Νόμος διατήρησης της ύλης, εφαρμογές, πειράματα και παραδείγματα

Το νόμου της διατήρησης της ύλης ή της μάζας είναι αυτό που δηλώνει ότι σε οποιαδήποτε χημική αντίδραση, η ύλη δεν δημιουργείται ή καταστρέφεται. Ο νόμος αυτός βασίζεται στο γεγονός ότι τα άτομα είναι αδιαίρετα σωματίδια σε αυτού του είδους τις αντιδράσεις. ενώ σε πυρηνικές αντιδράσεις τα άτομα είναι κατακερματισμένα, γι 'αυτό δεν θεωρούνται χημικές αντιδράσεις. 

Εάν τα άτομα δεν καταστραφούν, τότε όταν ένα στοιχείο ή ένωση αντιδρά, ο αριθμός των ατόμων πρέπει να διατηρείται σταθερός πριν και μετά την αντίδραση. η οποία μεταφράζεται σε μια σταθερή μάζα μεταξύ των αντιδραστηρίων και των σχετικών προϊόντων.

Αυτό συμβαίνει πάντα εάν δεν υπάρχει διαρροή που προκαλεί απώλεια της ύλης. αλλά εάν ο αντιδραστήρας είναι ερμητικά σφραγισμένος, κανένα άτομο "δεν εξαφανίζεται" και επομένως η φορτισμένη μάζα πρέπει να είναι ίση με τη μάζα μετά την αντίδραση.

Εάν το προϊόν είναι στερεό, από την άλλη πλευρά, η μάζα του θα είναι ίση με το άθροισμα των αντιδραστηρίων που εμπλέκονται στο σχηματισμό του. Κατά τον ίδιο τρόπο συμβαίνει με τα υγρά ή τα αέρια προϊόντα, αλλά είναι πιο επιρρεπή σε λάθη κατά τη μέτρηση των μάζών που προκύπτουν.

Ο νόμος αυτός γεννήθηκε από πειράματα περασμένων αιώνων, ενισχυμένος από τις συνεισφορές αρκετών διάσημων χημικών, όπως ο Antoine Lavoisier.

Εξετάστε την αντίδραση μεταξύ Α και Β₂ για να σχηματίσει ΑΒ₂ (επάνω εικόνα) Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ύλης, η μάζα του ΑΒ₂ πρέπει να είναι ίσο με το άθροισμα των μαζών των Α και Β₂, αντίστοιχα. Στη συνέχεια, εάν 37 g του Α αντιδρούν με 13 g του Β₂, το προϊόν AB₂ πρέπει να ζυγίζει 50g.

Επομένως, σε μια χημική εξίσωση, η μάζα των αντιδραστηρίων (Α και Β₂) πρέπει να είναι πάντα ίσο με τη μάζα των προϊόντων (AB₂).

Ένα παράδειγμα πολύ παρόμοιο με αυτό που μόλις περιγράψαμε είναι το παράδειγμα του σχηματισμού μεταλλικών οξειδίων, όπως η σκουριά ή η σκουριά. Η σκουριά είναι βαρύτερη από το σίδερο (αν και δεν μπορεί να μοιάζει με αυτό) επειδή το μέταλλο αντέδρασε με μια μάζα οξυγόνου για να παράγει το οξείδιο.

Ευρετήριο

• 1 Ποιος είναι ο νόμος της διατήρησης της ύλης ή της μάζας?
  • 1.1 Η συμβολή του Lavoisier
• 2 Πώς εφαρμόζεται αυτός ο νόμος σε μια χημική εξίσωση?
  • 2.1 Βασικές αρχές
  • 2.2 Χημική εξίσωση
• 3 Πειράματα που αποδεικνύουν το νόμο
  • 3.1 Αποτέφρωση μετάλλων
  • 3.2 Απελευθέρωση οξυγόνου
• 4 Παραδείγματα (πρακτικές ασκήσεις)
  • 4.1 Αποσύνθεση του μονοξειδίου του υδραργύρου
  • 4.2 Καύση μίας μαγνητικής ταινίας
  • 4.3 Υδροξείδιο του ασβεστίου
  • 4.4 Οξείδιο του χαλκού
  • 4.5. Παραγωγή χλωριούχου νατρίου
• 5 Αναφορές

Ποιος είναι ο νόμος της διατήρησης της ύλης ή της μάζας?

