Если тщательно смешанные порошки железа и серы насыпать в стакан с водой, то порошок железа опускается на дно, а порошок серы всплывает. При действии на смесь этих веществ магнитом железный порошок притягивается к магниту, а сера нет. Опыты доказывают, что сера и железо в смеси сохраняют свои свойства.

Совершенно иной результат получается, если смесь порошка серы массой 4 г и железа массой 7 г нагревают в пробирке до начала химической реакции. Далее реакция идет за счет выделяющейся теплоты. После охлаждения пробирку с веществом разбивают, содержимое измельчают и с порошком проделывают такие же опыты, как со смесью порошка серы и железа. На образовавшееся в результате реакции вещество магнит не действует. Полученный порошок в воде не разделяется на серу и железо. Этот опыт показывает, что в результате реакции получилось новое вещество – сульфид железа с характерными для него свойствами.

Если для получения сульфида железа (FeS) взять железо массой не 7 г, а 10 г (на 4 г серы), то после реакции железо массой 3 г останется непрореагировавшим. Это свидетельствует о том, что железо и сера реагируют только в определенных массовых соотношениях. Такие же постоянные массовые отношения соблюдаются между элементами и в других реакциях.

Из проделанных опытов можно сделать вывод, что смеси резко отличаются от соединений:

2. Постоянство состава веществ.

На опыте мы убедились, что состав сульфида железа постоянный. Постоянным составом обладают большинство химических соединений (в настоящее время известны также соединения с переменным составом).

Положение о постоянстве состава было сформулировано французским ученым Ж. Прустом в начале XIX столетия. В настоящее время эта формулировка читается так:

Каждое химически чистое вещество независимо от места нахождения и способа получения имеет один и тот же постоянный состав.

Более глубокое представление о постоянстве состава дает учение об атомах и молекулах. Согласно этому учению чистые вещества состоят из одинаковых молекул. Например, в молекулу воды входят 2 атома водорода и 1 атом кислорода. Если вспомнить относительные атомные массы кислорода (16) и водорода (1), то легко можно определить, что состав молекул воды выражается массовым отношением 1:8. Состав молекул может измениться только на целое число атомов, но в таком случае образуется совершенно другое вещество с другими свойствами. Так, например, кроме молекул воды, существуют и такие молекулы, в состав которых входят два атома водорода и два атома кислорода, т.е. имеющие состав 1:16. Такое вещество называется пероксидом водорода; оно обладает совершенно другими свойствами, чем вода.

Теоретическое и практическое значение постоянства состава заключается в том, что на его основе состав веществ можно выразить при помощи химических знаков. Рассмотрим это на конкретном примере. Нам известно, что железо соединяется с серой в массовых отношениях 7:4. Зная относительные атомные массы железа и серы, можно вычислить, в каких атомных отношениях атомы этих элементов взаимно связаны в сульфиде железа:

7 мас. ч. Fe соединяется с 4 мас. ч. S

56 мас. ч. Fe соединяется с x мас. ч. S

7:56=4:x

x=56*4:7=32

Т.к. относительная атомная масса серы 32, а железа – 56, то в сульфиде железа на один атом железа приходится один атом серы, т.е. состав сульфида железа можно выразить формулой FeS, что является его химической формулой. Подобным образом выводятся химические формулы и других веществ.

На основе постоянства состава можно производить различные практические расчеты.

Задача. Сколько потребуется серы, чтобы она без остатка соединилась с железными опилками массой 2,8 кг, если эти элементы соединяются в массовых отношениях 4:7?

Решение.

7 кг Fe реагирует с 4 кг S

2,8 кг Fe реагирует с x кг S

7:2,8=4:x

x=4*2,8:7 кг=1,6 кг