В химии закон множественных пропорций гласит, что если два элемента образуют более одного соединения , то отношения масс второго элемента, которые объединяются с фиксированной массой первого элемента, всегда будут отношениями малых целых чисел. [1] Этот закон иногда называют законом Далтона в честь Джона Далтона , химика, который первым выразил его.
Например, Дальтон знал, что элемент углерод образует два оксида , соединяясь с кислородом в разных пропорциях. Фиксированная масса углерода, скажем 100 граммов, может реагировать со 133 граммами кислорода с образованием одного оксида или с 266 граммами кислорода с образованием другого. Отношение масс кислорода, который может реагировать со 100 граммами углерода, составляет 266: 133 = 2: 1, отношение малых целых чисел. [2] Дальтон интерпретировал этот результат в своей атомной теории, предположив (в данном случае правильно), что два оксида имеют один и два атома кислорода соответственно для каждого атома углерода. В современных обозначениях первый - это СО ( окись углерода ), а второй - СО 2 ( диоксид углерода ).
Джон Дальтон впервые высказал это наблюдение в 1804 году. [3] Несколькими годами ранее французский химик Жозеф Пруст предложил закон определенных пропорций , который выразился в том, что элементы объединяются, образуя соединения в определенных четко определенных пропорциях, а не смешиваются в них. в любой пропорции; и Антуан Лавуазье доказал закон сохранения массы, что помогло Дальтону. Тщательное изучение реальных числовых значений этих пропорций привело Дальтона к предложению закона множественных пропорций. Это был важный шаг на пути к атомной теории, которую он предложит позже в том же году, и заложил основу химических формул для соединений.
Другой пример закона можно увидеть, сравнив этан (C 2 H 6 ) с пропаном (C 3 H 8 ). Вес водорода, который соединяется с 1 г углерода, составляет 0,252 г в этане и 0,224 г в пропане. Соотношение этих весов составляет 1,125, что может быть выражено как отношение двух маленьких чисел 9: 8.
Ограничения
Закон множественных пропорций лучше всего демонстрируется с помощью простых соединений. Например, если кто-то попытается продемонстрировать это, используя углеводороды декан (химическая формула C 10 H 22 ) и ундекан (C 11 H 24 ), можно обнаружить, что 100 граммов углерода могут реагировать с 18,46 граммами водорода с образованием декана или 18,31 грамма водорода для получения ундекана при соотношении масс водорода 121: 120, что вряд ли является отношением «малых» целых чисел.
Закон не работает с нестехиометрическими соединениями, а также не работает с полимерами и олигомерами .
История
Закон множественных пропорций был ключевым доказательством атомной теории, но неясно, открыл ли Дальтон закон множественных пропорций случайно, а затем использовал атомную теорию для его объяснения, или же его закон был гипотезой, которую он предложил для исследования. справедливость атомной теории. [4]
В 1792 году Бертран Пеллетье обнаружил, что определенное количество олова соединяется с определенным количеством кислорода с образованием одного оксида олова или в два раза больше кислорода с образованием другого оксида. [5] [6] Джозеф Пруст подтвердил открытие Пеллетье и предоставил измерения состава: один оксид олова состоит из 87 частей олова и 13 частей кислорода, а другой - 78,4 частей олова и 21,6 частей кислорода. Вероятно, это были оксид олова (II) (SnO) и диоксид олова (SnO 2 ), и их фактический состав: 88,1% олова - 11,9% кислорода и 78,7% олова - 21,3% кислорода.
Ученые, изучавшие труды Пруста, обнаружили, что у него было достаточно данных, чтобы самому открыть закон множественных пропорций, но почему-то он этого не сделал. Что касается вышеупомянутых оксидов олова, если бы Пруст скорректировал свои цифры на содержание олова в 100 частей для обоих оксидов, он бы заметил, что 100 частей олова будут соединяться либо с 14,9, либо с 27,6 частями кислорода. 14,9 и 27,6 образуют соотношение 1: 1,85, что составляет 1: 2, если простить экспериментальную ошибку. Кажется, это не пришло в голову Прусту, но это пришло в голову Далтону. [7]
Сноски
- ^ "определение закона множественных пропорций" . groups.molbiosci.northwestern.edu . Проверено 26 октября 2017 года .
- ^ Петруччи, Ральф Х .; Харвуд, Уильям S .; Херринг, Ф. Джеффри (2002). Общая химия: принципы и современные приложения (8-е изд.). Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall. п. 37 . ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331 . OCLC 46872308 .
- ^ «закон кратных пропорций | химия» . Британская энциклопедия . Проверено 26 октября 2017 года .
- ^ Роско и Харден (1896). Новый взгляд на атомную теорию Дальтона , стр. 4
- ^ Пеллетье (1792). Анналы де Шими , т. 12. С. 225-240.
- ^ Пруст (1800). Journal de Physique , т. 51, стр. 173
- ^ Генри (1854). Воспоминания ... , стр. 82
Библиография
- Джозеф Луи Пруст (1800). "Recherches sur l'étain" [Исследования олова]. Journal de Physique, de Chimie, et d'Histoire Naturelle (на французском языке). 51 : 173–184.
- Бертран Пеллетье (1792). «Наблюдения за различными свойствами муриата олова». Annales de Chimie (на французском языке). 12 : 225–240.
- Дж. П. Миллингтон (1906). Джон Далтон . JM Dent & Co. (Лондон); EP Dutton & Co. (Нью-Йорк).
- Генри Э. Роско; Артур Харден (1896 г.). Новый взгляд на происхождение атомной теории Дальтона . Macmillan and Co.