Ο νόμος αυτός δηλώνει ότι μια χημική αντίδραση η μάζα των αντιδραστηρίων είναι ίση με τη μάζα των προϊόντων. Ο νόμος εκφράζεται στη φράση «η ύλη δεν δημιουργείται ούτε καταστρέφεται, όλα μετασχηματίζονται», όπως διατυπώθηκε από τον Julius Von Mayer (1814-1878).

Ο νόμος αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από τον Μιχαήλ Lamanósov, το 1745, και Antoine Lavoisier το 1785. Ενώ οι ερευνητικές εργασίες Lamanósov για το νόμο της διατήρησης της μάζας είναι προγενέστερα εκείνων του Lavoisier, δεν ήταν γνωστή στην Ευρώπη γιατί είναι γραμμένο στα ρωσικά.

Τα πειράματα που έγιναν το 1676 από τον Robert Boyle τους οδήγησαν να επισημάνουν ότι όταν ένα υλικό καίγεται σε ένα ανοικτό δοχείο, το υλικό αύξησε το βάρος του. ίσως λόγω ενός μετασχηματισμού που βιώνει το ίδιο το υλικό.

Τα πειράματα του Lavoiser σχετικά με την αποτέφρωση των υλικών σε δοχεία με περιορισμένη πρόσληψη αέρα έδειξαν αύξηση του βάρους. Αυτό το αποτέλεσμα ήταν σύμφωνο με αυτό που έλαβε ο Boyle.

Συνεισφορά του Lavoisier

Ωστόσο, το συμπέρασμα του Lavoisier ήταν διαφορετικό. Θεώρησε ότι κατά τη διάρκεια της αποτέφρωσης εξερχόταν μια ποσότητα μάζας από τον αέρα, γεγονός που θα εξηγούσε την αύξηση της μάζας που παρατηρήθηκε στα υλικά που υπέστησαν την αποτέφρωση.

Lavoiser σκέφτηκε ότι η μάζα των μετάλλων παρέμεινε σταθερή κατά την αποτέφρωση, και μειώνοντας αποτέφρωση σε κλειστά δοχεία δεν προκλήθηκε από μια μείωση στην flojisto (έννοια ξεπερασμένο), μια υποτιθέμενη σχετίζονται ουσία παραγωγής θερμότητας.

Ο Lavoiser σημείωσε ότι η παρατηρούμενη μείωση προκλήθηκε μάλλον από τη μείωση της συγκέντρωσης αερίων σε κλειστά δοχεία.

Πώς εφαρμόζεται αυτός ο νόμος σε μια χημική εξίσωση?

Ο νόμος της διατήρησης των μάζας είναι ζωτικής σημασίας στη στοιχειομετρία, με το τελευταίο να ορίζεται ως υπολογισμό των ποσοτικών αναλογίες μεταξύ των αντιδρώντων και των προϊόντων που υπάρχουν σε ένα χημική αντίδραση.

Οι αρχές της στοιχειομετρίας καθορίστηκαν το 1792 από τον Jeremiah Benjamin Richter (1762-1807), ο οποίος ορίζεται ως η επιστήμη που μετρά τις αναλογίες ή μάζα αναλογίες των χημικών στοιχείων που εμπλέκονται σε μια αντίδραση.

Σε μια χημική αντίδραση υπάρχει μια τροποποίηση των ουσιών που παρεμβαίνουν σε αυτήν. Παρατηρείται ότι τα αντιδραστήρια ή τα αντιδραστήρια καταναλώνονται για να προέρχονται τα προϊόντα.

Κατά τη χημική αντίδραση υπάρχουν ρωγμές δεσμών μεταξύ των ατόμων, καθώς και ο σχηματισμός νέων δεσμών. αλλά ο αριθμός των ατόμων που εμπλέκονται στην αντίδραση παραμένει αμετάβλητος. Αυτό είναι που είναι γνωστός ως ο νόμος της διατήρησης της ύλης.

