Задачи

Рассмотрим молекулы воды, содержащие разные изотопы водорода:

Рассмотрим молекулы воды, содержащие разные изотопы водорода:

– Н2О (молекула содержит изотоп протий с атомной массой 1 – clip_image002); массовый состав: m(H) : m(O) = 1 : 8;

– D2О (молекула содержит изотоп дейтерий с атомной массой 2 – clip_image004); массовый состав: m(H) : m(O) = 1 : 4;

– Т2О (молекула содержит изотоп тритий с атомной массой 3 – clip_image006); массовый состав: m(H) : m(O) = 3 : 8;

Таким образом, массовый состав молекул разный, тогда как атомный состав один и тот же – n(Н) : n(О) = 2 : 1.

2. Закону постоянства состава подчиняются лишь вещества с молекулярной структурой.

Рассмотрим твердые вещества с различными видами связи и типами кристаллической решетки.

– Вещества с атомными кристаллическими решетками (неметаллическими и металлическими).

Пусть мы имеем 10–7 моль подобного вещества (например, карбида кремния SiC или танталдиванадия V2Ta) в виде очень маленького монокристалла. Значит ли это, что в таком кристалле SiC (масса его всего 4 мкг) находится точно по 10–7 моль атомов кремния и углерода? Или в кристаллеV2Ta на 2×10–7 моль атомов ванадия приходится точно 1×10–7 моль атомов тантала? Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним, что 10–7 моль – это около 6·1016 атомов! Очевидно, что в зависимости от условий получения подобных веществ они будут содержать избыток того или другого элемента. Это отклонение от стехиометрии может быть существенным, как в случае соединения V2Ta, в котором содержание тантала может изменяться от 31 до 37 ат. % Ta (стехиометрический состав 33 1/3 ат. % Ta); оно может быть так мало, что не устанавливается современными средствами и практически не сказывается на свойствах и с ним надо считаться только в теоретическом плане, как в случае SiC.

– Вещества с ионной связью. Все вышесказанное относится и к таким веществам. Например, кристалл хлорида натрия, нагретый в парах металлического натрия, поглощает последний так, что ν(Na+)/ν(Cl) становится больше 1, при этом кристалл синеет и становится электронным полупроводником; его плотность уменьшается.

Область составов, в которой существует данное химическое соединение, называется областью его гомогенности. Так, область гомогенности Va2Ta составляет 31–37 ат. % Ta, NaCl – 50,00–50,05 ат. % Na и т. д. Во всех рассмотренных случаях стехиометрический состав находится внутри области гомогенности; такие соединения называются дальтонидами в честь Д. Дальтона. Существуют и соединения, стехиометрический состав которых находится вне области гомогенности, иными словами, при стехиометрическом составе они вообще не существуют; такие соединения называются бертоллидами в честь К. Л. Бертолле. Примером бертоллида может служить оксид железа (II), область гомогенности которого составляет 43–48 ат. % Fe, что отвечает формуле
Fe(0,84–0,96)O, т. е. состав FeO лежит вне пределов области гомогенности.

Итак, кристаллические вещества атомного и ионного строения не подчиняются закону постоянства состава.

– Вещества, построенные из молекул. В качестве примера возьмем воду. Вода различных источников имеет разные свойства (например, плотность, табл. 1), т. к. имеет разный изотопный состав, в основном изменяется содержание протия и дейтерия. Присутствие тяжелой воды D2O можно считать примесью к обычной воде и предположить, что в отсутствие этой примеси свойства воды станут независимыми от способа и источника получения. Вещество вода, как и любое другое вещество, в силу содержания примесей, имеет переменный состав и в этом смысле не подчиняется закону постоянства состава. В то же время очевидно, что состав молекул воды не зависит от способа получения; для молекул закон постоянства состава совершенно строг, но одновременно тривиален и не нуждается в обсуждении.

Таблица 1

Плотн

Источник

Плотность, г/мл

Источник

Плотность, г/мл

Снег

0,9999977

Животные

1,0000012

Дождь

0,9999990

Растения

1,0000017

Реки

1

Кристаллизационная вода

минералов

1,0000024

Океан

1,0000015

Пермь Питер Пятигорск