Это отработанный пример химической задачи, использующей закон множественных пропорций.
Два разных соединения образуются элементы углерод и кислород. Первое соединение содержит 42,9% по массе углерода и 57,1% по массе кислорода. Второе соединение содержит 27,3% по массе углерода и 72,7% по массе кислорода. Покажите, что данные соответствуют закону множественных пропорций.
Решение
Закон множественных пропорций – третий постулат атомной теории Дальтона. В нем говорится, что массы одного элемента, которые объединяются с фиксированной массой второго элемента, находятся в соотношении целых чисел.
Следовательно, массы кислорода в двух соединениях, которые сочетаются с фиксированной массой углерода, должно быть целочисленное соотношение. В 100 граммах первого соединения (100 выбрано для облегчения расчетов) 57,1 грамма кислорода и 42,9 грамма углерода. Масса кислорода (O) на грамм углерода (C) составляет:
57,1 г O/42,9 г C = 1,33 г O на 1 г C
В 100 граммах второго соединения 72,7 грамма кислорода (O) и 27,3 грамма углерода (C). Масса кислорода на грамм углерода составляет:
72,7 г O/27,3 г C = 2,66 г O на 1 г C
Деление массы O на грамм C второго (большего значения) соединения:
2.66/1.33 = 2
Это означает, что массы кислорода, которые соединяются с углеродом, находятся в соотношении 2: 1. Целочисленное соотношение соответствует закону множественных пропорций.
Решение задач, связанных с законом множественных пропорций
Хотя соотношение в этом примере задача решена как точно 2: 1, более вероятно, что проблемы химии, и реальные данные дадут вам близкие отношения, но не целые числа. Если бы ваше соотношение получилось как 2,1: 0,9, вы бы знали, что нужно округлить до ближайшего целого числа и работать оттуда. Если у вас соотношение больше 2,5: 0,5, то вы можете быть уверены, что оно неверно (или ваши экспериментальные данные были ужасно плохими, что тоже случается). Хотя соотношение 2: 1 или 3: 2 является наиболее распространенным, вы можете получить, например, 7: 5 или другие необычные комбинации.
Закон работает правильно так же, когда вы работаете с соединениями, содержащими более двух элементов. Чтобы упростить расчет, выберите 100-граммовый образец (чтобы вы имели дело с процентами), а затем разделите наибольшую массу на наименьшую массу. Это не критично – вы можете работать с любыми числами, – но это помогает установить шаблон для решения этого типа проблемы.
Соотношение не всегда будет очевидным. Чтобы распознать соотношения, нужна практика.
В реальном мире закон множественных пропорций не всегда выполняется. Связи, образующиеся между атомами, более сложны, чем то, что вы узнаете на уроке химии 101. Иногда целые числа не применяются. В классе вам нужно получать целые числа, но помните, что может наступить время, когда вы получите неприятные 0,5 (и это будет правильно).