1.1 Základní chemické zákony

Pro zrod atomové teorie vytvořilo předpoklady formulování základních chemických zákonů. Mezi tyto zákony patří:

· Zákon zachování hmotnosti

Hmotnost všech látek do reakce vstupujících je rovna hmotnosti všech reakčních produktů.

Poprvé tento zákon formuloval Lomonosov (1748) a později nezávisle na něm Lavoisier (1774).

· Zákon zachování energie

Energii nelze vytvořit ani zničit.

Zákon opět poprvé formuloval Lomonosov (1748), ve známost vstoupil až po novější, nezávislé formulaci Mayerem (1842).

Dnes víme, že vzhledem k platnosti Einsteinova vztahu ekvivalence mezi hmotností m a energií E (vztah ) představují oba zákony zákon jediný. Celková hmotnost a energie izolované soustavy se nemění.

Změny hmotnosti, které odpovídají měřitelným změnám energie při chemických reakcích, jsou tak malé, že je prakticky nelze detekovat.

Sloučením 1 g vodíku s přibližně 8 g kyslíku na vodu se uvolní energie , což odpovídá snížení hmotnosti o .

· Zákon stálých poměrů slučovacích

Hmotnostní poměr prvků či součástí dané sloučeniny je vždy stejný a nezávislý na způsobu přípravy sloučeniny.

Zákon byl formulován nezávisle Proustem a Daltonem (1799).

Například ve vodě je poměr hmotností kyslíku a vodíku přibližně 8 : 1.

· Zákon násobných poměrů slučovacích

Tvoří-li dva prvky více podvojných sloučenin, pak hmotnosti jednoho prvku slučujícího se vždy se stejným množstvím prvku druhého jsou pro tyto sloučeniny v poměrech, které lze vyjádřit přibližně podílem malých celých čísel.

Zákon byl formulován nezávisle Richterem (1791) a Daltonem (1802).

Kyslík, který se sloučí bezezbytku s 1 g vodíku na vodu, má hmotnost asi 8 g. Kyslík, který se sloučí bezezbytku s 1 g vodíku na peroxid vodíku, má hmotnost přibližně 16 g. Poměr uvedených hmotností kyslíku je 1:2.

· Zákon stálých poměrů objemových

Při stálém tlaku a teplotě jsou objemy plynů vstupujících spolu do reakce, popřípadě též objemy plynných produktů reakce, vždy ve stejném poměru, který je možno vyjádřit malými celými čísly.

Zákon formuloval Gay-Lussac (1805).

Kyslík s objemem se bezezbytku sloučí s vodíkem o objemu na vodu ve formě páry o objemu .

· Zákon Avogadrův

Ve stejných objemech různých plynů či par je za stejného tlaku a teploty stejný počet molekul.

Tento zákon formuloval Avogadro spolu se zavedením pojmu molekula.

Molekula představuje nejmenší částici látky, která má ještě její chemické vlastnosti. Molekula se skládá buď z více atomů různých prvků (heteronukleární molekula) nebo z více atomů stejného prvku (homonukleární molekula), může ji tvořit i jeden atom (jednoatomová molekula).

Z platnosti zákona stálých poměrů objemových (viz uvedený příklad) a Avogadrova zákona vyplývá existence dvouatomových molekul vodíku a kyslíku.

Zavedení pojmu molekula si vyžádala i kinetická teorie. Její vztahy dávají správné výsledky, jen když budeme považovat za základní částice látek, které v této teorii vystupují, molekuly (nikoliv atomy). V případě prvků, s výjimkou vzácných plynů, které mají jednoatomové molekuly, to musí být molekuly tvořené více atomy daného prvku. Nejčastěji jsou to dvouatomové molekuly jako např. u dusíku, kyslíku nebo vodíku.

· Faradayův zákon elektrolýzy

Hmotnost látky m přeměněné při elektrolýze na elektrodě je úměrná prošlému náboji Q: m = AQ, kde A je elektrochemický ekvivalent.

Nejmenší náboj přenesený při elektrolýze je roven elementárnímu elektrickému náboji e, což je důkazem kvantování elektrického náboje.

Dnes můžeme na základě atomistických představ psát , kde m_r je relativní atomová hmotnost daného atomu, Z  je stupeň ionizace atomu (iontu) v elektrolytu (odpovídá mocenství), u je atomová hmotnostní konstanta a e elementární elektrický náboj. Platí totiž , kde N je počet prošlých iontů (kationtů či aniontů), a tedy i atomů vyloučených na příslušné elektrodě (katodě či anodě). Nositeli elektrického náboje v elektrolytu jsou ionty s nábojem Ze , které na elektrodě zachytí či odevzdají elektrony a vylučují se jako atomy s hmotností m_ru.

Látky do reakce vstupující

Tyto látky se označují jako reaktanty.

Přibližně

Na počátku 19. století byly odchylky skutečných hodnot poměrů od hodnoty příslušného podílu celých čísel v rámci přesnosti tehdejších měřících metod. Na základě současných přesnějších měření víme, že poměry se od podílu celých čísel o něco málo liší, což souvisí s rozdílem v hmotnosti neutronů a protonů a hmotnostním úbytkem jádra atomu.

Elektrochemický ekvivalent

Tato veličina je pro danou látku konstantní

Elementární elektrický náboj - nejmenší přenesený náboj

Celkový přenesený náboj je tedy pouze celistvým násobkem e.

---

---