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一定比率の法則および定比率の法則としても知られる一定組成の法則は、同じ純粋な物質の異なるサンプルが常に同じ質量比率の同じ化学元素で構成されることを示しています。これは、サンプルのサイズ、取得方法、組成の決定方法に関係なく発生します。
この法則は、複数の比率の法則とともに、化学反応に関与する化学元素および化合物の定量的比率を測定する化学量論の基礎を形成します。
定数合成の法則の使用
一定組成の法則により、純粋な物質のサンプルに含まれる各元素の量を簡単に決定できます。例えば、水には水素と酸素が1:9の質量比で含まれていることが知られています。
たとえば、水のサンプルで 150 g の酸素とどのくらいの量の水素が結合しているかを調べたい場合は、水素と酸素の比率を 1:9 として使用できます。これが常に水の組成になるからです。
定数合成の法則の歴史
すでに化学の知識があり、物質が原子や分子に組織化される方法を知っている人にとって、この法則はやや些細なことかもしれません。この法則は、分子が常に同じ数の原子で構成されているという事実に由来していることは明らかです。ただし、この法則が発表された時点では、原子論はまだ確立されていなかったことを覚えておくことは非常に重要です。
実際、一定組成の法則は、1798 年から 1804 年の間に一連の実験を行ったフランスの化学者ジョゼフ・プルーストに起因するものであり、彼は純粋な物質が一定の組成を持っていると結論付けることができました。
定数合成の法則の例
一定組成の法則は、化学量論の問題を解決するためによく使用されます。これらの場合、純粋な物質に存在する元素の量に関連する計算を実行できるようにするために使用されます。この法則の使用法を示す次の例を見てみましょう。
純物質の組成の決定
問題:炭化水素のサンプルが過剰な酸素の存在下で燃焼し、3.52 g の二酸化炭素と 1.80 g の水が生成されます。二酸化炭素には 27.27% の炭素が含まれ、水には 1.80% の水素が含まれていることがわかっているので、炭化水素の組成を決定します。
解決策:この問題は、二酸化炭素と水の分子式がわかっているかどうかに応じて、いくつかの方法で解決できますが、一定の比率または一定の組成の法則を使用して解決する方がはるかに簡単です。
炭化水素であるため、化合物が水素と炭素のみで構成されていることがわかっているため、炭化水素の組成を決定することは、各元素に対応する質量パーセントを決定することを意味します。
水素は水に含まれていますが、すべての炭素は二酸化炭素に含まれているため、生成された 3.52 g の二酸化炭素に含まれる炭素の量と、生成された 1.8 g の水に含まれる水素の量を決定する必要があります。定数合成の法則が使用されます。
自明ではありませんが、定数合成の法則がここで 2 回使用されています。
- 1 回目は、100 g の二酸化炭素中の炭素の割合が、燃焼によって生成された 3.52 g の二酸化炭素と同じであると仮定することでした。
- 2 つ目は、水 100 g 中の水素の同じ比率を使用して、燃焼中に生成された 1.80 g の水に存在する水素の質量を計算したため、同じことを水で行った場合です。
定数合成の法則の例外
他の多くの法則と同様に、定数合成の法則にも例外があります。これは、組成が変化する化合物があるためです。
ベルトリデス
この例は、ベルトリド化合物とも呼ばれる非化学量論的化合物によって表されます。
これは、一部の原子が欠落している、または一部の原子が異なる酸化状態にあるなど、構造に欠陥がある可能性がある非分子固体化合物のファミリーです。これは、遷移金属酸化物で特に一般的です。
同位体変動
一定の比率の法則が完全に満たされない別の状況は、それらを構成する元素の異なる同位体を含む 2 つの分子の組成を比較する場合です。たとえば、酸化重水素としても知られる重水には、通常の水素の 2 倍の重水素原子が 2 つあります。この場合、水素と酸素の質量比は、通常の水のように 1:9 ではなく、重水では 2:9 になります。
参考文献
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