Das Gesetz von mehreren Proportionen ist heutzutage weitgehend überholt, weil wir alle glauben, dass Atome existieren. Vor etwa 1900 wurden diese und ähnliche Gesetze verwendet, um zu zeigen, dass beispielsweise das Verhältnis von Sauerstoff in $ \ ce {CO} $ zu Sauerstoff in $ \ ce {CO2} $ 2: 1 beträgt.

Natürlich ist das trivial offensichtlich, wenn wir die Formeln schreiben, aber bevor wir an Atome glaubten, konnten die Verhältnisse der "kleinen ganzen Zahl" als Beispiel für eine experimentelle Situation verwendet werden (das Verhältnis 2: 1), die durch Atome (dh Quantisierung) erklärt werden konnte Atommassen.)

Heute verursacht das Gesetz mehr Verwirrung als es heilt. Atome sind hier, um zu bleiben.

Soweit mir bekannt ist, gibt es keinen allgemein akzeptierten harten Grenzwert, der den Zahlenbereich bestimmt, der "kleine" Massenverhältnisse darstellen würde. Im Allgemeinen wählen alle Lehrbuchbeispiele Verbindungen aus, die einstellige Massenverhältnisse ergeben.

Die Bedeutung der Verhältnisse ist gering (sowie ihre Konstanz und die begrenzte Anzahl unterschiedlicher Massenverhältnisse für tatsächlich in der Natur vorkommende binäre Verbindungen ) ist, dass sie verlässliche Schlussfolgerungen über die stöchiometrischen Anteile ermöglichen, in denen Elemente allein auf der Grundlage empirischer Rohdaten kombiniert werden, und zu Vermutungen über die Anzahl möglicher Konfigurationen, Bindungsanordnungen und Oxidationszustände führen, die diese Kombinationen ergeben / p>

Das Gesetz gilt für eine Vielzahl von binären Verbindungen einfach aufgrund der Tatsache, dass es typischerweise eine begrenzte Anzahl von Permutationen gibt, bei denen zwei gegebene Elemente kombiniert werden können, um eine stabile Verbindung zu ergeben. Zum Beispiel haben C und O nur zwei, N und O nur vier, Metalle haben eine begrenzte Anzahl von Oxidationsstufen, was zu relativ wenigen möglichen Formeln für binäre ionische Verbindungen usw. führt. Das Gesetz bricht für Fälle zusammen, in denen zwei Elemente können sich zu langen Ketten oder komplexen Molekülen verbinden (z. B. große Kohlenwasserstoffe und [meist hypothetische] Siliziumanaloga), wenn die Massenverhältnisse manchmal ziemlich groß werden können

Beim Unterrichten von Anfängern werden normalerweise nicht stöchiometrische chemische Verbindungen ignoriert. Die Realität ist komplexer als das, was sie Studenten und Schülern beibringen. Ein wichtiger Punkt in der Chemie ist, dass es um die Untersuchung von Atomen (meistens der "natürlich vorkommenden" 92 Elemente) und ihrer Bindungen und Reaktionen geht.

Die Ideen von unteilbaren Einheiten (Atomen) und Formen von Molekülen ( Geometrie) sind in der Wissenschaft grundlegend. Eine zusätzliche Verwirrung ist, dass Atome (und Moleküle) zu klein sind, um sie zu zählen (oder sogar zu wiegen, außer bei sehr teuren Geräten unter ganz besonderen Bedingungen). Also haben wir eine Zahl erfunden (ähnlich der Zahl "Dutzend", außer viel, viel größer) und die Avogadro-Zahl als Zählung der definierten Menge eines "Maulwurfs" verwendet. Wir können fast die gesamte (aber nicht die gesamte) Chemie durchführen, indem wir ein Atom oder Molekül oder ein Mol Atome oder Moleküle als das betrachten, was in einer chemischen Gleichung A + B → C + D dargestellt wird.

Wann Wir sprechen über Laborexperimente. Unser einziges Mittel, um Mengen zu messen, ist nicht , um Atome zu zählen, sondern um sie zu wiegen - eine große Anzahl von ihnen. So ist die meisten Chemie wird im Labor durchgeführt Mol, nicht unteilbare Einheiten (Atom oder Moleküle) verwendet wird. Dies funktioniert ziemlich gut.

Normalerweise ist die durchschnittliche Isotopenzusammensetzung genau genug, so dass 1,0000 Mol Kohlenstoff hier oder in Peking das gleiche Gewicht haben. (In Wirklichkeit hängt die genaue Masse von 1 Mol C von seiner Quelle ab: Das Verhältnis von 12 ° C zu 13 ° C variiert zwischen C, das in Kalkstein, in Pflanzen, in gefunden wird Meerwasser und in der Atmosphäre (leicht). Die Art der Genauigkeit / Präzision, mit der wir im Labor arbeiten, ermöglicht es uns jedoch, diese Feinheiten zu ignorieren. Das durchschnittliche Atomgewicht ist gut genug. Da dies so ist, ist für stöchiometrische Verbindungen das Verhältnis von Kohlenstoff (nach Masse) in C 2 H 6 (Ethan) zu C 7 H H sub 5 N 3 O 6 (Trinitrotoluol, TNT) ist 2: 7 (oder 7: 2) ein Verhältnis von "kleinen ganzen Zahlen".

