化学における一定組成の法則

元素間の質量比を理解する

一定組成の法則によれば、化合物のすべてのサンプルには、元素の原子の同じ質量比が含まれています。ラフスワン/ゲッティイメージズ

化学では、一定の組成の法則 (の法則としても知られています) 明確な比率 ) は、純粋な 化合物 常に同じものを含む 要素 同じで 質量 割合。この法則は、複数の比率の法則とともに、化学における化学量論の基礎となっています。

つまり、化合物がどのように取得または調製されても、常に同じ質量比率で同じ元素が含まれます。たとえば、二酸化炭素 (CO₂) には常に炭素と酸素が 3:8 の質量比で含まれています。水 (H₂O) は、常に 1:9 の質量比で水素と酸素で構成されています。

定組成の法則 歴史

この法則の発見は、フランスの化学者の功績によるものです ジョセフ・プルースト 1798 年から 1804 年にかけて実施された一連の実験を通じて、化合物は特定の組成で構成されていると結論付けました。ジョン・ダルトンの原子論は、各元素が 1 種類の原子で構成されていることを説明し始めたばかりであり、当時、ほとんどの科学者は元素が任意の比率で結合できると信じていたことを考えると、プルーストの推論は例外的でした。

定組成の法則の例

この法則を使用して化学の問題を扱うときの目標は、元素間の最も近い質量比を探すことです。パーセンテージが数百分の 1 ずれていても問題ありません。実験データを使用している場合、変動はさらに大きくなる可能性があります。

たとえば、一定組成の法則を使用して、酸化第二銅の 2 つのサンプルが法則に従っていることを実証したいとします。最初のサンプルは 1.375 g の酸化第二銅で、これを水素で加熱すると 1.098 g の銅が得られました。 2 番目のサンプルでは、​​1.179 g の銅を硝酸に溶解して硝酸銅を生成し、続いてこれを燃焼して 1.476 g の酸化第二銅を生成しました。

この問題を解決するには、各サンプルの各元素の質量パーセントを見つける必要があります。銅の割合を求めるか、酸素の割合を求めるかは問題ではありません。 100 から値の 1 つを引くだけで、他の要素のパーセントを取得できます。

あなたが知っていることを書き留めてください：

最初のサンプルでは:

酸化銅 = 1.375 g
銅 = 1.098 g
酸素 = 1.375 - 1.098 = 0.277 g

CuO の酸素パーセント = (0.277)(100%)/1.375 = 20.15%

2 番目のサンプルの場合:

銅 = 1.179 g
酸化銅 = 1.476 g
酸素 = 1.476 - 1.179 = 0.297 g

CuO の酸素パーセント = (0.297)(100%)/1.476 = 20.12%

サンプルは一定の組成の法則に従い、有効数字と実験誤差を考慮しています。

定数合成の法則の例外

結局のところ、この規則には例外があります。あるサンプルから別のサンプルへの変数の組成を示すいくつかの非化学量論的化合物があります。例としては、酸素ごとに 0.83 ～ 0.95 の鉄を含む酸化鉄の一種であるウスタイトがあります。

また、原子にはさまざまな同位体が存在するため、通常の化学量論的化合物でさえ、存在する原子の同位体に応じて、質量組成の変動を示す場合があります。通常、この違いは比較的小さいものですが、実際に存在し、重要になる可能性があります。通常の水と比較した重水の質量比率は一例です。