Школьные учителя нас обманывают?
На самых первых уроках химии в школе учителя рассказывают об основных законах химии. Среди них – закон постоянства состава вещества. В школьных учебниках он обычно формулируется так:
«Каждое химически чистое вещество независимо от места нахождения и способа получения имеет один и тот же постоянный состав [1].»
Закон постоянства состава вещества сформулировал французский химик Жозеф Луи Пруст (1754-1826) после тщательно проведенных экспериментов по взвешиванию. Другой французский химик Клод Луи Бертолле (1748-1822) утверждал обратное: состав соединений зависит от способа его получения, но Пруст опроверг его выводы, доказав, что эксперименты были неточны.
Однако впоследствии оказалось, что Бертолле был прав, хотя для того времени его идея и казалась ошибочной. В начале XX века Н. С. Курнаков пришел к выводу о том, что на самом деле существуют нестехиометрические соединения (соединения переменного состава). Кроме того, такие вещества – это не исключение, среди неорганических веществ около 95% могут иметь переменный состав. Соединения переменного состава назвали бертоллидами, в честь Бертолле, а соединения, имеющие постоянный состав, назвали дальтонидами. Сейчас эта теория является основой химического материаловедения, методология которого заключается в использовании зависимости свойств, состава и структуры материала от способа получения.
С другой стороны, теория Пруста также не является ошибочной. Дело в том, что она применима только для отдельного пласта химических веществ – веществ молекулярного строения, то есть состоящих из молекул и имеющих молекулярную кристаллическую структуру. К таким соединениям относят газообразные вещества (галогены, серу, фосфор), а также практически все органические вещества, за исключением солей органических кислот.
Из-за чего появляется непостоянство состава?
Атомы, ионы и молекулы, согласно кристаллохимическому представлению, располагаются в веществе не хаотично, а строго определенным образом.
Кристаллическая решетка – это геометрический образ, отражающий строение вещества. Узлы кристаллической решетки – точки, отражающие расположение атомов ионов или молекул.
Существует несколько видов кристаллических решеток, которые описывают строение различных кристаллических веществ. Принято считать, что атомы или ионы образуют строго определенную структуру, однако реальные кристаллы отличаются от идеальных. Узлы кристаллической решетки, отвечающие определенному атому (иону), могут быть не заняты, а в междоузлиях могут находиться избыточные атомы (ионы). Это является причиной непостоянства состава соединений.
Один из примеров непостоянства состава – оксид железа (II). Школьная формула этого соединения FeO. В реальности соединение имеет состав от Fe0,89O до Fe0,95O. Интересно, что соединение FeO является очень неустойчивым и получить его очень сложно.
Казалось бы, непостоянство состава вещества – это не очень удобная теория. Действительно, обычно в теоретических моделях используют именно «идеальные» формулы веществ, пренебрегая тем, что получить их бывает очень сложно, а то и невозможно.
Однако ученые нашли применение этому досадному факту. Оказалось, что соединения переменного состава могут использоваться в различных областях химии и производства. Например, они часто обладают интенсивной окраской, проявляют металлические или полупроводниковые свойства. Кроме того, реакционная и каталитическая активность бертоллидов выше, чем у соединений постоянного состава.
Список используемой литературы:
[1] – Рудзитис, Г. Е. Химия. Неорганическая химия. 8 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений с прил. на электрон. носителе / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман – 15-е изд. – М.: Просвещение, 2011. – 176 с.
[2] – Кузьменко, Н.Е. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы. Т.1 / Н. Е. Кузьменко, В. В. Еремин, В. А. Попков. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Экзамен, 2002 – 384 с.
[3] – Ахметов, Н. С., Общая и неорганическая химия. Учеб. для вузов. – 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк., Изд. Центр «Академия», 2001. – 743 с.
АВТОР СТАТЬИ:
Мария Лебедева - студентка Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого