სტექიომეტრიული კანონები

სტექიომეტრია — ქიმიის განყოფილება, რომელშიც განიხილება მორეაგირე ნივთიერებათა შორის მასური და ამოცულობითი შეფარდება. ბერძნული სიტყვა - სტექიომეტრია" - ქართულად ნიშნავს:„შემადგენელ ნაწილს“ „ვზომავ“. სტექიომეტრიის საფუძველს შეადგენენ სტექიომეტრიული კანონები: ნივთიერების მასის მუდმივობის, შედგენილობის მუდმივობის, ეკვივალენტების, კერად შეფარდებათა, მოცულობით შეფარდებათა, ავოგადროსი. მათ დაამტკიცეს ატომურ-მოლეკულური მოძღვრება - ახალი ქიმიის საფუძველი. თავის მხრივ, ატომურ-მოლეკულური მოძღვრები ხსნის სტექიომეტრიულ კანონებს. ლომონოსოვმა ჯერ თეორია წამოაყენა (1748), ხოლო შემდეგ ექსპერიმენტულად დაასაბუთა (1756) ნივთიერებათა მასის მუდმივობის კანონი. ამჟამად იგი შემდეგნაირად ფორმულირდება: ქიმიურ რეაქციაში მონაწილე ნივთიერების მასა ტოლია რეაქციის შედეგად წარმოქმნილი ნივთიერების მასისა. უფრო გვიან ფრანგი ქიმიკოსი ლავუაზიე, რომელმაც შეისწავლა მეტალთა დაჟანგვის ზოგიერთი რეაქცია, მივიდა იმავე დასკვნამდე და ლომონოსოვისაგან დამოუკიდებლად ფორმულირება მისცა ამ კანონს (1789). ატომურ- მოლეკულური მოძღვრების თვალსაზრისით ნივთიერების მასის მუდმივობის კანონის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ ქიმიური რეაქციების დროს ატომები არ ქრებიან და არ წარმოიქმნებიან არაფრისგან - რეაქციამდე და რეაქციის შემდეგ მათი რაოდენობა რჩება უცვლელი. რამდენადაც ატომებს აქვთ მუდმივი მასა და მათი რაოდენობა რეაქციის შედეგად არ იცვლება, ნივთიერების მასა რეაქციამდე და რეაქციის შემდეგ რჩება მუდმივი. ლომონოსოვმა დააკავშირა ნივთიერების მასის მუდმივობის კანონი ენერგიის მუდმივობის კანონთან და მათ განიხილავდა ერთიანობაში როგორც ბუნების საყოველთაო კანონს, რომელსაც 1748 წელს შემდეგნაირი ფორმულირება მისცა: „“ბუნებაში მომხდარი ყველა ცვლილება ისეთია, რომ რამდენიც ერთ სხეულს აკლდება, იმდენივე მეორეს ემატება, ესე იგი, თუ მატერიამ რაიმე მოიკლო, იგივე ემატება მეორე ადგილას. ბუნების ეს საყოველთაო კანონი ვრცელდება თვით მოძრაობის წესებშიც: რადგან სხეული, რომელიც თავისი ძალით სხვას ამოძრავებს, კარგავს იმდენს, რამდენსაც ანიჭებს სხვას, რომელიც მისგან მოძრაობს“. ამგვარად, ნივთიერების მასის მუდმივობის კანონი და ენერგიის მუდმივობის კანონი - ეს არის ბუნების ერთიანი კანონის ორი მხარე - მატერიისა და მისი მოძრაობის მარადისობა. თანამედროვე მეცნიერებამ დაადასტურა ლომონოსოვის დასკვნები. მასისა და ენერგიის ურთიერთკავშირი (იგი განიხილება ფიზიკაში) გამოისახება აინშტაინის განტოლებით: E = mc2 , სადაც E - არის ენერგია, m - მასა, c - სინათლის სიჩქარე სიცარიელეში. მასის მუდმივობის კანონი წარმოადგენს სხვადასხვა ნივთიერებებს შორის მიმდინარე რეაქციების შესწავლის საფუძველს: მისგან გამომდინარე, შეიძლება შევადგინოთ ქიმიური განტოლებები და მათი მიხედვით ვაწარმოოთ გაანგარიშებანი: იგი წარმოადგენს რაოდენობითი ქიმიური ანალიზის საფუძველს. ელემენტები ერთმანეთთან ურთიერთქმედებენ მტკიცედ განსაზღვრული რაოდენობითი თანაფარდობით. ასე მაგალითად, 1 მოლი წყალბადის ატომებისა (1,0079გ) უნაშთოდ უერთდება ქლორის ატომთა 1 მოლს (35,453გ), ნატრიუმის ატომთა 1 მოლს (22,9898გ). ეს მასური რაოდენობები ერთმანეთის ეკვივალენტურია. (ტოლფასია) ელემენტის ქიმიური ეკვივალენტი ეწოდება მის ისეთ რაოდენობას რომელიც უერთდება წყალბადის ატომთა 1 მოლს ან ქიმიურ რეაქციებში ჩაენაცვლება წყალბადის ატომტა იგივე რაოდენობას. იკვივალენტური მასა - ეს არის ნივთიერების 1 ეკვივალენტის მასა (განზომილება გ/მოლი). ჩვენს მაგალითში ქლორისა და ნატრიუმის ეკვივალენტური მასები შესაბამისად ტოლია 34,453 და 22,9898 გ/მოლის. მოცემულ ნაერთში ელემენტის ეკვივალენტურ მასას ɜ, ატომების მოლურ მასას A და სტექიომეტრიულ ვალენტობას V შორის არსებობს დამოკიდებულება ɜ = A/V. ფორმულის მიხედვით განისაზღვრება ელემენტის ეკვივალენტური მასის თოერიული მნიშვნელობა. დამოკიდებულების ანალიზი გვიჩვენებს, რომ ატომური და მოლეკულური მასებისაგან განსხვავებით ქიმიური ეკვივალენტი არ წარმოადგენს მუდმივ სიდიდეს; იგი დამოკიდებულია ვალენტობაზე. ეკვივალენტის მუდმივი მნიშვნელობა შეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ მუდმივი ვალენტობის მქონე ელემენტებს. ეკვივალენტისა და ეკვივალენტური მასის ცნება გამოსადეგია ნაერთების მიმართაც. ნაერთის ეკვივალენტი ეწოდება მის ისეთ რაოდენობას, რომელიც მოცემულ რეაქციაში ურთიერთქმედებს წყალბადის ან სხვა ნივთიერების ერთ ეკვივალენტთან. ატომურ-მოლეკულური მოძღვრების მეშვეობით ეკვივალენტების კანონი ადვილად აიხსნება. ქიმიურ რეაქციებში ერთი ნივთიერების ატომები უერთდება მეორე ნივთიერებების ატომთა განსაზღვრულ რიცხვს, და რამდენადაც ყოველი ატომი სახიათდება მუდმივი ატომური მასით, რეაქციაში მონაწილე ნივთიერებათა მასური თანაფარდობა ერთმანეთს შორის მტკიცედ განსაზღვრულია და ტოლფასი (ეკვივალენტურია). ორ ელემენტს შეუძლია ერთმანეთთან წარმოქმნას რამდენიმე ნაერთი. მაგ: აზოტის ოქსიდები: N2O, NO, N2O3, NO2. მათში ჟანგბადის რაოდენობა, რომელიც მოდის აზოტის ერთსა და იმავე რაოდენობაზე, ისე შეეფარდება ერთმანეთს, როგორც 0,57 ; 1,14 ; 1,71 ; 2,28 ; 2,85, ანუ 1: 2 : 2 : 4 : 5. ეს ფაქტი გამოგვადგება ჯერად შეფარდებათა კანონის საილუსტრაციოდ: თუ ორი ელემენტი ერთმანეთთან წარმოქმნის რამდენიმე ნაერთს, მაშინ ერთი ელემენტის მასური რაოდენობები, რომლითაც ის უერთდება მეორე ელემენტის ერთსა და იმავე მასურ რაოდენობას, ისე შეეფარდებიან ერთმანეთს, როგორც მცირე მთელი რიცხვები. საყოველთაო კანონიდან გამომდინარე, ენგელსმა მოგვცა ქიმიის შემდეგნაირი განმარტება: "ქიმიას შეიძლება ეწოდოს მეცნიერება სხეულთა თვისებრივი ცვლილების შესახებ, რომელიც მიმდინარეობს შედგენილობის რაოდენობრივი ცვლილების გავლენით. ჯერად ფარდობათა კანონი, როგორც შედგენილობის მუდმივობის კანონი, სამართლიანია მხოლოდ გაზობრივ და ორთქლისებრ მდგომარეობაში მყოფი ნაერთებისათვის. არამოლეკულური სტრუქტურის ნაერთებისათვის ერთი ელემენტის მასური რაოდენობა, რომელიც უერთდება მეორე ელემენტის ერთსა და იმავე რაოდენობას, შეიძლება შეეფარდებოდნენ ერთმანეთს, როგორც წილადი რიცხვები. ხომჩენკო - ქიმია. თბილისი 1989. გვ.26-31.