Lịch sử hóa học (P6) – Định luật về tỷ lệ bội và tỷ lệ thể tích.

Bằng các phép phân tích hóa học đã có, làm thế nào để xác định được khối lượng nguyên tử của các nguyên tố?

Trong tất cả các nghiên cứu hóa học với các nền tảng đầy đủ thì việc xác định các bài toán quan trọng của khối lượng tương đối của các đơn chất rất là phức tạp. Tiếc là các nhà nghiên cứu đã tự chấp nhận điều đó ; thực tế từ các khối lượng, tỉ lệ với khối lượng của nguyên tử, đã có thể chỉ ra khối lượng tương đối của của các hạt cơ bản hay nguyên tử”.Dựa trên những lập luận này nhà khoa học người Anh John Dalton đã đi đến định luật tỷ lệ bội.

Dalton đi từ những quan điểm về cấu tạo dạng hạt của vật chất. Dựa vào những khái niệm của Lauvuaze về các nguyên tố hóa học,  ông ấy nêu ra rằng, các nguyên tử của mỗi nguyên tố đều giống nhau, còn các tính chất khác được xác định nhờ khối lượng nguyên tử. Dalton cho rằng chỉ có thể nói về khối lượng tương đối của các nguyên tử bởi vì việc xác định khối lượng tuyệt đối của các nguyên tử là không thể. Ông ấy đã tính đơn vị theo khối lượng của nguyển tử hidro – nguyên tố nhẹ nhất trong những nguyên tố đã biết. Khi đó để xác định khối lượng nguyên tử của các nguyên tố khác cần phải xác định thành phần của các hợp chất với hidro của chúng.

Trong việc xác định khối lượng nguyên tử của các nguyên tố khác nhau, Dalton đã sử dụng nhiều phương pháp phân tích khác nhau của nhiều nhà khoa học và của cá nhân mình. Giữa các kết quả của các cuộc thí nghiệm thường thấy có sự khác biệt lớn. Ngoài ra, với nhiều hợp chất, tỉ lệ đúng của số lượng các nguyển tử của các nguyên tố tạo ra các hợp chất đó chưa được xác định. Bởi vì vậy khối lượng nguyên tử của Dalton là một bước tiến so những hiểu biết đương thời.

Bảng 1: Khối lượng nguyên tử tương đối của một số nguyên tố

John Dalton (1766-1844) nhà vật lý, nhà hóa học người Anh, người sáng lập của môn nguyên tử học. Người đã tìm ra một tật của mắt (chứng loạn thị ), tiến hành các thí nghiệm và quan sát hiện tượng khúc xạ ánh sang, nghiên cứu về nhiệt, đưa ra học thuyết về sự bay hơi và hỗn hợp các khí. Năm 1802, ông đã đưa ra một trong những định luật cơ bản của trạng thái khí: khi nhiệt độ tăng và áp suất không đổi thì thể tích của tất cả các khí đều tăng giống nhau. Ông cũng đưa ra và chứng minh những ý chính của học thuyết nguyên tử-phân tử.Dalton cũng là người đầu tiên xác định nguyên tố là tập hợp những nguyên tử giống nhau. Ông chỉ ra rằng nguyên tử của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về khối lượng và không thay đổi trong các phản ứng hóa học, chúng chỉ tự tập hợp lại với nhau. Tác giả của một trong những định luật hóa học – đinh luật tỉ lệ bội (1803).Công trình nghiên cứu  “Hệ thống mới của triết hóa học” được biết đến trên toàn thế giới.

Sự khác biệt giữa các kết quả không thể giải thích những sai sót trong cuộc thí nghiệm.  Nó đưa ra giả thuyết rằng các nguyên tử trong hợp chất liên kết theo tỉ lệ 1:1, và chỉ trong trường hợp, khi mà một trong các chất tham gia phản ứng có dư, các nguyên tử liên kết trong tỉ lệ bội số của chúng. Những quan niệm này đã được phản ánh trong giản đồ cấu tạo của các hợp chất, chỗ để đánh dấu các nguyên tử riêng biệt của các nguyên tố và trị số của chúng, Dalton đã đưa ra các ký hiệu quy ước. (hình 23)

Phản đối giả thuyết nguyên tử của Dalton là nhà hóa học người anh Uyliam-Vollaxton (1766-1828).Thay cho các khái niệm về nguyên tử, ông ấy dùng các khái niệm về đương lượng, cái mà có thể xác định bằng những phép phân tích hóa học đang có. Ông muốn thay đổi giả thuyết về học thuyết nguyên tử bằng các định luật đương lượng. Vollaxton  tính đơn vị của đương lượng theo khối lượng tương đối của nguyên tử oxi, có giá trị là 10. Mặc dù như vậy, những kết quả thu được của Vollaxton cũng khá gần với những gì Dalton đã nêu ra, nhưng Vollaxton cho rằng, chúng không giống nhau và không để ý đến tỉ lệ nguyên tử trong hợp chất.

Hình 2.3. Để ký hiệu các nguyên tử của các nguyên tố, Dalton đã sử dụng các vòng tròn bao quanh những chứ cái ký hiệu của các nguyên tố hay các hình vẽ tự do ( hình chữ thập, nét gạch, điểm .v.v..)

Gay-Lussac  Josesh Luy (1778-1850) – nhà hóa học, vật lý người Pháp. Người đã đưa ra định luật giãn nhiệt của khí. Năm 1808, đi đến kết luận rằng, các khí tương tác kết hợp lại với nhau trong những tỉ lệ thể tích bội. Ông cũng là người tìm ra phương pháp điều chế kali và natri

Từ năm 1805 nhà vật lý đồng thời là nhà hóa học người Pháp J.L.Gay-Lussac đã  đề xuất hệ thống đo đạc thể tích các khí khác nhau và các sản phẩm của quá trình tương tác giữa chúng. Kết quả cơ bản nhận được năm 1808 Gay-Lussac  đã đưa ra định luật tỉ lệ thể tích: thể tích của các khí tham gia vào phản ứng hay được tạo ra trong kết quả của phản ứng hóa học ,tỉ lệ với nhau theo một số nguyên nào đó. Ông ấy chỉ ra rằng 2 thể tích hidro liên kết với 1 thể tích oxi và trong trường hợp này tạo ra 2 thể tích hơi nước.

Dalton đã phản bác lại định luật tỉ lệ thể tích của Gay-Lussac, bởi vì ông cho rằng nó sẽ chống lại những kết quả thí nghiệm của mình. Theo ông, khi liên kết 1 thể tích hidro và 1 thể tích clo sẽ tạo ra 1 thể tích HCl chứ không phải là 2 như kết quả của Gay-Lussac.  Về phần mình, Gay-Lussac cũng hoài nghi về việc xác định được hay không khối lượng nguyên tử của các nguyên tố.

Câu hỏi:

1. Xuất phát từ khối lượng nguyên tử của các nguyên tố, được nêu ra bởi Dalton, hãy xác định thành phần hợp chất của hidro với phi kim?
2. Nguyên nhân nào dẫn đến sự đối đầu về quan điểm giữa Dalton và Gay-Lussac?