化学组合定律

化学中存在某些规则或定律，所有化学反应在发生时都遵循这些规则或定律。这些定律被称为化学组合定律。这些定律专门针对涉及元素电子的化学反应。核反应不遵循这些定律，因为核反应涉及原子核。

化学组合定律主要有五条，描述如下：

1) 质量守恒定律（或物质不灭定律）

这条定律由安托万·拉瓦锡于 1789 年提出，并由兰多尔特验证。它指出，在化学反应中，质量既不能被创造，也不能被毁灭。然而，当反应物转化为产物时，一种类型的质量可以转化为另一种类型的质量。

因此，根据这条定律，当反应物完全消耗或完全转化为产物时，反应物质量之和将等于产物质量之和，这意味着反应物总质量 = 产物总质量。正因如此，我们需要配平化学方程式。

如果反应物未完全转化为产物，则反应物总质量 = 产物总质量 + 未反应的反应物质量

例如，在以下化学反应中，一个氢分子与一个氯分子反应生成两个氯化氢分子 (HCl)。

H₂ + Cl₂ → 2HCl

在上述化学反应中，氢的原子质量为 2 克（因为有两个氢原子），氯的原子质量为 71 克（因为有两个氯原子）。因此，反应物总质量为 2 + 71 = 73 克。

现在，在此反应中，形成了 2 个氯化氢 (HCl) 分子，其总质量为 2 (1x 35.5)，等于反应物的总质量。这表明该反应遵循质量守恒定律，因为质量既没有被创造也没有被毁灭，它只是从一种形式转化为另一种形式。此外，在此反应中，反应物完全消耗以形成产物，因此反应物总质量 = 产物总质量。

2) 定比定律或恒定组成定律

这条定律由约瑟夫·普鲁斯特于 1806 年提出。它指出化合物组成元素的比例是固定的。这意味着化合物总是含有相同元素，其质量比例固定，无论其制备方法或来源如何。

例如，无论你从任何来源取水或通过任何方法制备水，水分子中氢原子和氧原子的重量比始终是固定或相同的 (H₂O)。例如，水分子中氢的原子量始终为 2 克，氧的原子量始终为 16 克。因此，水分子中氢和氧的比例始终为 2:16 或 1:8。所以，根据这条定律，每 1 克氢应该有 8 克氧才能形成水。

3) 倍比定律

这条定律由约翰·道尔顿提出。根据这条定律，当两种元素结合形成不止一种化合物时，与另一种元素的固定质量结合的不同质量的一种元素总是呈简单的整数比。让我们举几个例子来理解这条定律：

i) 氢 (H) 和氧 (O)

氢和氧形成两种不同的化合物：水 (H₂O) 和过氧化氢 (H₂O₂)。在这两种化合物中，氢的质量保持不变（2 克）。而氧的质量不同；在水中为 16 克，在过氧化氢中为 32 克。因此，根据倍比定律，不同质量的氧与固定质量的氢结合。所以，根据这条定律，这两种化合物中的氧应该呈简单的整数比。在 H₂O 中氧为 16 克，而在 H₂O₂ 中氧为 32 克。现在，我们可以看到，不同质量的氧彼此呈简单的整数比（16:32 或 1:2）。

ii) 碳 (C) 和氧 (O)

碳和氧相互反应形成二氧化碳 (CO₂) 和一氧化碳 (CO)。在这种情况下，氧与固定质量的碳结合形成两种不同的化合物。在这里，在 CO₂ 中，氧的质量为 32 克，在 CO 中，氧的质量为 16 克。现在，当不同质量的氧与另一种元素的固定质量结合时，它们之间再次呈简单的比例。在这种情况下，氧的比例为 32:16 或 2:1，这是一个简单的整数比。

iii) 氮 (N) 和氧 (O)

氮与氧结合形成以下化合物。

1. N₂O（氮的重量为 28，氧的重量为 16）
2. NO（氮的重量为 14，氧的重量为 16）
3. NO₂（氮的重量为 14，氧的重量为 32）
4. N₂O₃（氮的重量为 28，氧的重量为 48）
5. N₂O₅（氮的重量为 28，氧的重量为 80）

如果我们取化合物 ii 和 iii 中的两个 NO 和 NO₂ 摩尔，两种分子中 N 的重量变为 28，然而氧的重量分别变为 32 和 64。

现在，所有分子中 N 的重量固定（28 克），并且 O 与固定重量的氮反应。现在根据这条定律，这些不同分子中氧的不同质量彼此之间的比例应该是一个简单的整数比，即 16:32:64:48:80 或 1:2:4:3:5。

4) 相互比例定律

它最初由耶利米亚斯·里希特于 1791 年提出。它也是化学计量学的一条基本定律，因为它涉及参与化学反应的元素的比例。根据这条定律，元素 X 和 Y 的质量比，当它们分别与第三个元素 Z 的固定质量结合时，将与 X 和 Y 相互结合时的质量比相同或为其倍数。

让我们用以下示例来理解这条定律：

假设有三个元素 P、Q 和 R。

X 克 P 与 Y 克 Q 结合形成 PQ

Z 克 R 与 Y 克 Q 结合形成 ZQ

这里，P 和 R 的质量比，它们与固定质量 (Y 克) 的 Q 结合 = X: Z

现在，U 克 P 与 V 克 R 结合形成 PR，所以它们相互结合时的比例 = U: V

现在根据这条定律，P 和 R 的比例 (X: Z) 当它们与第三个元素的固定质量结合时，等于或乘以它们相互结合时的比例 (U: V)。

所以，要么 X: Z = U: V，要么 X: Z = n 乘以 U: V，其中 n 可以是 1、2、3 等。

让我们取氢 (H)、氧 (O) 和硫 (S) 三种元素来进一步理解它。

氢与氧形成水 (H₂O)，与硫形成硫化氢 (H₂S)。硫与氧反应形成二氧化硫 (SO₂)。现在，在这种情况下，硫和氧与固定质量的氢 (2 克) 结合，并且它们也相互反应生成 SO₂。

现在，S:O 质量比，当它们以不同方式结合时为 32:16 = 2:1

现在，S:O 质量比，当它们相互结合时为 32:32 = 1:1

现在根据定律，比率 2:1 应该等于 1:1 或 1:1 的倍数。

在这种情况下，它是 1:1 的倍数，因为 2:1 = 1:1 x 2

5) 气体体积定律

这条定律由盖·吕萨克于 1808 年提出。根据这条定律，在气态反应中，气体总是以简单的体积比结合，并形成产物，产物也与反应物呈简单的比率，前提是所有气体都在相同的温度和压力下相互反应。

让我们通过一个简单的例子来理解它。

在以下示例中，一体积的氢气与一体积的氯气结合形成两体积的氯化氢气体。

H₂ (气体) + Cl₂ (气体) → 2HCl (g)

因此，根据气体体积定律，它们结合的体积比将是一个简单的比率，在这种情况下，比率为 1:1:2。

让我们再举一个例子来理解它。

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

这里，一体积的氮气与三体积的氢气结合形成两体积的氨气。

现在，在这种情况下，反应物和产物的体积比也是一个简单的比率（1:3:2），这遵循气体体积定律。