Sheria ya kudumu ya muundo wa suala. Sheria za uhifadhi katika kemia

Kemia ni ya aina ya sayansi halisi, na pamoja na hisabati na fizikia huweka sheria za kuwepo na maendeleo ya suala, yenye atomi na molekuli. Michakato yote inayojitokeza katika viumbe hai, na kati ya vitu vya asili zisizo na usawa, zinategemea ufanisi wa mabadiliko ya wingi na nishati. Sheria ya mwingilivu wa muundo wa suala, utafiti ambao makala hii itajitolea, ni msingi wa taratibu katika ulimwengu usio na kikaboni na kikaboni.

Mafundisho ya Atomiki-Masi

Ili kuelewa kiini cha sheria zinazosimamia ukweli wa nyenzo, mtu lazima awe na wazo la kile kinachojumuisha. Kulingana na mwanasayansi mkuu wa Kirusi M. V. Lomonosov "Katika giza, fizikia na, hasa, dawa za dawa lazima iweze, usijui chembe za ndani za muundo." Yeye ndiye ambaye mwaka wa 1741, kwanza kinadharia, na kisha kuthibitisha kwa majaribio, aligundua sheria za kemia ambayo hutumika kama msingi wa kujifunza mambo ya kuishi na yasiyo ya hai, yaani: vitu vyote vinajumuisha atomi zinazoweza kutengeneza molekuli. Vipande vyote hivi ni mwendo unaoendelea.

Uzoefu na makosa ya J. Dalton

Baada ya miaka 50, wazo la Lomonosov lilianza kuendeleza mwanasayansi wa Kiingereza J. Dalton. Mwanasayansi alifanya mahesabu muhimu kwa kuamua mashambulizi ya atomiki ya vipengele vya kemikali. Hii ilikuwa ni ushahidi kuu wa mawazo kama hayo: molekuli ya molekuli na suala inaweza kuhesabiwa, kwa kujua uzito wa atomiki wa chembe ambazo zinajumuisha. Wote Lomonosov na Dalton waliamini kwamba, bila kujali njia ya uzalishaji, molekuli ya kiwanja daima itakuwa na muundo usiobadilika na wa ubora. Mwanzoni, ilikuwa katika fomu hii kwamba sheria ya kudumu ya utungaji wa dutu iliundwa. Kutambua mchango mkubwa wa Dalton kwa maendeleo ya sayansi, mtu hawezi kulala kimya juu ya makosa ya kutisha: kupuuzwa kwa muundo wa Masi ya vitu rahisi kama vile oksijeni, nitrojeni, na hidrojeni. Mwanasayansi aliamini kuwa kuna molekuli tu katika vitu vikali vya kemikali. Kuzingatia mamlaka kubwa ya Dalton katika jamii ya kisayansi, makosa yake yaliathiri vibaya maendeleo ya kemia.

Tunawezaje kupima atomi na molekuli

Ugunduzi wa kemikali kama hiyo inasema kuwa sheria ya uundaji wa suala hilo ilitokea kwa sababu ya wazo la kuhifadhi wingi wa vitu ambavyo vilifanya na kuunda baada yake. Mbali na Dalton, kipimo cha mashambulizi ya atomiki kilifanyika na I. Berzelius, ambaye alifanya meza ya uzito wa atomi za vipengele vya kemikali na kupendekeza majina yao ya kisasa kwa namna ya barua Kilatini. Kwa sasa, wingi wa atomi na molekuli imedhamiriwa kwa msaada wa carbon nanotube. Matokeo yaliyopatikana katika masomo haya yanathibitisha sheria zilizopo za kemia. Hapo awali, wanasayansi walitumia kifaa kama vile spectrometer ya wingi, lakini mbinu ngumu ya uzito ilikuwa drawback kubwa katika spectrometry.

Kwa nini sheria ya uhifadhi wa wingi wa vitu ni muhimu?

Kemikali iliyochaguliwa hapo juu iliyoandaliwa na MV Lomonosov inathibitisha ukweli kwamba wakati wa athari atomi zinazounda reagents na bidhaa hazipotee popote na hazionekani na chochote. Wengi wao bado haubadilika kabla na baada ya mchakato wa kemikali. Kwa kuwa molekuli ya atomi ni mara kwa mara, ukweli huu husababisha kimsingi sheria ya uhifadhi wa wingi na nishati. Zaidi ya hayo, mwanasayansi alitangaza uwiano huu kama kanuni ya asili ya asili, kuthibitisha kuingiliana kwa nishati na kuendelea kwa muundo wa suala hilo.