Βασικές αρχές

Ο νόμος αυτός περιλαμβάνει δύο βασικές αρχές:

-Ο συνολικός αριθμός ατόμων κάθε τύπου είναι ίσος στα αντιδραστήρια (πριν από την αντίδραση) και στα προϊόντα (μετά την αντίδραση).

-Το συνολικό άθροισμα των ηλεκτρικών φορτίων πριν και μετά την αντίδραση παραμένει σταθερό.

Αυτό συμβαίνει επειδή ο αριθμός των υποατομικών σωματιδίων παραμένει σταθερός. Αυτά τα σωματίδια είναι νετρόνια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, πρωτόνια με θετικό φορτίο (+) και ηλεκτρόνια με αρνητικό φορτίο (-). Έτσι, το ηλεκτρικό φορτίο δεν αλλάζει κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης.

Χημική εξίσωση

Έχοντας πει τα παραπάνω, όταν αντιπροσωπεύει μια χημική αντίδραση μέσω μιας εξίσωσης (όπως αυτή της κύριας εικόνας), οι βασικές αρχές πρέπει να γίνονται σεβαστές. Η χημική εξίσωση χρησιμοποιεί σύμβολα ή παραστάσεις των διαφορετικών στοιχείων ή ατόμων και πώς αυτά ομαδοποιούνται σε μόρια πριν ή μετά την αντίδραση.

Η ακόλουθη εξίσωση θα χρησιμοποιηθεί ξανά ως παράδειγμα:

Α + Β₂    => AB₂

Ο δείκτης είναι ένας αριθμός που τοποθετείται στη δεξιά πλευρά των στοιχείων (Β₂ και ΑΒ₂) στο κάτω μέρος του, υποδεικνύοντας τον αριθμό των ατόμων ενός στοιχείου που υπάρχει σε ένα μόριο. Αυτός ο αριθμός δεν μπορεί να αλλάξει χωρίς την παραγωγή ενός νέου μορίου, διαφορετικό από το πρωτότυπο.

Η στοιχειομετρική συντελεστής (1, στην περίπτωση των Α και άλλα είδη) είναι ένας αριθμός που τοποθετείται στην αριστερή πλευρά των ατόμων ή μορίων, ενδεικτική του αριθμού από αυτούς που εμπλέκονται σε μια αντίδραση.

Σε μια χημική εξίσωση, αν η αντίδραση είναι μη αναστρέψιμη ένα βέλος δείχνει την κατεύθυνση της αντίδρασης τοποθετείται. Εάν η αντίδραση είναι αναστρέψιμη, υπάρχουν δύο βέλη στην αντίθετη κατεύθυνση. Στα αριστερά των βέλων βρίσκονται τα αντιδραστήρια ή τα αντιδραστήρια (Α και Β₂), ενώ στα δεξιά βρίσκονται τα προϊόντα (AB₂).

Κούνια

Η εξισορρόπηση μιας χημικής εξίσωσης είναι μια διαδικασία που επιτρέπει την εξίσωση του αριθμού των ατόμων των χημικών στοιχείων που υπάρχουν στα αντιδραστήρια με αυτά των προϊόντων.

Με άλλα λόγια, η ποσότητα των ατόμων κάθε στοιχείου πρέπει να είναι ίση στην πλευρά των αντιδραστηρίων (πριν το βέλος) και στην πλευρά του προϊόντος της αντίδρασης (μετά το βέλος).

Λέγεται ότι όταν η αντίδραση είναι ισορροπημένη, ο νόμος της μαζικής δράσης γίνεται σεβαστός.

Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να εξισορροπηθεί ο αριθμός των ατόμων και των ηλεκτρικών φορτίων και στις δύο πλευρές του βέλους σε μια χημική εξίσωση. Επίσης, το άθροισμα των μαζών των αντιδραστηρίων πρέπει να είναι ίσο με το άθροισμα των μαζών των προϊόντων.

Για την περίπτωση της εξισορροπημένης εξίσωσης, είναι ήδη ισορροπημένη (ίσος αριθμός Α και Β και στις δύο πλευρές του βέλους).

