ქიმია არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს მატერიის თვისებებს, შემადგენლობას და ცვლილებებს. როგორც ყოველდღიურ ცხოვრებაში ფუნდამენტური მეცნიერება, ქიმიას აქვს რამდენიმე ძირითადი კანონი, რომლებიც მატერიისა და მისი რეაქციების გაგების ძირითად საფუძველს წარმოადგენს. ეს სტატია განიხილავს ქიმიის ოთხ ფუნდამენტურ კანონს: მასის შენახვის კანონი, განსაზღვრული პროპორციების კანონი, მრავალჯერადი პროპორციების კანონი და გეი-ლუსაკის კანონი.
1. მასის შენახვის კანონი
მასის შენახვის კანონი, რომელიც პირველად ანტუან ლავუაზიემ 1789 წელს შემოიღო, აცხადებს, რომ ნივთიერების სრული მასა ქიმიურ რეაქციამდე და მის შემდეგ ერთნაირია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ქიმიური რეაქციის დროს მასის წარმოქმნა ან განადგურება შეუძლებელია. ეს პრინციპი გადამწყვეტია ქიმიური რეაქციების სტექიომეტრიის გამოთვლისას.
მაგალითი:
დავუშვათ, რომ გვაქვს მარტივი ქიმიური რეაქცია:
\[ 2H_2 + O_2 \მარჯვნივ ისარი 2H_2O \]
თუ დავიწყებთ 4 გრამი წყალბადით (H₂) და 32 გრამი ჟანგბადით (O₂), მაშინ რეაქციამდე ნივთიერებების საერთო მასა 36 გრამია. რეაქციის შემდეგ გვექნება 36 გრამი წყალი (H₂O), რაც მიუთითებს, რომ საერთო მასა იგივე რჩება.
ეს კანონი გვასწავლის, რომ ყველა ქიმიური რეაქციის დროს რეაქტანტებისა და პროდუქტების მასები თანაბარი უნდა იყოს. ამიტომ, ქიმიური განტოლების შექმნისას უნდა უზრუნველვყოთ, რომ განტოლება დაბალანსებულია.
2. მუდმივი პროპორციების კანონი
განსაზღვრული პროპორციების კანონი, ანუ პრუსტის კანონი, მისი აღმომჩენის, ჯოზეფ პრუსტის სახელს ატარებს, რომელმაც ის 1797 წელს შემოგვთავაზა. მასში ნათქვამია, რომ ქიმიური ნაერთი ყოველთვის შედგება ერთი და იგივე ელემენტებისგან ფიქსირებული მასის თანაფარდობით. ეს ნიშნავს, რომ წყლის ნებისმიერი ნიმუში (H₂O), მაგალითად, ყოველთვის შედგება წყალბადისა და ჟანგბადისგან ერთი და იგივე მასის თანაფარდობით, დაახლოებით 1:8.
მაგალითი:
თუ წყალს ნებისმიერი წყაროდან ავიღებთ, აღმოვაჩენთ, რომ წყალბადისა და ჟანგბადის მასური თანაფარდობა ყოველთვის 1:8-ია. ეს ეხება ზღვიდან, ტბებიდან ან წვიმის წყალს.
ეს კანონი გადამწყვეტია, რადგან ის გვეხმარება გავიგოთ, რომ ქიმიურ ნაერთებს აქვთ ფიქსირებული შემადგენლობა, მათი წარმოშობისა თუ მომზადების მეთოდის მიუხედავად. ის ასევე ქმნის საფუძველს სხვადასხვა ნაერთის ქიმიური ფორმულების დასადგენად.
3. მრავალჯერადი პროპორციების კანონი
მე-19 საუკუნის დასაწყისში ჯონ დალტონის მიერ აღმოჩენილი მრავალჯერადი პროპორციების კანონი ამბობს, რომ თუ ორ ელემენტს შეუძლია ერთზე მეტი ნაერთის წარმოქმნა, მაშინ ერთი ელემენტის მასები მეორე ელემენტის მოცემულ მასასთან შერწყმული მარტივი მთელი რიცხვების თანაფარდობა იქნება.