Mawazo ya Proust kama uthibitisho wa nadharia ya atomiki-molekuli

Hebu tutageuka kwenye ugunduzi wa vile vile kuandika kama sheria ya kuendelea kwa utungaji. Kemia ya mwishoni mwa 18 - karne ya karne ya 19 - sayansi ambayo mashindano ya kisayansi yalipiganwa kati ya wanasayansi wawili wa Kifaransa, J. Proust na C. Berthollet. Wa kwanza alisema kuwa utungaji wa vitu vilivyotengenezwa kama matokeo ya mmenyuko wa kemikali inategemea hasa juu ya asili ya reagents. Berthollet ilikuwa na uhakika kwamba idadi ya jamaa ya vitu vya kuingiliana pia huathiri utungaji wa bidhaa za majibu ya misombo. Wataalamu wengi wa mwanzo wa utafiti waliunga mkono mawazo ya Proust, ambaye aliwaandaa kama ifuatavyo: muundo wa eneo tata ni daima kudumu na hautegemei jinsi ulivyopokea. Hata hivyo, utafiti zaidi wa ufumbuzi wa kioevu na imara (alloys) ulithibitisha mawazo ya K. Berthollet. Kwa dutu hizi sheria ya kuendelea ya muundo haikuweza kupunguzwa. Aidha, haifanyi kazi kwa misombo na lattices ya kioo ionic. Utungaji wa vitu hivi hutegemea njia ambazo zinaondolewa.

Dutu kila kemikali, bila kujali njia ya maandalizi yake, ina muundo wa ubora wa kila mara. Uundaji huu unafafanua sheria ya kudumu ya muundo wa suala, iliyopendekezwa na J. Proust mwaka 1808. Kama ushahidi, anasema mifano yafuatayo: Malachite kutoka Siberia ina muundo sawa na madini yaliyopangwa nchini Hispania; Katika ulimwengu kuna dutu moja tu ya cinnabar, na haijalishi kutokana na uwanja gani uliopatikana. Hivyo, Proust alisisitiza kuendelea kwa muundo wa suala, bila kujali mahali na njia ya uchimbaji.

Hakuna sheria bila isipokuwa

Kutoka kwa sheria ya utaratibu wa kuendelea, inafuata kwamba katika malezi ya kiwanja tata, mambo ya kemikali yanajumuishwa kwa kila mmoja katika uwiano fulani wa uzito. Hivi karibuni katika habari ya sayansi ya kemikali ilitokea juu ya kuwepo kwa vitu vyenye muundo wa kutofautiana, ambao unategemea njia ya uzalishaji. Mwanasayansi Kirusi M. Kurnakov alipendekeza kupiga berthollides hizi misombo, kwa mfano titini oksidi, maji nzito, nitridi ya zirconiamu.

Dutu hizi zina kiasi tofauti cha kipengele kingine kwa sehemu moja kwa uzito wa kipengele kimoja. Hivyo, katika kiwanja cha binary cha bismuth na gallium, sehemu moja kwa uzito wa akaunti ya galliamu kwa sehemu 1.24 hadi 1.82 ya bismuth. Wataalam wa baadaye wameweka kwamba, pamoja na kuchanganya metali kwa kila mmoja, vitu ambavyo haviiii sheria ya utaratibu wa utungaji ni katika darasa hili la misombo isiyo na kawaida, kama vioksidishaji. Bertollides pia ni tabia ya sulphides, carbides, nitrides na hidridi.

Jukumu la isotopes

Baada ya kupokea kwa uhuru sheria ya kuendelea kwa suala, kemia kama sayansi halisi inaweza kuunganisha tabia ya uzito wa kiwanja na maudhui ya isotopi ya vipengele vinavyofanya. Kumbuka kwamba isotopes huzingatia atomi za kipengele kimoja cha kemikali na proton inayofanana, lakini namba za nucleon tofauti. Kuzingatia kuwepo kwa isotopes, ni wazi kuwa utungaji wa uzito wa kiwanja unaweza kuwa tofauti ikiwa zinajumuisha vipengele vinavyoingia katika dutu hii. Ikiwa kipengele kinaongeza maudhui ya isotopi yoyote, basi utungaji wa uzito wa dutu pia hubadilika. Kwa mfano, maji ya kawaida ina hidrojeni 11%, na maji nzito, yenye sumu ya isotopu (deuterium), ni 20%.

Tabia ya berthollides

Kama tumeelezea tayari, sheria za uhifadhi katika kemia huthibitisha nafasi za msingi za nadharia ya atomiki-molekuli na ni kweli kabisa kwa vitu vyenye muundo wa daima-daltonides. Berthollides ina mipaka ambayo inawezekana kubadilisha sehemu za uzito wa vipengele. Kwa mfano, katika oksidi ya titani ya tetravalent, sehemu moja kwa uzito wa chuma ni kutoka 0.65 hadi 0.67 sehemu ya oksijeni. Dutu za utungaji usio na kudumu hazina muundo wa Masi, matangazo yao ya kioo yanajumuisha atomi. Kwa hiyo, formula za kemikali za misombo zinaonyesha tu mipaka ya muundo wao. Dutu tofauti ni tofauti. Joto inaweza pia kuathiri vipindi vya mabadiliko katika muundo wa uzito wa mambo. Ikiwa vipengele viwili vya kemikali vinaunda aina kadhaa za berthollidi kati yao wenyewe, basi sheria ya mahusiano mengi pia haipatikani kwao.

Kutoka kwa mifano yote hapo juu, hebu tufanye hitimisho: kinadharia katika kemia kuna makundi mawili ya vitu: kwa muundo wa mara kwa mara na wa kutofautiana. Uwepo wa misombo hii katika asili ni uthibitisho bora wa nadharia ya atomiki-Masi. Lakini sheria ya kudumu ya utungaji yenyewe haiwezi tena katika sayansi ya kemikali. Lakini inaonyesha wazi historia ya maendeleo yake.