Քիմիան նյութի հատկությունների, բաղադրության և փոփոխությունների ուսումնասիրությունն է: Գիտության զարգացմանը զուգընթաց գիտնականները ձևակերպել են մի քանի հիմնարար օրենքներ, որոնք ընկած են բոլոր քիմիական տեսությունների և կիրառությունների հիմքում: Այս օրենքները ոչ միայն կարևոր են քիմիայի հիմնական ըմբռնման համար, այլև չափազանց օգտակար են տեխնոլոգիայի, դեղագործության և շրջակա միջավայրի տարբեր գործնական կիրառություններում: Այս հոդվածում կքննարկվեն քիմիայի չորս հիմնարար օրենքներ՝ զանգվածի պահպանման օրենքը, որոշակի համամասնությունների օրենքը, բազմակի համամասնությունների օրենքը և Գեյ-Լյուսակի օրենքը:
Զանգվածի պահպանման օրենքը
Զանգվածի պահպանման օրենքը, որը հայտնի է նաև որպես Լավուազիեի օրենք, անվանակոչվել է ֆրանսիացի քիմիկոս Անտուան Լավուազիեի անունով, որը այն ձևակերպել է 18-րդ դարում: Այս օրենքը նշում է, որ քիմիական ռեակցիայի մեջ ներգրավված նյութերի ընդհանուր զանգվածը չի փոխվում. նյութերի զանգվածը ռեակցիայից առաջ և հետո նույնն է:
Զանգվածի պահպանման օրենքի սկզբունքը
Այս օրենքի հիմնական սկզբունքն այն է, որ քիմիական ռեակցիայի ընթացքում զանգված չի կարող առաջանալ կամ ոչնչացվել։ Յուրաքանչյուր քիմիական ռեակցիայի դեպքում ռեակտիվների ընդհանուր զանգվածը հավասար է առաջացող նյութերի ընդհանուր զանգվածին։
Կիրառման օրինակներ
Զանգվածի պահպանման օրենքի պարզ օրինակ է փայտի այրումը։ Երբ փայտը այրվում է, այն ռեակցիայի մեջ է մտնում օդի թթվածնի հետ՝ առաջացնելով մոխիր, ածխաթթու գազ և ջրային գոլորշի։ Եթե չափենք փայտի և թթվածնի զանգվածը այրումից առաջ, իսկ մոխրի, ածխաթթու գազի և ջրային գոլորշու զանգվածը՝ այրումից հետո, ընդհանուր զանգվածը կմնա նույնը։
Ռեակտիվ նյութերի զանգվածը = արգասիքների զանգվածը
Մեկ այլ օրինակ է ջրի էլեկտրոլիզը, որտեղ ջուրը (H₂O) քայքայվում է ջրածնի (H₂) և թթվածնի (O₂) գազերի: Քայքայված ջրի զանգվածը հավասար կլինի առաջացած ջրածնի և թթվածնի ընդհանուր զանգվածին:
Հաստատուն համամասնությունների օրենքը
Որոշակի համամասնությունների օրենքը, որը հայտնի է նաև որպես Պրուստի օրենք, անվանակոչվել է ֆրանսիացի քիմիկոս Ժոզեֆ Պրուստի անունով, որը այն ձևակերպել է 18-րդ դարի վերջին։ Այս օրենքը նշում է, որ քիմիական միացությունը միշտ առաջանում է նույն տարրերից՝ զանգվածային առումով ֆիքսված և որոշակի հարաբերակցությամբ։
Հաստատուն համամասնությունների օրենքի սկզբունքը
Այս օրենքը նշում է, որ քիմիական միացության բաղադրությունը հաստատուն է և կախված չէ նրանից, թե ինչպես է այն պատրաստվում կամ որտեղից է ստացվում։ Օրինակ՝ ջուրը միշտ բաղկացած է երկու ջրածնի ատոմից և մեկ թթվածնի ատոմից, ինչը ջրածնի և թթվածնի զանգվածային հարաբերակցությունը տալիս է մոտավորապես 1:8։
Կիրառման օրինակներ
Որոշակի համամասնությունների օրենքի կիրառման օրինակ է ջուրը (H₂O): Գետերից, օվկիանոսից վերցված կամ լաբորատորիայում պատրաստված ջուրը միշտ ունի ջրածնի և թթվածնի նույն զանգվածային հարաբերակցությունը: Եթե մենք քայքայենք ջուրը, մենք միշտ կգտնենք ջրածին և թթվածին ֆիքսված զանգվածային հարաբերակցությամբ՝ մոտավորապես 1 գրամ ջրածին յուրաքանչյուր 8 գրամ թթվածնի դիմաց:
Բազմակի համամասնությունների օրենքը