Πειράματα που αποδεικνύουν το νόμο

Αποτέφρωση μετάλλων

Lavoiser παρατηρώντας μέταλλα αποτέφρωση όπως ο μόλυβδος και κασσίτερος σε κλειστά δοχεία με περιορισμένη εισαγωγή αέρα, συνειδητοποίησε ότι τα μέταλλα επικαλύφθηκαν πυρωμένη? και επίσης ότι το βάρος του μετάλλου σε συγκεκριμένο χρόνο θέρμανσης ήταν ίσο με το αρχικό.

Δεδομένου ότι παρατηρείται αύξηση του βάρους κατά την αποτέφρωση ενός μετάλλου, ο Lavoiser θεώρησε ότι το υπερβολικό βάρος που παρατηρήθηκε θα μπορούσε να εξηγηθεί από μια ορισμένη μάζα κάτι που εξάγεται από τον αέρα κατά τη διάρκεια της αποτέφρωσης. Για το λόγο αυτό η μάζα παρέμεινε σταθερή.

Αυτό το συμπέρασμα, το οποίο θα μπορούσε να θεωρηθεί με αδύναμη επιστημονική βάση, δεν είναι τέτοιο, δεδομένης της γνώσης του Lavoiser σχετικά με την ύπαρξη οξυγόνου από τη στιγμή που εξέθεσε το νόμο του (1785).

Απελευθέρωση οξυγόνου

Το οξυγόνο ανακαλύφθηκε από τον Carl Wilhelm Scheele το 1772. Αργότερα, Joseph Priesley το ανακάλυψε ανεξάρτητα, και δημοσίευσε τα αποτελέσματα της έρευνάς της, τρία χρόνια πριν Σίλε δημοσίευσε τα ευρήματά του για το ίδιο αέριο.

Ο Priesley θερμαίνει το μονοξείδιο του υδραργύρου και συλλέγει ένα αέριο που προκάλεσε αύξηση της λαμπρότητας της φλόγας. Επιπλέον, η εισαγωγή των ποντικών σε ένα δοχείο με το αέριο τους έκανε πιο ενεργό. Ο Priesley ονομάζεται αυτό το αποφωτισμένο αέριο.

Ο Priesley κοινοποίησε τις παρατηρήσεις του στον Antoine Lavoiser (1775), ο οποίος επανέλαβε τα πειράματά του δείχνοντας ότι το αέριο ήταν στον αέρα και στο νερό. Ο Lavoiser αναγνώρισε το αέριο ως νέο στοιχείο, δίνοντάς του το όνομα του οξυγόνου.

Όταν Lavoisier χρησιμοποιηθεί ως επιχείρημα για να δηλώσει δίκαιο, περίσσεια παρατηρήθηκε σε μάζα μέταλλα αποτέφρωση οφειλόταν σε κάτι που εκχυλίζεται αέρα, σκέφτηκε στοιχείο οξυγόνο που συνδυάζει με μέταλλα κατά τη διάρκεια incinaración.

Παραδείγματα (πρακτικές ασκήσεις)

Αποσύνθεση του μονοξειδίου του υδραργύρου

Εάν θερμανθεί 232,6 οξειδίου του υδραργύρου (HgO), αποσυντίθεται σε υδράργυρο (Hg) και μοριακό οξυγόνο (O₂). Βάσει του νόμου για τη διατήρηση της μάζας και των ατομικών βαρών: (Hg = 206,6 g / mol) και (O = 16 g / mol), υποδεικνύεται η μάζα των Hg και O₂ που σχηματίζεται.

HgO => Hg + Ο₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Οι υπολογισμοί είναι πολύ άμεσοι, καθώς ακριβώς ένα γραμμομόριο HgO αποσυντίθεται.

Αποτέφρωση μιας ταινίας μαγνησίου

Μια ταινία μαγνησίου 1,2 g αποτεφρώθηκε σε ένα κλειστό δοχείο που περιέχει 4 g οξυγόνου. Μετά την αντίδραση παρέμειναν 3,2 g μη αντιδράσαντος οξυγόνου. Πόσο οξείδιο του μαγνησίου σχηματίστηκε?

