Teorii si legi de baza ale chimiei

Teorii si legi de baza ale chimiei

Timp de mai multe secole filozofii au dezbatut problema daca materia este continua sau dis­con­tinua. In antichitate Democrit a afirmat ca materia este alcatuita din particule mici, indivi­zi­bile pe care le-a denumit atomi. La inceputul secolului al XIX-lea, John Dalton a reluat afirmatiile lui De­mo­crit si in urma experimentelor cu privire la dizolvarea gazelor in lichide si a combinarii substan­telor schiteaza prima forma a teoriei atomice insotita de urmatoarele concluzii:

1. Orice tip de materie este constituita din atomi.

2. Atomii unui element anumit au aceeasi masa, sau cel putin o masa medie, caracteristica ace­lui element; atomii elementelor diferite au mase diferite.

3. In reactiile chimice, atomii intregi si nu fragmente de atomi se combina, se desfac sau isi schimba locul.

4. Atunci cand atomii se combina cu alti atomi, combinarea are loc in unul sau mai multe ra­poarte de numere intregi si mici.

O mare parte din cei peste 6 milioane de compusi cunoscuti constau din aglomerari de atomi cunoscute sub numele de molecule.

Legile fundamentale ale chimiei sunt

1. Legea conservarii masei si energiei: "In procesele chimice nu se creeaza si nu se distruge mate­rie. Energia nu poate fi creata nici distrusa, dar poate fi convertita dintr-o forma in alta".

Observatie: astazi se stie ca in unele procese nucleare, materia poate fi convertita in energie si invers. In procesele chimice si fizice uzuale, legile conservarii masei si energiei raman valabile.

2. Legea compozitiei definite (legea proportiilor definite): "In compusii chimici elementele chi­mi­ce se combina intotdeauna in proportii definite". (Un exemplu simplu, este dat de sulfura de fier, ca­re se poate obtine prin reactia directa dintre sulf si fier. S-a putut constata ca intotdeauna raportul intre masa de fier si masa de sulf care reactioneaza este 7/4 (56 g fier reactioneaza cu 32 g sulf pentru a forma 88 g sulfura de fier). Indiferent prin ce alta metoda a fost obtinuta sulfura de fier, s-a constatat intotdeauna ca in produsul obtinut raportul masic de combinare al elementelor este mereu acelasi.

3. Legea proportiilor multiple. "Daca doua elemente reactioneaza pentru a da mai multi com­pu­si, atunci raporturile maselor celui de-al doilea element combinat cu o masa fixa din cel dintai ele­ment pot fi intotdeauna exprimate ca rapoarte de numere intregi si mici". Un exemplu semni­ficativ, care ilustreaza legea proportiilor multiple, este dat de oxizii azotului (Tabelul 1).

Tabelul 1. Legea proportiilor multiple in cazul oxizilor azotului

Prin urmare, diferitele mase de oxigen, care se combina cu aceeasi masa de azot (14 g), se gasesc intre ele in rapoartele 8:16:24:32:40 = 1:2:3:4:5.

4. Legea volumelor constante. Referindu-se la reactiile intre gaze, Gay-Lussac (1808) a formulat legea volumelor constante astfel: "la aceeasi temperatura si presiune, intre volumele gazelor care se combina sau rezulta din reactie exista un raport de numere intregi si mici".

Experienta a demonstrat ca 1 volum de hidrogen se combina cu 1 volum de clor pentru a forma 2 volume de acid clorhidric gazos. Similar, 3 volume de hidrogen reactioneaza cu 1 volum de azot pen­tru a da 2 volume de amoniac. Aparent, legea volumelor constante a lui Gay-Lussac infirma teoria atomista a lui Dalton, conform careia in reactia dintre 1 volum de hidrogen si 1 volum de clor ar tre­bui sa rezulte 1 volum de acid clorhidric si nu 2 volume, intrucat un "atom" de hidrogen se com­bina cu un "atom" de clor pentru a da un "atom" de acid clorhidric. Aceasta contradictie a fost rezolvata de Avogadro, care a aratat ca gazele sunt constituite din molecule biatomice, astfel incat reactiile de mai sus pot fi scrise:

H₂ + Cl₂ 2HCl

3H₂ + N₂ 2NH₃

Avogadro a aratat ca volume de gaze diferite contin acelasi numar de particule daca deter­mina­rea are loc in conditii bine precizate de temperatura si presiune. Trebuie precizat faptul ca legile clasi­ce ale chimiei au fost elaborate inainte de cunoasterea compozitiei si structurii moleculare a subs­tantelor. Chiar daca in prezent ele par a fi o consecinta fireasca a compozitiei moleculare, rolul pe care l-au avut in dezvoltarea teoriei atomo-moleculare a fost hotarator.