Բազմակի համամասնությունների օրենքը, որը հայտնաբերվել է Ջոն Դալթոնի կողմից 19-րդ դարի սկզբին, նշում է, որ եթե երկու տարրեր կարող են առաջացնել մեկից ավելի միացություն, ապա մեկ տարրի զանգվածները մյուս տարրի տրված զանգվածի հետ միասին կլինեն պարզ ամբողջ թվերի հարաբերակցությամբ։
Բազմակի համամասնությունների օրենքի սկզբունքը
Այս օրենքը ցույց է տալիս, որ տարրերը կարող են տարբեր հարաբերակցություններով միավորվել՝ առաջացնելով տարբեր միացություններ, սակայն զանգվածային հարաբերակցությունները միշտ պարզ ամբողջ թվեր են։ Սա հաստատում է ատոմային տեսությունը, որ ատոմները քիմիական ռեակցիաներում ամենափոքր անբաժանելի միավորներն են։
Կիրառման օրինակներ
Բազմակի համամասնությունների օրենքի կիրառման օրինակ կարելի է տեսնել ածխածնից և թթվածնից առաջացած միացություններում: Ածխածինը կարող է միանալ թթվածնի հետ՝ առաջացնելով երկու տարբեր միացություններ՝ ածխածնի մոնօքսիդ (CO) և ածխաթթու գազ (CO₂): Եթե չափենք թթվածնի զանգվածը, որը միանում է ածխածնի նույն զանգվածին երկու միացություններում էլ, կտեսնենք, որ ածխածնի մոնօքսիդում և ածխաթթու գազում թթվածնի զանգվածների հարաբերակցությունը 1:2 է:
\[ \text{CO:} \frac{1 \text{ գրամ C}}{1,33 \text{ գրամ O}} \]
\[ \text{CO}_2\text{:} \frac{1 \text{ գրամ C}}{2,66 \text{ գրամ O}} \]
\[ \frac{2,66}{1,33} = 2 \]
Գեյ-Լյուսակի օրենքը
Գեյ-Լյուսակի օրենքը, որը կոչվել է Ժոզեֆ Լուի Գեյ-Լյուսակի անունով, նշում է, որ գազի ճնշումը ուղիղ համեմատական է նրա ջերմաստիճանին, երբ գազի ծավալը մնում է անփոփոխ։ Այս օրենքը կարևոր է գազերի վարքագիծը հասկանալու համար և գազերի կինետիկ տեսության հիմքերից մեկն է։
Գեյ-Լյուսակի օրենքի սկզբունքը
Այս օրենքը նշում է, որ եթե գազի ծավալը մնում է անփոփոխ, ապա ջերմաստիճանի բարձրացումը կհանգեցնի գազի ճնշման աճի, և հակառակը։ Այս օրենքը կարող է ձևակերպվել հետևյալ կերպ.
\[ \frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2} \]
որտեղ P-ն ճնշումն է, T-ն՝ ջերմաստիճանը Կելվինով, իսկ 1-ը և 2-ը ներկայացնում են սկզբնական և վերջնական պայմանները։
Կիրառման օրինակներ
Գեյ-Լյուսակի օրենքի օրինակ է փակ գազաբալոնը։ Եթե բալոնը տաքացվի, ներսում գտնվող գազի ջերմաստիճանը կբարձրանա, և որպես արդյունք՝ գազի ճնշումը նույնպես կբարձրանա։ Սա այն սկզբունքն է, որն օգտագործվում է բազմաթիվ սարքերի, ինչպիսիք են աէրոզոլային տարաները և ներքին այրման շարժիչները, աշխատանքի մեջ։
Եզրակացություն
Քիմիայի չորս հիմնարար օրենքները՝ զանգվածի պահպանման օրենքը, որոշակի համամասնությունների օրենքը, բազմակի համամասնությունների օրենքը և Գեյ-Լյուսակի օրենքը, հիմք են հանդիսանում քիմիական ռեակցիաները և նյութերի վարքագիծը տարբեր պայմաններում հասկանալու համար: Այս օրենքները ոչ միայն ընկած են քիմիայի տեսության և պրակտիկայի հիմքում, այլև լայն կիրառություն ունեն գիտության և տեխնոլոգիայի մեջ: Այս օրենքները հասկանալով և կիրառելով՝ մենք կարող ենք ավելի լավ կանխատեսել քիմիական ռեակցիաների արդյունքները, նախագծել արդյունավետ քիմիական գործընթացներ և մշակել նոր, էկոլոգիապես մաքուր և կայուն տեխնոլոգիաներ: Այս գիտելիքը հիմնարար է հարակից ոլորտներում աշխատող յուրաքանչյուր քիմիկոսի և գիտնականի համար:
