Закон сталості складу: формулювання, приклади, значення

Одне і те ж хімічна сполука має постійний склад, незалежно від місця і способу отримання зразка. До такого висновку одним з перших прийшов засновник сучасної хімії, французький вчений А. де Лавуазьє. Він зумів визначити склад води, повітря, органічних речовин, вважав, що частинки входять до складу речовин в певних пропорціях. Пізніше іншим хіміком з Франції Ж. Л. Прустом був сформульований закон сталості складу. Обидва дослідника чимало сил доклали, щоб відстояти свої ідеї в суперечці з науковим співтовариством.

Погляди на будову речовини на межі XVIII і XIX століть

Хімічні елементи, з`єднуючись один з одним в різних співвідношеннях, утворюють безліч речовин. Кожне з них характеризується певним набором атомів і співвідношенням їх мас. Але до кінця XVIII століття багато вчених вважали інакше. Проблема для них полягала в неточності кількісних методик. До того ж позиції атомно-молекулярних поглядів на той час були хиткими, панувала теорія флогістону - міфічного елементу. В встановлення кількісного складу речовини значний внесок внесли:

• А. де Лавуазье;
• М. В. Ломоносов;
• Ж. Л. Пруст;
• Д. Дальтон.

Заслуга Ж. Л. Пруста полягає в тому, що він удосконалив кількісні методи Лавуазьє, суворо їм слідував. Вчений запропонував закон сталості складу, збереження співвідношень елементів у зразках сполук. Роботу в цьому напрямку Пруст почав ще наприкінці XVIII століття, але визнання його праці отримали лише в 1808 році. Джон Дальтон приблизно в цей же час ввів уявлення про атоми і масах цих частинок, кратних співвідношеннях.

Біографія Ж. Л. Пруста

Вчений, який запропонував закон сталості складу, з`явився на світ 26 вересня 1754 на заході Франції. Батько Жозефа Луї був аптекарем в місті Анже. Він і долучив сина до дослідів з хімічними речовинами. Юнак продовжив навчання в Парижі, де познайомився з Лавуазьє і його науковими ідеями. У 1776 році Пруст опублікував свої перші серйозні праці в області хімії. З 1799 по 1806 вчений керував лабораторією в Мадриді. У Францію Пруст повернувся в 1806 році. Після короткого перебування в Парижі Жозеф Луї відправився в рідні місця. У 1808-1816 роках отримали визнання його праці в галузі вивчення складу речовин, у тому числі глюкози. У 1817-му він вийшов у відставку і жив на самоті до кінця своїх днів (1826). Пруст був одним з видатних учених свого часу, Лицарем Почесного легіону, членом Королівської академії наук Неаполя.

Закон сталості складу. Приклади

Ж. Л. Пруст відкрив глюкозу, прославився блискучою перемогою в науковій полеміці зі співвітчизником Бертолле, причиною якої став закон сталості складу. Формулювання, запропоноване Прустом, свідчить: коли кілька елементів утворюють хімічно чистий зразок, то він складається з одних і тих самих атомів. Відносини їх мас і числа також носять постійний характер. Приклади:

1. Хлорид натрію (NaCl) можна отримати при взаємодії соляної кислоти з гідроксидом натрію. Другий спосіб - обробка соляною кислотою карбонату натрію. У двох різних хімічних реакціях отримуємо з`єднання, формула якого NaCl. І в першому, і в другому випадку речовина містить 39,33% натрію і 60,66% хлору.
2. Кисень (хімічний знак O) при утворенні молекули води з`єднується з одним і тим же кількістю водню (H). Якщо взаємодіє 1,11 г водню з 8,89 г кисню, то утворюється 10 г води (H₂O). Збільшення кількості одного з речовин призводить до такого ж результату. Чи не прореагують атоми того елемента, якого взяли в надлишку. Маса води в цьому досвіді залишається такою ж - 10 г, склад її молекул відображає формула H₂O.

Значення відкриття сталості складу

На початку XIX століття в теоретичної хімії утвердилися закони, які з`єднують речовини, описують їх співвідношення. Вивчали якісні та кількісні характеристики багато вчених, які запропонували універсальні формулювання. Основоположними були ідеї М. В. Ломоносова про збереження маси в хімічних перетвореннях. Встановлений Ж. Л. Прустом закон сталості складу також має велике значення для науки і практики. На підставі цієї закономірності формулу води записують тільки у вигляді H₂O, а склад сірчаної кислоти - H₂SO₄. Але закон Пруста не має такого всеосяжного характеру, як вчення Ломоносова. Тому його формулювання уточнили після відкриття ізотопів. Так називають атоми одного і того ж елемента, які мають різну масу. Співвідношення часток у складі зразка є постійною величиною, але тільки за умови незмінного ізотопного складу. Наприклад, масовий склад водню і кисню в звичайній та важкій воді відрізняється. Друга рідина містить ізотоп водню - дейтерій. Маса важкої води більше, ніж звичайної.

Сучасні погляди на склад речовини

У відповідності з формулюванням Пруста співвідношення мас атомів, що складають певну речовину, носить постійний характер, не залежить від способу отримання зразка. На початку XX століття при вивченні сплавів металів були відкриті з`єднання зі змінним складом. У цьому випадку одиниці ваги одного хімічного елемента можуть відповідати різні маси іншого елемента. Наприклад, у з`єднаннях талію з вісмутом на одиницю маси першого припадає від 1,2 до 1,8 одиниці ваги другого елементу. Такі приклади можна знайти серед интерметаллических речовин, оксидів, сполук сірки, азоту, вуглецю, водню з металами. Отже, закони, відкриті Прустом і Дальтоном, справедливі повністю тільки щодо тих речовин, що мають молекулярну будову. До них відносяться багато кислоти, оксиди, гідриди. Якісна і кількісна структура подібних з`єднань є постійною. Наприклад, склад води в атмосфері, Світовому океані, льодовиках і живих організмах відображає формула H₂O.