APAKAH UNDANG-UNDANG BERAT KIMIA? (CONTOH) - KIMIA - 2026

The undang-undang ponderal kimia adalah mereka yang telah menunjukkan bahawa orang ramai daripada bahan-bahan yang bertindak balas tidak berbuat demikian dalam sewenang-wenangnya atau cara rawak; tetapi dengan mengekalkan bahagian matematik yang tetap bagi nombor bulat atau bilangan bulatnya, di mana atom unsur-unsur itu tidak diciptakan atau dimusnahkan.

Pada masa lalu, undang-undang ini memerlukan usaha penaakulan yang luar biasa; kerana walaupun kelihatan terlalu jelas sekarang, sebelum atom dan molekul molekul unsur atau sebatian, masing-masing, tidak diketahui.

Sumber: Jeff Keyzer dari Austin, TX, Amerika Syarikat

Oleh kerana tidak diketahui dengan tepat berapa mol mol setiap unsur menyamai, ahli kimia pada abad ke-18 dan ke-19 harus bergantung pada massa reaktan. Oleh itu, keseimbangan analitik asas (gambar teratas) tidak dapat dipisahkan selama beratus-ratus eksperimen yang diperlukan untuk menetapkan undang-undang berat badan.

Atas sebab inilah apabila anda mempelajari undang-undang kimia ini, anda akan menemui pengukuran besar-besaran setiap saat. Berkat ini, setelah mengekspresikan hasil eksperimen, didapati sebatian kimia tulen selalu terbentuk dengan bahagian jisim unsur penyusunnya yang sama.

Undang-undang pemuliharaan jisim

Undang-undang ini mengatakan bahawa dalam tindak balas kimia, jisim reaktan sama dengan jumlah jisim produk; selagi sistem yang dipertimbangkan ditutup dan tidak ada pertukaran jisim dan tenaga dengan persekitarannya.

Dalam tindak balas kimia, bahan tidak hilang, tetapi diubah menjadi bahan lain dengan jisim yang sama; oleh itu ungkapan yang terkenal: "tidak ada yang diciptakan, tidak ada yang musnah, semuanya berubah".

Dari segi sejarah, undang-undang pemuliharaan jisim dalam reaksi kimia pertama kali diusulkan pada tahun 1756 oleh Mikhail Lomonsov, yang menunjukkan hasil eksperimennya dalam jurnalnya.

Kemudian pada tahun 1774, Antoine Levoisier, ahli kimia Perancis, menyampaikan hasil eksperimennya yang memungkinkan untuk membuktikan ini; yang ada juga yang menyebut Undang-Undang Lavoisier.

-Eksperimen Lavoisier

Pada zaman Lavoisier (1743-1794), ada Teori Phlogiston, yang menurutnya tubuh memiliki kemampuan untuk menangkap api atau membakar. Eksperimen Lavoisier memungkinkan untuk membuang teori ini.

Lavoisier melakukan banyak eksperimen pembakaran logam. Dia dengan berhati-hati menimbang bahan sebelum dan sesudah pembakaran dalam bekas tertutup, mendapati terdapat kenaikan berat badan.

Tetapi Lavoiser, berdasarkan pengetahuannya mengenai peranan oksigen dalam pembakaran, menyimpulkan bahawa kenaikan berat badan dalam pembakaran disebabkan oleh penggabungan oksigen ke dalam bahan pembakar. Konsep oksida logam dilahirkan.

Oleh itu, jumlah logam yang terkena pembakaran dan oksigen tidak berubah. Kesimpulan ini memungkinkan pembentukan Undang-Undang Pemuliharaan Jisim.

-Baki persamaan

Undang-undang Pemuliharaan Jisim menetapkan perlunya menyeimbangkan persamaan kimia, yang menjamin bahawa jumlah semua elemen yang terlibat dalam tindak balas kimia, baik sebagai reaktan maupun sebagai produk, adalah sama.

Ini adalah syarat penting bagi ketepatan pengiraan stoikiometrik yang akan dilakukan.

-Pengiraan

Tahi lalat air

Berapakah bilangan mol air yang dapat dihasilkan semasa pembakaran 5 mol metana dalam oksigen berlebihan? Juga menunjukkan bahawa undang-undang pemuliharaan jirim berlaku.

CH ₄ + 2 O ₂ => CO ₂ + 2 H ₂ O

Dengan memerhatikan persamaan seimbang tindak balas, disimpulkan bahawa 1 mol metana menghasilkan 2 mol air.

Masalahnya dapat diselesaikan secara langsung dengan pendekatan sederhana, kerana kita tidak mempunyai 1 mol tetapi 5 mol CH ₄ :

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

= 10

Ini sama dengan 180 g H ₂ O. Juga 5 mol atau 220 g CO _{2 terbentuk} , yang sama dengan jumlah jisim 400 g produk.

Oleh itu, agar undang-undang pemuliharaan bahan dipenuhi, 400 g reagen mesti bertindak balas; tidak lebih, tidak kurang. Daripada 400 g ini, 80 g sesuai dengan 5 mol CH ₄ (didarabkan dengan jisim molekulnya 16 g / mol), dan 320 g sesuai dengan 10 mol O ₂ (dengan cara yang sama dengan jisim molekulnya 32 g / mol ).

Pembakaran pita magnesium

Pita magnesium seberat 1.50 g dibakar dalam bekas tertutup yang mengandungi 0.80 g oksigen. Selepas pembakaran, 0.25 g oksigen kekal di dalam bekas. a) Berapakah jisim oksigen yang bertindak balas? b) Berapa banyak magnesium oksida terbentuk?

Jisim oksigen yang bertindak balas diperoleh dengan perbezaan sederhana.

Jisim oksigen yang digunakan = (jisim awal - jisim sisa) oksigen

= 0,80 g - 0,25 g

= 0,55 g O ₂ (a)

Menurut undang-undang pemuliharaan jisim,

Jisim magnesium oksida = jisim magnesium + jisim oksigen

= 1.50 g + 0.55 g

= 2.05 g MgO (b)

Hukum perkadaran yang pasti

Joseph Louis Proust (1754-1826), ahli kimia Perancis, menyedari bahawa dalam tindak balas kimia unsur-unsur kimia selalu bertindak balas dalam bahagian jisim tetap untuk membentuk sebatian tulen tertentu; oleh itu, komposisinya tetap, tidak kira sumber atau asalnya, atau bagaimana ia disintesis.

Proust pada tahun 1799 menyatakan hukum perkadaran yang pasti, yang menyatakan bahawa: "Apabila dua atau lebih unsur bergabung untuk membentuk sebatian, mereka melakukannya dalam nisbah jisim tetap." Jadi, hubungan ini tetap dan tidak bergantung pada strategi yang diikuti untuk penyediaan kompaun.

Undang-undang ini juga dikenal sebagai hukum komposisi tetap, yang menyatakan bahawa: "Setiap sebatian kimia dalam keadaan suci selalu mengandung unsur-unsur yang sama, dalam bahagian jisim yang tetap."

-Elustrasi undang-undang

Besi (Fe) bertindak balas dengan sulfur (S) untuk membentuk besi sulfida (FeS), tiga keadaan dapat diperhatikan (1, 2 dan 3):

Untuk mencari bahagian di mana unsur bergabung, bahagikan jisim yang lebih besar (Fe) dengan jisim yang lebih kecil (S). Pengiraan memberikan nisbah 1.75: 1. Nilai ini diulang dalam tiga keadaan yang diberikan (1, 2 dan 3), di mana perkadaran yang sama diperoleh walaupun jisim yang berbeza digunakan.

Maksudnya, 1,75 g Fe digabungkan dengan 1,0 g S untuk memberikan 2,75 g FeS.

-Permohonan

Dengan menerapkan undang-undang ini, seseorang dapat mengetahui dengan tepat jisim unsur yang mesti digabungkan untuk mendapatkan jisim sebatian yang diinginkan.

Dengan cara ini, maklumat dapat diperoleh mengenai jisim berlebihan dari beberapa elemen yang terlibat dalam tindak balas kimia, atau apakah ada reagen yang membatasi dalam tindak balas tersebut.

Di samping itu, ia digunakan untuk mengetahui komposisi centesimal bagi sebatian, dan berdasarkan yang terakhir, formula sebatian dapat dibentuk.

Komposisi sepusat bagi sebatian

Karbon dioksida (CO ₂ ) terbentuk dalam tindak balas berikut:

C + O ₂ => CO ₂

12 g karbon menggabungkan 32 g oksigen untuk memberikan 44 g karbon dioksida.

Jadi peratus karbon sama dengan

Peratusan karbon = (12 g / 44 g) 100%

= 27.3%

Peratusan oksigen = (32 g / 44 g) 100%

Peratusan oksigen = 72.7%

Dengan menggunakan pernyataan Hukum Komposisi Tetap, dapat diperhatikan bahawa karbon dioksida selalu terdiri dari 27.3% karbon dan 72.7% oksigen.

-Pengiraan

Sulfur trioksida

Dengan bertindak balas dalam kapal yang berlainan, 4 g dan 6 g sulfur (S) dengan oksigen (O), masing-masing 10 g dan 15 g sulfur trioksida (SO ₃ ) diperoleh .

Mengapa jumlah sulfur trioksida diperoleh dan bukan yang lain?

Kira juga jumlah sulfur yang diperlukan untuk digabungkan dengan 36 g oksigen dan jisim sulfur trioksida yang diperoleh.

Bahagian A)

Dalam bekas pertama 4 sulfur dicampurkan dengan X g oksigen untuk mendapatkan 10 g trioksida. Sekiranya undang-undang pemuliharaan jisim diterapkan, kita dapat menyelesaikan jisim oksigen yang digabungkan dengan sulfur.

Jisim oksigen = 10 g oksigen trioksida - 4 g sulfur.

= 6 g

Di dalam kapal 2 6 g sulfur dicampurkan dengan X g oksigen untuk mendapatkan 15 sulfur trioksida.

Jisim oksigen = 15 g sulfur trioksida - 6 g sulfur

= 9 g

Kami kemudian mengira nisbah O / S untuk setiap bekas:

Nisbah O / S dalam situasi 1 = 6 g O / 4 g S

= 1.5 / 1

Nisbah O / S dalam situasi 2 = 9 g O / 6 g S

= 1.5 / 1

Yang sesuai dengan apa yang dinyatakan dalam hukum perkadaran yang ditentukan, yang menunjukkan bahawa unsur-unsur selalu bergabung dalam perkadaran yang sama untuk membentuk sebatian tertentu.

Oleh itu, nilai yang diperoleh adalah benar dan sesuai dengan penerapan Undang-Undang.

Bahagian b)

Pada bahagian sebelumnya, nilai 1.5 / 1 dikira untuk nisbah O / S.

g sulfur = 36 oksigen (1 g sulfur / 1.5 g oksigen)

= 24 g

g sulfur trioksida = 36 g oksigen + 24 g sulfur

= 60 g

Klorin dan magnesium

Klorin dan magnesium digabungkan dalam nisbah 2,95 g klorin untuk setiap g magnesium. a) Tentukan jisim klorin dan magnesium yang diperlukan untuk mendapatkan 25 g magnesium klorida. b) Berapakah peratusan komposisi magnesium klorida?

Bahagian A)

Berdasarkan nilai 2.95 untuk nisbah Cl: Mg, pendekatan berikut dapat dibuat:

2.95 g Cl + 1 g Mg => 3.95 g MgCl ₂

Kemudian:

g Cl = 25 g MgCl ₂ · (2,95 g Cl / 3,95 g MgCl ₂ )

= 18.67

g Mg = 25 g MgCl ₂ · (1 g Mg / 3,95 g MgCl ₂ )

= 6.33

Kemudian 18.67 g klorin digabungkan dengan 6.33 g magnesium untuk menghasilkan 25 g magnesium klorida.

Bahagian b)

Kira terlebih dahulu jisim molekul magnesium klorida, MgCl ₂ :

Berat molekul MgCl ₂ = 24.3 g / mol + (2 35.5 g / mol)

= 95.3 g / mol

Peratusan magnesium = (24.3 g / 95.3 g) x 100%

= 25.5%

Peratusan klorin = (71 g / 95.3 g) x 100%

= 74.5%

Undang-undang pelbagai bahagian atau undang-undang Dalton

Undang-undang ini diucapkan pada tahun 1803 oleh ahli kimia dan meteorologi Perancis John Dalton, berdasarkan pengamatannya mengenai reaksi gas atmosfera.

Undang-undang tersebut dinyatakan dengan cara berikut: "Apabila unsur-unsur digabungkan untuk memberikan lebih dari satu sebatian, jisim berubah-ubah salah satu daripadanya bergabung dengan jisim tetap yang lain dan yang pertama mempunyai hubungan dengan bilangan kanonik dan tidak jelas".

Juga: "Apabila dua unsur digabungkan untuk menghasilkan sebatian yang berbeza, memandangkan kuantiti tetap salah satu daripadanya, kuantiti unsur lain yang berbeza yang bergabung dengan kuantiti tetap tersebut untuk menghasilkan sebatian adalah berkaitan dengan bilangan bulat sederhana."

John Dalton membuat penerangan moden pertama atom sebagai komponen unsur kimia, ketika dia menunjukkan bahawa unsur-unsur itu terdiri daripada zarah-zarah yang tidak dapat dipisahkan yang disebut atom.

Di samping itu, dia mendalilkan bahawa sebatian terbentuk apabila atom unsur yang berlainan bergabung satu sama lain dalam nisbah bilangan bulat sederhana.

Dalton menyelesaikan kerja penyiasatan Proust. Dia menunjukkan adanya dua oksida timah, dengan peratusan 88.1% dan 78.7% bijih timah dengan peratusan oksigen masing-masing, 11.9% dan 21.3%.

-Pengiraan

Air dan hidrogen peroksida

Tunjukkan bahawa sebatian air, H ₂ O, dan hidrogen peroksida, H ₂ O ₂ , memenuhi Hukum Pelbagai Bahagian.

Berat atom unsur: H = 1 g / mol dan oksigen = 16 g / mol.

Berat molekul sebatian: H ₂ O = 18 g / mol dan H ₂ O ₂ = 34 g / mol.

Hidrogen adalah unsur dengan jumlah tetap dalam H ₂ O dan H ₂ O ₂ , jadi perkadaran antara O dan H di kedua sebatian akan ditentukan.

Nisbah O / H dalam H ₂ O = (16 g / mol) / (2 g / mol)

= 8/1

Nisbah O / H dalam H ₂ O ₂ = (32 g / mol) / (2 g / mol)

= 16/1

Hubungan antara kedua-dua bahagian = (16/1) / (8/1)

= 2

Oleh itu, nisbah O / H hidrogen peroksida ke air adalah 2, bilangan bulat sederhana. Oleh itu, kepatuhan terhadap Hukum Pelbagai Bahagian ditunjukkan.

Nitrogen oksida

Berapakah jisim Oksigen yang digabungkan dengan 3.0 g nitrogen dalam a) nitrik oksida, NO dan b) nitrogen dioksida, NO ₂ . Tunjukkan bahawa TIDAK dan TIDAK ₂ mematuhi Undang-Undang Pelbagai Bahagian.

Jisim nitrogen = 3 g

Berat atom: nitrogen, 14 g / mol, dan oksigen, 16 g / mol.

Pengiraan

Dalam NO, satu atom N bergabung dengan atom 1 O, jadi jisim oksigen yang bergabung dengan 3 g nitrogen dapat dikira menggunakan pendekatan berikut:

g O = g nitrogen · (PA. O / PA. N)

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

= 3.43 g O

Dalam NO ₂ , satu atom N bergabung dengan atom 2 O, jadi jisim oksigen yang digabungkan adalah:

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

= 6.86 g O

Nisbah O / N dalam NO = 3,43 g O / 3 g N

= 1,143

Nisbah O / N dalam NO ₂ = 6.86 g O / 3 g N

= 2,282

Nilai hubungan antara perkadaran O / N = 2,282 / 1,143

= 2

Jadi, nilai nisbah O / N adalah 2, nombor bulat sederhana. Oleh itu, Hukum Pelbagai Bahagian dipenuhi.

Undang-undang perkadaran timbal balik

Undang-undang ini dirumuskan oleh Richter dan Carl F. Wenzel secara berasingan, menetapkan bahawa perkadaran jisim dua sebatian dengan unsur yang sama, memungkinkan untuk menentukan bahagian sebatian ketiga antara unsur-unsur lain jika mereka bertindak balas.

Contohnya, jika anda mempunyai dua sebatian AB dan CB, anda dapat melihat bahawa unsur yang sama ialah B.

Hukum Richter-Wenzel atau perkadaran timbal balik mengatakan bahawa, mengetahui berapa banyak A bertindak balas dengan B untuk memberi AB, dan berapa banyak C bertindak balas dengan B untuk memberi CB, kita dapat mengira jisim A yang diperlukan untuk bertindak balas dengan jisim C untuk membentuk AC.

Hasilnya adalah bahawa nisbah A: C atau A / C mestilah berganda atau berlipat ganda dari A / B atau C / B. Walau bagaimanapun, undang-undang ini tidak selalu dipenuhi, terutamanya apabila unsur-unsur tersebut menunjukkan pelbagai keadaan pengoksidaan.

Dari semua undang-undang renungan ini mungkin yang paling "abstrak" atau rumit. Tetapi jika anda menganalisanya dari sudut matematik, akan dilihat bahawa ia hanya terdiri daripada faktor penukaran dan pembatalan.

-Contoh

Metana

Sekiranya 12 g karbon diketahui bertindak balas dengan 32 g oksigen untuk membentuk karbon dioksida; dan bahawa, sebaliknya, 2 g hidrogen bertindak balas dengan 16 g oksigen untuk membentuk air, maka perkadaran jisim C / O dan H / O masing-masing untuk CO ₂ dan H ₂ O, dapat dianggarkan .