Die kleine ganze Zahl ergibt sich direkt aus den (nahezu) konstanten Atomgewichten und der stöchiometrischen Natur der betrachteten Verbindungen. Der Umgang mit komplizierteren Situationen, die diesem "Gesetz" nicht folgen, wird zu Beginn der Chemie normalerweise nicht durchgeführt.

In der Wissenschaft ist fast alles, was Sie lernen, falsch. Falsch in dem Sinne, dass es nur annähernd richtig ist. Ihr Wissen wird also wie eine Zwiebel sein, mit einer Schicht unter einer Schicht unter einer Schicht.

Für dieses Gesetz heißt es nur (unter Verwendung der Atommasse anstelle ihrer Zählung), dass die Zählungen dies tun in Verhältnissen von kleinen ganzen Zahlen sein. Bei einer Reihe von Atomgewichten können Sie mir kein Beispiel für ihre Massenverhältnisse geben, die gegen das Gesetz verstoßen. Denn für Element Z werden alle chemischen Gleichungen und Formeln, ob in Atomen von Z oder in Mol von Z ausgedrückt, in Vielfachen entweder der Anzahl (was im Labor oder in der realen Welt ziemlich nutzlos ist) oder des Atomgewichts (wir) angegeben kann in der Regel mit einer Genauigkeit von 4 Dezimalstellen wiegen, und 6 ist nicht ungewöhnlich und 8 ist möglich). Das bedeutet, dass Masse (Gewicht) sehr nützlich ist, um die Anzahl (daher die Formel) zu bestimmen.

Wenn Sie sich das Periodensystem ansehen, werden Sie feststellen, dass (in einem guten Fall) die Atomgewichte NICHT alle sind haben die gleiche Präzision. Der Grund dafür, dass C 12.011, aber He 4.0026 und Li 6.94 ist, liegt nicht darin, dass wir das Gewicht (Masse) nicht genau bestimmen können, sondern darin, dass es abhängig von der Quelle des Elements variiert.

Die Masse von Jedes Atom hängt von vier Dingen ab: seiner Ordnungszahl (die die Anzahl der im (elektrisch neutralen) Atom vorhandenen Elektronen und Protonen angibt), der Anzahl der Neutronen, der Bindungsenergie (denken Sie an E = mc² oder ordnen Sie m = E / c² um Dabei ist m die Bindungsmasse und E die Bindungsenergie der Quark-Gluon-Wolke, aus der der Kern besteht, sowie jegliche kinetische oder potenzielle Energie aufgrund ihrer Geschwindigkeit oder Position in einem Feld.

Nein, Sie können das durchschnittliche Atomgewicht eines Elements nicht berechnen, indem Sie einfach die Anzahl der Neutronen mit einem Faktor und die Anzahl der Protonen mit einem Faktor multiplizieren und addieren (obwohl dies keine schreckliche Annäherung für nichtrelativistische Atome ist).

Es gibt mehrere Beispiele für nichtstöchiometrische Materialien. Metamaterialien, die (normalerweise) aus Schichten von Atomen aufgebaut sind, so dass die Atomzahl kein nützliches Maß für das Material ist. Polymere (wobei Sie fast immer einen Bereich von Molekülgrößen haben, so dass die typische Formel von A x B y y wobei x und y eine beliebige rationale Zahl sein können, da ein Polymer ist Eine Verteilung von Molekülen unterschiedlicher Größe ist nicht ganz das, was ein Purist als chemische Verbindung bezeichnen würde, aber die meisten von uns würden sie als eine akzeptieren, insbesondere für große x + y, ohne dass viele (oder irgendwelche) kleinen MW-Polymermoleküle vorhanden sind.

Und schließlich gibt es viele, viele Beispiele für Substitutionsverbindungen, betrachten wir die Elektronik. Das "Gehirn" eines Computers besteht aus Milliarden von Transistoren, die durch Hinzufügen sehr kleiner Mengen (Dotierung) eines Elements zu einem anderen hergestellt werden. Silizium Chips wären zum Beispiel ohne Dotierung wertlos, aber die Menge an Dotierstoff ist fast nie eine kleine ganze Zahl SiM _{x sub>, wobei x fast nie eine ganze Zahl ist (und M im Allgemeinen ist ein Element der Gruppe 13 oder 15.)}