მაგალითი:
განვიხილოთ ნახშირბადი და ჟანგბადი, რომლებსაც შეუძლიათ ორი განსხვავებული ნაერთის წარმოქმნა: ნახშირბადის მონოქსიდი (CO) და ნახშირორჟანგი (CO₂). ნახშირბადის მონოქსიდში ნახშირბადისა და ჟანგბადის მასური თანაფარდობა დაახლოებით 3:4-ია, ხოლო ნახშირორჟანგში ნახშირბადისა და ჟანგბადის მასური თანაფარდობა დაახლოებით 3:8-ია. ეს თანაფარდობა მიუთითებს, რომ CO-სა და CO₂-ში ჟანგბადის რაოდენობა ნახშირბადის მოცემულ მასასთან შერწყმულია 4:8-ის ანუ 1:2-ის თანაფარდობით.
ეს კანონი მნიშვნელოვან წარმოდგენას გვიქმნის იმის შესახებ, თუ როგორ ერთიანდებიან ატომები სხვადასხვა პროპორციით სხვადასხვა ნაერთების წარმოსაქმნელად და ადასტურებს დალტონის ატომურ თეორიას, რომ მატერია განუყოფელი ატომებისგან შედგება.
4. გეი-ლუსაკის კანონი
გეი-ლუსაკის კანონი, რომელიც ჯოზეფ ლუი გეი-ლუსაკმა 1808 წელს შემოგვთავაზა, აცხადებს, რომ ქიმიური რეაქციის დროს, რეაქციული აირებისა და მათი პროდუქტების მოცულობები, ერთი და იგივე ტემპერატურისა და წნევის დროს გაზომვისას, მარტივი მთელი რიცხვების თანაფარდობითაა. ეს კანონი ხშირად განიხილება, როგორც აიროვანი რეაქციების განსაზღვრული პროპორციების კანონის გაფართოება.
მაგალითი:
თუ წყალბადსა და ჟანგბადს შორის წყლის წარმოქმნის რეაქცია გვაქვს, მაგალითად:
\[ 2H_2 (გ) + O_2 (გ) \მარჯვენა ისარი 2H_2O (გ) \]
ამგვარად, წყალბადის აირის ორი მოცულობა რეაგირებს ჟანგბადის აირის ერთ მოცულობასთან და წარმოქმნის წყლის აირის (ორთქლის) ორ მოცულობას. ეს გვიჩვენებს, რომ რეაქციული აირების მოცულობების თანაფარდობა მარტივი მთელი რიცხვია (2:1:2).
ეს კანონი ძალიან მნიშვნელოვანია აირების ქიმიაში და გვეხმარება ახსნას, თუ როგორ ურთიერთქმედებენ აირების ნაწილები ქიმიურ რეაქციებში. ის ასევე გვეხმარება აირის მოლური მოცულობისა და ქიმიაში მოლის კონცეფციის განსაზღვრაში.
დასკვნა
ქიმიის ეს ოთხი ფუნდამენტური კანონი — მასის შენახვის კანონი, განსაზღვრული პროპორციების კანონი, მრავალჯერადი პროპორციების კანონი და გეი-ლუსაკის კანონი — ქიმიური რეაქციებისა და მატერიის შემადგენლობის შესახებ ჩვენი გაგების ძირითადი საყრდენებია. ისინი არა მხოლოდ ქიმიური რეაქციების შედეგის პროგნოზირების ჩარჩოს იძლევიან, არამედ ქიმიის ლაბორატორიაში ზუსტი რაოდენობრივი გამოთვლების ჩატარებაშიც გვეხმარებიან.
ამ კანონების გაგებითა და გამოყენებით, ჩვენ შეგვიძლია უკეთ გავიგოთ ჩვენს გარშემო არსებული სამყარო, დაწყებული მსხვილი სამრეწველო პროცესებიდან, დამთავრებული ყოველდღიური ბუნებრივი მოვლენებით. ისინი ქიმიაში მრავალი აღმოჩენისა და ინოვაციის საფუძველია, რომლებიც აგრძელებენ ადამიანის ცოდნის საზღვრების გაფართოებას.