Mengira C / O dan H / O yang kita ada:

C / O = 12g C / 32g O

= 3/8

H / O = 2g H / 16g O

= 1/8

Oksigen adalah unsur biasa, dan anda ingin mengetahui berapa banyak karbon bertindak balas dengan hidrogen untuk menghasilkan metana; iaitu, anda mahu mengira C / H (atau H / C). Oleh itu, adalah perlu untuk membuat pembahagian daripada perkadaran sebelumnya untuk menunjukkan sama ada timbal balik dipenuhi atau tidak:

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

Perhatikan bahawa dengan cara ini O dibatalkan dan C / H tetap:

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

= 3

Dan 3 adalah gandaan 3/8 (3/8 x 8). Ini bermaksud 3 g C bertindak balas dengan 1 g H untuk memberikan metana. Tetapi, untuk membandingkannya dengan CO ₂ , kalikan C / H dengan 4, yang sama dengan 12; ini memberikan 12 g C yang bertindak balas dengan 4 g H untuk membentuk metana, yang juga benar.

Magnesium sulfida

Sekiranya 24 g magnesium diketahui bertindak balas dengan 2 g hidrogen untuk membentuk magnesium hidrida; Selanjutnya, 32 g sulfur bertindak balas dengan 2 g hidrogen untuk membentuk hidrogen sulfida, unsur yang sama ialah hidrogen dan kami ingin mengira Mg / S dari Mg / H dan H / S.

Kemudian mengira Mg / H dan H / S secara berasingan, kami mempunyai:

Mg / H = 24g Mg / 2g H

= 12

H / S = 2g H / 32g S

= 1/16

Walau bagaimanapun, lebih mudah menggunakan S / H untuk membatalkan H. Oleh itu, S / H sama dengan 16. Setelah ini dilakukan, kami terus mengira Mg / S:

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

= (12/16)

= 3/4

Dan 3/4 adalah kelebihan 12 (3/4 x 16). Nisbah Mg / S menunjukkan bahawa 3 g Mg bertindak balas dengan 4 g sulfur untuk membentuk magnesium sulfida. Walau bagaimanapun, anda harus mengalikan Mg / S dengan 8 untuk dapat membandingkannya dengan Mg / H. Oleh itu, 24 g Mg bertindak balas dengan 32 g sulfur untuk memberikan sulfida logam ini.

Aluminium klorida

Telah diketahui bahawa 35.5 g Cl bertindak balas dengan 1 g H untuk membentuk HCl. Juga, 27 g Al bertindak balas dengan 3 g H untuk membentuk AlH ₃ . Cari bahagian aluminium klorida dan nyatakan sama ada sebatian itu mematuhi undang-undang Richter-Wenzel.

Sekali lagi, kami terus mengira Cl / H dan Al / H secara berasingan:

Cl / H = 35.5g Cl / 1g H

= 35.5

Al / H = 27g Al / 3g H

= 9

Sekarang, Al / Cl dikira:

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

= 9 / 35.5

≈ 0.250 atau 1/4 (sebenarnya 0.253)

Maksudnya, 0.250 g Al bertindak balas dengan 1 g Cl untuk membentuk garam yang sesuai. Tetapi, sekali lagi, Al / Cl mesti dikalikan dengan nombor yang membolehkannya dibandingkan (untuk kemudahan) dengan Al / H.

Ketidaktepatan dalam pengiraan

Al / Cl kemudian dikalikan dengan 108 (27 / 0.250), memberikan 27 g Al yang bertindak balas dengan 108 g Cl. Ini tidak betul-betul berlaku. Sekiranya kita mengambil contoh nilai 0.253 kali Al / Cl, dan mengalikannya dengan 106.7 (27 / 0.253), kita akan mempunyai 27 g Al bertindak balas dengan 106.7 g Cl; yang lebih dekat dengan realiti (AlCl ₃ , dengan PA 35.5 g / mol untuk Cl).

Di sini kita melihat bagaimana undang-undang Richter dapat mulai goyah terhadap ketepatan dan penyalahgunaan perpuluhan.

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE.
2. Flores, J. Química (2002). Pengarang Santillana.
3. Joaquín San Frutos Fernández. (sf). Undang-undang renungan dan volumetrik. Dipulihkan dari: encina.pntic.mec.es
4. Toppr. (sf). Undang-undang Gabungan Kimia. Dipulihkan dari: toppr.com
5. Cemerlang. (2019). Undang-undang Gabungan Kimia. Dipulihkan dari: brilliant.org
6. LibreTexts Kimia. (2015, 15 Julai). Undang-undang Kimia Asas. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 Januari 2019). Undang-undang Pemuliharaan Jisim. Dipulihkan dari: thinkco.com