本科課程輔導
發布時間：2023-09-21 09:43
化學是分析、測試和研究不同原子、電子、元素、分子和許多其他粒子之間的相互作用和反應的科學分支。化學反應每天都在我們身邊發生，因為化學相互作用和反應并不是隨機發生的，而是受許多化學定律的支配，這些定律是科學家多年前為人類文明所發現的。在本文中，我們將介紹 9 條主要的化學定律，以及它們是如何發揮作用的... 讓我們開始吧!
化學定律有很多，并隨著每一次新的發現而變化和發展。這些定律與我們所知道的所有其他定律共同作用，制約著其他現象和反應。無論是生物定律、數學定律還是物理定律，它們都被視為 "自然法則"。
在化學中，有三個定律被認為是 "化學基本定律"，它們是
a.質量守恒定律
b.恒定比例定律
c.多比例定律
在化學學習過程中，您可能與這些定律有過密切的接觸，但不一定知道它們的真正名稱。在此，我們將對它們逐一進行詳細討論。
1.質量守恒定律
質量守恒定律可追溯到 1789 年安托萬-洛朗-德-拉瓦錫的發現，他指出"質量在化學反應中既不產生也不消滅"。換句話說，即使對于一個封閉的系統，化學反應的反應物和生成物的總質量在整個反應過程中和反應的任何時候都保持不變。
這一結論已被計算和實驗所證明，因為幾乎所有天然存在的元素在地球表面普遍存在的條件下都非常穩定。這為現代化學奠定了基礎。這一定律是公認的現代原子理論的基石之一，與質量守恒定律和定比例定律并列。這些定律共同強化了道爾頓的假設和概念，即物質是由物質的組成元素(即原子)的各種不可分割的組合構成的。
2.穩定關系定律
該定律又稱恒定比例定律或普魯斯特定律，由法國化學家路易-普魯斯特根據他在硫化物、金屬氧化物和硫酸鹽方面的研究成果于 1779 年首次發表。不過，化學家安托萬-拉瓦錫(Antoine Lavoisier)和約瑟夫-普里斯特利(Joseph Priestley)最早提到了這一定律。
根據該定律"構成特定化合物的單個元素無論其來源如何，都以固定的比例(按質量計)存在"。
為了更好地理解，一個純水分子總是由兩個氫原子和一個氧原子組成，比例是眾所周知的 2:1。一克純水(如果你對數字感興趣的話)含有約 0.11 克氫原子和 0.88 克氧原子。另一個遵循這一定律的化合物的著名例子是甲烷。一個甲烷分子需要四個氫原子和一個碳原子。
這一定律的例外情況是非化學計量化合物，即不同樣品中元素的比例各不相同。眾所周知，含有不同同位素組成元素的樣品和天然聚合物也會違背這一定律。二氧化氮分子(NO2)的氮氧原子數比為 1:2，質量比為 14:32(或 7:16)。因此，它不符合標準比例定律。
這一定律最初并未受到科學界的歡迎，反而遭到了強烈反對。直到道爾頓提出原子理論，這一定律才被采納。瑞典化學家雅各布-貝采里烏斯于 1811 年建立了理論與定律之間的聯系，這一定律才被采納。
3.多重關系定律
1804 年，英國氣象學家約翰-道爾頓提出了所謂的道爾頓定律，沿用了英國氣象學家約翰-道爾頓將元素組合成化合物的思想。根據這一定律"當元素結合成化合物時，原始元素的比例可以用小整數的比率來表示"。例如，碳和氧反應生成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，CO 與氧的比例為 1:1，CO2 與碳的比例為 1:2，兩者都是簡單整數。
4.化學公式
一個人的化學素養體現在他能夠形成和使用簡單的通用語言，輕松地表達和表示化合物、分子甚至單個元素。它們都是通過幾個字母和數字來表達一系列反應和相互作用的。
這種通用語言被稱為化學式。其定義如下"用化學符號和數字字符表示一個單位化合物組成的表達式"。請不要混淆 "化學式 "和 "結構式 "的定義和使用。"結構式 "是一種二維圖形，顯示組成分子或化合物的原子的空間關系。
化學式完全取決于化合物中連續原子的數量及其比例，用數字表示。這些化學式可以很簡單，如 H(指氫)，也可以很復雜，如 CH3CH2OH(指乙醇)。
