니다.

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

= 3

그리고 3은 3/8 (3/8 x 8)의 배수입니다. 이것은 C 3g이 H 1g과 반응하여 메탄을 생성한다는 것을 의미합니다. 그러나 CO ₂ 와 비교할 수 있으려면 C / H에 4를 곱하면 12와 같습니다. 이것은 메탄을 형성하기 위해 4g의 H와 반응하는 12g의 C를 제공합니다.

황화 마그네슘

마그네슘 24g이 수소 2g과 반응하여 마그네슘 하이드 라이드를 형성하는 것으로 알려져 있다면; 또한, 32g의 황은 2g의 수소와 반응하여 황화수소를 형성하며, 공통 원소는 수소이며 Mg / H 및 H / S에서 Mg / S를 계산하려고합니다.

그런 다음 Mg / H 및 H / S를 별도로 계산하면 다음과 같습니다.

Mg / H = 24g Mg / 2g H

= 12

H / S = 2g H / 32g S

= 1/16

그러나 S / H를 사용하여 H를 취소하는 것이 편리합니다. 따라서 S / H는 16과 같습니다.이 작업이 완료되면 Mg / S를 계산합니다.

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

= (12/16)

= 3/4

그리고 3/4는 12 (3/4 x 16)의 부 배수입니다. Mg / S 비율은 Mg 3g이 황 4g과 반응하여 황화 마그네슘을 형성 함을 나타냅니다. 그러나 Mg / H와 비교할 수 있으려면 Mg / S에 8을 곱해야합니다. 따라서 24g의 Mg가 32g의 황과 반응하여이 금속 황화물을 생성합니다.

염화 알루미늄

35.5g의 Cl이 1g의 H와 반응하여 HCl을 형성하는 것으로 알려져있다. 또한, 알루미늄 27 g을 ALH 형성 H 3 g의 반응 ₃ . 염화 알루미늄의 비율을 찾고 그 화합물이 리히터-벤젤 법칙을 따르는 지 여부를 알려줍니다.

다시, 우리는 Cl / H 및 Al / H를 별도로 계산합니다.

Cl / H = 35.5g Cl / 1g H

= 35.5

Al / H = 27g Al / 3g H

= 9

이제 Al / Cl이 계산됩니다.

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

= 9 / 35.5

≈ 0.250 또는 1/4 (실제로 0.253)

즉, 0.250g의 Al이 1g의 Cl과 반응하여 상응하는 염을 형성한다. 그러나 다시 Al / Cl은 Al / H와 (편의상) 비교할 수있는 숫자로 곱해야합니다.

계산의 부정확성

그런 다음 Al / Cl에 108 (27 / 0.250)을 곱하여 108g의 Cl과 반응하는 27g의 Al을 제공합니다. 이것은 정확히 사실이 아닙니다. 예를 들어 Al / Cl의 0.253 배에 106.7 (27 / 0.253)을 곱하면 27g의 Al이 106.7g의 Cl과 반응하게됩니다. 현실에 더 가깝습니다 ( Cl에 대해 PA가 35.5g / mol 인 AlCl ₃ ).

여기서 우리는 리히터의 법칙이 정밀도와 소수의 오용에 대해 어떻게 흔들 리기 시작하는지 봅니다.

참고 문헌

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