УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ

ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10 КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

Продолжение.
См. № 4—14, 16—28, 30—34, 37—44, 47, 48/2002;
1,  2,  3/2003

§ 4.4. Законы атомно-молекулярной теории

(продолжение)

Закон постоянства состава. В исторически устаревшей формулировке закон утверждает, что каждое химическое соединение независимо от способа его получения имеет один и тот же состав.
Все газообразные вещества действительно имеют строго определенный состав независимо от способа их получения, например газообразная вода или диоксид углерода.
Однако это относится не ко всем состояниям веществ. Например, при получении оксида железа FеО (вюстит) его состав и свойства (плотность, электропроводность, цвет, реакционная способность, температура плавления и др.) зависят от способа его получения (при разных температурах и давлениях кислорода). При этом состав оксида железа может изменяться в интервале FеО_1,02–FеО_1,19. Интересно заметить, что получить оксид железа FeO точного состава не удается.
Такое же явление обнаруживается и среди оксидов цинка, титана или свинца. Это следует помнить при самостоятельном изготовлении неорганических веществ для красок. Нагревание веществ при высоких температурах приводит к удалению кислорода из твердых оксидов, что вызывает изменение их цвета.
Подобные соединения получили название соединений переменного состава.
Такие соединения обнаружены среди кристаллических веществ с преимущественно ионной связью между атомами (те же вещества имеют неопределенный состав и в жидком виде). В газовом же состоянии все вещества имеют строго определенный состав, например в газовой фазе оксид железа представляет собой двухатомную молекулу точного состава FеО.

Соединения переменного состава широко используют как катализаторы в химической отрасли промышленности и в полупроводниковых устройствах в электронике.

Открытие и исследования соединений переменного состава потребовали пересмотра формулировки закона постоянства состава. Теперь он формулируется так: химические соединения с молекулярной структурой имеют один и тот же состав и свойства независимо от способа получения; химические соединения с ионной структурой имеют в кристаллическом (или жидком) состоянии один и тот же состав только при строгом соблюдении постоянства всех условий получения вещества.
Приведите примеры соединений с молекульной (молекулярной) и ионной структурами.
Состав оксида железа может изменяться в интервале FеО_1,02–FеО_1,19. Какие должны быть – высокие или низкие – температура и давление кислорода, чтобы получить состав с максимальным или минимальным содержанием кислорода в оксиде? Обязательно подумайте над ответом на этот вопрос. Например, вы занимаетесь обжигом керамических изделий, на которые нанесен пигмент, приготовленный из оксида железа, а состав кристаллического вещества (содержание в нем кислорода) в значительной степени сказывается на окраске этого пигмента.
Теперь и закон кратных отношений следует сформулировать по-новому: если два элемента образуют друг с другом несколько соединений с молекульной (молекулярной) структурой, то на одно и то же массовое количество одного из них приходятся такие количества другого, которые соотносятся между собой как целые числа.
Валентность. Закон о валентности не был сформулирован, но о валентности существуют достаточно определенные представления.
Законы эквивалентов, объемных отношений, кратных отношений, постоянства состава и другие доказывают, что есть некоторые строго определенные соотношения, при которых атомы одного элемента образуют молекулы (соединения) с атомами другого элемента. Атом каждого элемента обладает строго определенной способностью соеди- няться с другими. Здесь мы подходим к понятию валентности, которое очень интересно в историко-познавательном смысле. Раньше даже философы спорили, что же понимать под валентностью. С развитием науки это понятие непрерывно расширяло свое содержание, и сейчас никто не может дать его точное современное определение.
В самом общем значении валентность есть количественная характеристика химического поведения атома. Валентность можно определить как способность атома элемента присоединять к себе определенное число атомов других элементов.
Определите валентность железа в оксидах: FеО, Fе₃О₄, Fе₂О₃ и даже в FеО_1,02 или FеО_1,19.
Мерой валентности может служить число атомов водорода, которое атом данного элемента может к себе присоединить. Атом одновалентного элемента присоединяет к себе один атом другого одновалентного элемента. Атом двухвалентного элемента может присоединить к себе два атома одновалентного элемента или один атом другого двухвалентного элемента и т. д. О валентности элемента можно судить по составу его соединений не только с водородом (всегда одновалентен), но и с кислородом, который в большинстве соединений двухвалентен, и с любым другим элементом, валентность которого известна.
Валентность элемента в соединении можно определить, если известны его атомная масса и мольная масса эквивалента:

Имейте в виду, что валентность (как и степень окисления) не равна заряду на атоме в молекуле соединения. Так, в молекуле оксида азота N₂O заряд на двухвалентном атоме кислорода равен не –2, а –0,81 заряда электрона; в молекуле Cl₂O₇ заряд на атоме кислороде равен всего –0,01.

А теперь прочитайте определение валентности в энциклопедическом словаре (Большой энцикло-педический словарь. М.: Научное изд-во «Большая Российская энциклопедия», 1998, с. 175): «Валентность (от лат. valentia – сила) – способность атома химического элемента (или атомной группы) образовывать определенное число химических связей с другими атомами (или атомными группами). Вместо валентности часто пользуются более узкими понятиями, например степень окисления, координационное число». Теперь найдите как можно больше несоответствий (признаков отличия) между понятиями валентности в энциклопедическом словаре и этом учебнике.
А не смогли бы вы сформулировать закон о валентности химических элементов?

Список новых и забытых понятий и слов

О.С.ЗАЙЦЕВ