有一個特殊的化學分支專門用于學習和理解(但不是死記硬背)有機化合物以及它們之間的所有相互作用和關系。有機化學要求真正熱愛化學的學生理解和記憶所有化合物的定律和命名法。這個分支受許多 "普通 "化學定律的支配，但也受其他特殊定律的支配，以適應該分支的特殊性。
除了學習基礎知識外，有機化學還可以很好地歸入 "黃金法則 "的范疇。堆肥、有機燃料、酒精、尿素和丙酮都是我們日常生活中常見的有機化合物。
1.阿伏加德羅定律
如果您只在入門課程中學習過化學，那么您可能已經接觸過阿伏加德羅定律。這一著名定律指出"在相同的溫度和壓力下，相同體積的氣體含有相同數量的分子"。
這一經驗定律于 1811 年提出，以都靈大學物理學教授阿梅代奧-阿伏伽德羅的名字命名。然而，他的定律直到 1958 年才被科學界接受，當時意大利化學家斯坦尼斯勞-坎尼扎羅(Stanislao Cannizzaro)提出的化學邏輯體系完全基于這一定律。
阿米迪奧提出，在相同的溫度和壓力下，理想氣體在相同的體積內具有相同數量的分子!這個特殊的分子數在科學上被稱為阿伏加德羅數，等于 6.02214076 x 1023 個分子。
其數學表示如下
V α n 或
V/n = κ
其中
V：氣體的體積
n：氣體物質的數量(以摩爾為單位)
k：給定溫度和壓力下的常數
在兩種條件下，相同化合物和物質之間的比值表示為：V1/n1=V2/n2。
這個等式給出了氣體的摩爾數與體積的比值，其中氣體的摩爾數與體積成正比。
2.波義耳定律
"在恒溫條件下，一定量氣體的壓強與其所占體積成反比變化"。波義耳定律是另一個描述和處理氣體壓縮和膨脹的經驗關系。它由物理學家羅伯特-波義耳于 1662 年提出，其數學公式如下。
p α 1/V 或
pV = K
其中
P：氣體施加的壓力
V：氣體占據的體積
K：比例常數
如果將氣體置于容器中，并在容器內或通過容器做功，則可利用以下關系確定壓力值：
p1V1 = p2V2。
這一定律在許多應用中都有實際應用，本篇有趣的文章將討論其中的一些應用： 波義耳定律的 3 個最重要應用"。
3.查爾斯定律
科學家雅克-查爾斯在 1780 年代未發表的著作中提出了這一定律，也被稱為 "體積定律"。該定律指出"如果壓力保持不變，恒量氣體所占的體積與其絕對溫度成正比"。坦率地說，這一定律描述了氣體在加熱時如何有利于膨脹。
數學公式如下
V a T，或
VT = K。
如果進行比較，我們可以使用以下公式：
V1/T1 = V2/T2。
從這些等式中我們可以得出結論：溫度和體積之間存在反比關系。
4.蓋-呂薩克定律
該定律由法國化學家約瑟夫-蓋-呂薩克(Joseph Gay-Lussac)于 1808 年提出，是氣體定律的另一個重要基石。它指出"假定質量和體積不變，完全氣體的壓力和溫度成正比"。
該定律的數學表達式如下
P a T，或
P/T = K。
請注意，T 是氣體的絕對溫度，而不是任何隨機溫度。
蓋-呂薩克效應在我們的日常生活中隨處可見。例如，在冬天觀察汽車輪胎氣壓是否下降，或者觀察家中的丙烷罐。輪胎和丙烷罐會隨著環境溫度的變化而顯示出較高或較低的壓力。
5.完美氣體定律
這也被稱為 "一般氣體方程"。盡管該定律有一些局限性，但它是許多不同條件下氣體行為的良好近似值。
該定律由 Benoît Paul Émile Clapeyron 于 1834 年提出，是前面提到的所有定律，即阿伏加德羅定律、波義耳定律、查爾斯定律和蓋-呂薩克定律的結合。
該定律指出"對于給定質量和恒定體積的完全氣體，施加在其容器兩側的壓力與其絕對溫度成正比。
數學表達如下
pV = nRT、
其中
n：氣體分子數
R：完全氣體常數。
在開始計算之前，請確保所使用的溫度 (T) 單位為開爾文。R = 8,3145 J.K-1.mol-1，或 m3⋅Pa⋅K-1⋅mol-1。一般來說，這種關系的簡單性促使我們將氣體視為理想氣體，除非有相反的充分理由。
化學，尤其是有機化學，是一門不斷發展的科學，它是控制我們生活中一切事物的許多基本規律和原則的基礎。其他化學定律，如法拉第定律、格雷厄姆定律和亨利定律等，都是基本的定律，而且完全吻合。
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