化学における倍数比例の法則 2 つの元素が 2 つ以上の化合物を形成する場合、1 つの元素の異なる質量が他の元素の固定質量と結合する比率は、小さい整数の比率であると述べています。倍数比例の法則の別名はダルトンの法則です ジョン・ダルトンが法則を記述した最初の化学者だったからです。ただし、ダルトンはダルトンの分圧の法則も定式化したため、「倍数比例の法則」が好まれる名前です。
倍数比例の法則の例
たとえば、ダルトンは、炭素が異なる割合で酸素と結合することによって 2 つの酸化物を形成することを観察しました。たとえば、100 グラムの炭素サンプルは 133 グラムの酸素と反応して 1 つの化合物を形成するか、266 グラムの酸素と反応して別の化合物を形成します。 100 グラムの炭素と反応する酸素質量の比率は 266:133 =2:1 です。このデータから、ダルトンは 2 つの化合物の化学式が CO と CO
別の例として、窒素は酸素と反応し、5 つの異なる窒素酸化物を形成します。 14 グラムの窒素と結合する酸素の質量は、8、16、24、32、および 40 グラムです。酸素質量の比率は 1:2:3:4:5 です。
複数の比率の問題の法則
倍数比例の法則の問題には、主に 2 つのタイプがあります。最初のタイプの問題は、概念の理解度をテストします。もう 1 つは、別の元素と複数の化合物を形成する元素間の少数の比率を見つけます。
問題 1
次のうち、倍数比例の法則を説明しているのはどれですか?
- 普通の水と重水
- 塩化ナトリウムと臭化ナトリウム
- 二酸化硫黄と三酸化硫黄
- 苛性ソーダと苛性カリ
正解は、二酸化硫黄と三酸化硫黄が法則を説明していることです。その理由は、これが 1 つの元素 (硫黄) であり、2 番目の元素 (酸素) と結合して複数の化合物を形成するためです。塩化ナトリウムと臭化ナトリウム、および苛性ソーダと苛性カリは 2 つの化合物を含むシナリオですが、これらの化合物には同じ 2 つの要素が含まれていません。通常の水と重水は、水素同位体が異なるだけで、互いに同じ化合物です。
問題 2
炭素と酸素は 2 つの化合物を形成します。最初の化合物は、質量で 42.9% の炭素と質量で 57.1% の酸素です。 2 番目の化合物は、質量で 27.3% の炭素と質量で 72.7% の酸素です。酸素質量間の比率が倍数比例の法則と一致することを示してください。
この問題を解決するには、一定量の炭素と結合する酸素の質量が整数比であることを示してください。自分の人生を楽にして、各サンプルが 100 グラムあると仮定します。次に、最初のサンプルには 57.1 グラムの酸素と 42.9 グラムの炭素があります。したがって、炭素 (C) 1 グラムあたりの酸素 (O) の質量は次のようになります。
57.1 g O / 42.9 g C =1 g C あたり 1.33 g O
2 番目の化合物については、100 グラムのサンプルを想定すると、72.7 グラムの酸素 (O) と 27.3 グラムの炭素 (C) があります。炭素 1 グラムあたりの酸素の質量は次のとおりです。
72.7 g O / 27.3 g C =g C あたり 2.66 g O
このように問題を設定すると、炭素の固定量は 1 グラムに等しくなります。したがって、2 つの化合物の炭素 1 グラムあたりの酸素の質量を分割するだけです。
2.66 / 1.33 =2
つまり、炭素と結合する酸素の質量は 2:1 の比率になります。この小さな整数比は、複数の比率の法則をサポートしています。
計算を別の方法 (1.33 / 2.66 =1 / 2 または 1:2 の比率) で実行しても問題はないことに注意してください。これは、整数の比率が得られるためです。また、実際の実験では、完全なデータが得られない可能性があり、丸めが必要になる場合があります。たとえば、比率が 2.1 :0.9 の場合、数値を四捨五入して 2:1 の比率を取得します。
倍数比例の法則の限界
倍数比例の法則は、単純な化合物に最もよく適用されます。
すべての状況でうまく機能するわけではなく、すべての化合物に当てはまるわけでもありません。具体的には、非化学量論的化合物、オリゴマー、およびポリマーでは失敗します。水素を含むより大きな分子にはうまく機能しません。水素の質量は非常に小さいため、丸め誤差によって誤った比率が得られることが多く、水素の質量間の比率が常に小さい整数になるとは限りません。
たとえば、炭素と水素は炭化水素のデカン (C10 H22 ) とウンデカン (C11 H24 ）。 100 グラムの炭素に対して、デカンには 18.46 グラムの水素が含まれ、ウンデカンには 18.31 グラムの水素が含まれます。 2 つの化合物の水素質量の比率は 121:120 で、小さい整数比ではありません。
歴史
倍数比例の法則は、ダルトンの原子論と結びついているため重要です。しかし、ダルトンが倍数比例の法則を観察し、それを使用して原子論を定式化したのか、それとも理論が最初に登場したのかは不明です。
ダルトンはこの法則を最初に記述しましたが、実際にそれを観察した最初の化学者ではありませんでした。 1792 年、Bertrand Pelletier は、一定量の酸素が 1 種類の酸化スズを形成し、その量の 2 倍 (1:2 の比率) が別の酸化物を形成することに注目しました。ジョゼフ・プルーストはペルティエの観察を確認し、化合物中のスズと酸素の相対量を測定しました。プルーストは法則を発見するのに必要な情報を持っていましたが、発見を一般化することはしませんでした.
参考文献
- ペルティエ、ベルトラン (1792)。 「オブザベーション・シュル・プリュシエール・プロプリエテ・デュ・ムリアテ・デタン」[錫のムリアテの様々な性質に関する観察]. Annales de Chimie （フランス語で）。 12:225–240.
- ペトルッチ、ラルフ H.;ハーウッド、ウィリアム・S。 Herring, F. Geoffrey (2002)。 一般化学:原理と最新の応用 （第8版）。ニュージャージー州アッパーサドルリバー：プレンティスホール。 ISBN 978-0-13-014329-7.
- プルースト、ジョセフ ルイ (1800 年)。 「Recherches sur l’étain」（錫に関する研究）。 Journal de Physique, de Chimie, et d’Histoire Naturelle （フランス語で）。 51:173–184。
- ロスコー、ヘンリー E.;ハーデン、アーサー (1896)。 ダルトンの原子論の起源に関する新しい見解 .マクミラン商会
