Соединения переменного состава

Законы постоянства состава и кратных отношений вытекают из атомно-молекулярного учения. Вещества с молекулярной структурой состоят из одинаковых молекул. Поэтому естественно, что состав таких веществ постоянен. При образовании из двух элементов нескольких соединений атомы этих элементов соединяются друг с другом в молекулы различного, но определенного состава.

Например, молекула оксида углерода (II) построена из одного атома углерода и одного атома кислорода, а в состав молекулы диоксида углерода входит один атом углерода и два атома кислорода. Ясно, что масса кислорода, приходящаяся на одну массу углерода, во втором из этих соединений в 2 раза больше, чем в первом.

В отличие от закона сохранения массы, справедливость которого полностью подтверждена открытиями, сделанными после его установления, законы постоянства состава и кратных отношений оказались на столь всеобщими. В связи с открытием изотопов выяснилось, что соотношение между массами элементов, входящих в состав данного вещества, постоянно лишь при условии постоянства изотопного состава этих элементов. При изменении изотопного состава элемента меняется и массовый состав соединения. Например, тяжелая вода содержит около 20% (масс.) водорода, а обычная вода лишь 11%.

В начале ХХ века Курнаков Н.С., изучая сплавы металлов, открыл соединения переменного состава. В этих соединениях на единицу массы данного элемента может приходиться различная масса другого элемента.

Так, в соединении, которое висмут образует с таллием, на единицу массы таллия может приходиться от 1.24 до 1.82 единиц массы висмута.

В 30-ых годах ХХ века выяснилось, что соединения переменного состава встречаются не только среди соединений металлов друг с другом, но и среди других твердых тел, например, оксидов, соединений металлов с серой, азотом, углеродом, водородом. Для многих соединений переменного состава установлены пределы, в которых может изменяться из состав.

Так, в диоксиде титана TiO₂ на единицу массы титана может приходиться от 0.65 до 0.67 единиц массы кислорода, что соответствует формуле TiO 1.9 — 2.0. Конечно такого рода формулы указывают не состав молекулы.

Соединения переменного состава имеют не молекулярную, а атомную структуру, и отражают только границы состава вещества.

Пределы возможного изменения состава у различных соединений различны. Кроме того, они изменяются с изменением температуры. Если два элемента образуют друг с другом несколько соединений переменного состава, то в этом случае будет неприменим и закон кратных отношений.

Например, титан образует с кислородом несколько оксидов переменного состава, важнейшими из которых являются TiO 1.46 — 1.56 и TiO 1.9 — 2.0. Ясно, что в этом и в подобных случаях закон кратных отношений не соблюдается.

Не соблюдается закон кратных отношений и в случае веществ, молекулы которых состоят из большого числа атомов.

Например, известны углеводороды, имеющие формулы C₂₀Н₄₂ и С₂₁Н₄₄. Числа единиц массы водорода, приходящихся в этих и подобных им соединениях на одну единицу массы углерода, относятся друг к другу как целые числа, но назвать эти числа небольшими нельзя.