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να υπολογίσετε είναι η μάζα του οξυγόνου που αντέδρασε. Αυτό μπορεί εύκολα να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μια αφαίρεση:

Μάζα του Ο₂ που αντέδρασαν = αρχική μάζα του Ο₂ - τελική μάζα του Ο₂

(4 - 3.2) gO₂

0,8 g Ο₂

Βάσει του νόμου διατήρησης της μάζας, μπορεί να υπολογιστεί η μάζα του MgO που σχηματίζεται.

Μάζα MgO = μάζα Mg + μάζας Ο

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Υδροξείδιο ασβεστίου

Μια μάζα 14 g οξειδίου του ασβεστίου (CaO) αντέδρασε με 3,6 g νερού (Η₂Ο), το οποίο καταναλώθηκε πλήρως στην αντίδραση για να σχηματίσει 14,8 g υδροξειδίου του ασβεστίου, Ca (OH)₂:

Πόσο οξείδιο του ασβεστίου αντιδρά για να σχηματίσει υδροξείδιο ασβεστίου?

Πόσο οξείδιο του ασβεστίου έμεινε πάνω?

Η αντίδραση μπορεί να σχηματοποιηθεί με την ακόλουθη εξίσωση:

CaO + Η₂Ο => Ca (OH)₂

Η εξίσωση είναι ισορροπημένη. Συνεπώς, συμμορφώνεται με το νόμο της διατήρησης της μάζας.

Η μάζα του CaO που εμπλέκεται στην αντίδραση = μάζα Ca (OH)₂ - Η μάζα₂Ο

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Επομένως, το CaO που δεν αντιδρά (αυτό που έχει απομείνει) υπολογίζεται αφαιρώντας:

Παραμένουσα μάζα CaO = μάζα που υπάρχει στην αντίδραση - μάζα που παρενέβη στην αντίδραση.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Οξείδιο του χαλκού

Πόσο οξείδιο του χαλκού (CuO) θα σχηματιστεί όταν 11 g χαλκού (Cu) αντιδρούν πλήρως με οξυγόνο (Ο₂); Πόσο οξυγόνο χρειάζονται στην αντίδραση?

Το πρώτο βήμα είναι να εξισορροπηθεί η εξίσωση. Η ισορροπημένη εξίσωση έχει ως εξής:

2Cu + O₂ => 2CuO

Η εξίσωση είναι ισορροπημένη, έτσι συμμορφώνεται με το νόμο της διατήρησης της μάζας.

Το ατομικό βάρος του Cu είναι 63,5 g / mol και το μοριακό βάρος του CuO είναι 79,5 g / mol.

Είναι απαραίτητο να καθοριστεί πόσο σχηματίζεται CuO από την πλήρη οξείδωση των 11 g Cu:

CuO Μάζα = (11 g Cu) ∙ (1 mol Cu / 63,5 g Cu) ∙ (2 mol CuO / 2 mol Cu) ∙ (79,5 g CuO / mol CuO)

Μάζα CuO = 13,77 g

Ως εκ τούτου, η διαφορά των μαζών μεταξύ CuO και Cu δίνει την ποσότητα του οξυγόνου που εμπλέκεται στην αντίδραση:

Μάζα οξυγόνου = 13,77 g - 11 g

1,77 g Ο₂

Ο σχηματισμός χλωριούχου νατρίου

Μια μάζα χλωρίου (Cl₂) 2,47 g αντέδρασε με αρκετό νάτριο (Na) και 3,82 g χλωριούχου νατρίου (NaCl). Πόσο αντιδρούσε το Na?

Ισορροπημένη εξίσωση:

2Na + Cl₂ => 2NaCl

Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της μάζας:

Μάζα Na = μάζα NaCl - μάζα Cl₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

Αναφορές

1. Flores, J. Química (2002). Συντάκτης Santillana.
2. Wikipedia. (2018). Νόμος διατήρησης της ύλης. Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org
3. Εθνικό Πολυτεχνείο. (s.f.). Νόμος της διατήρησης της μάζας. CGFIE. Ανακτήθηκε από: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 Ιανουαρίου 2019). Νόμος διατήρησης της μάζας. Ανακτήθηκε από: thoughtco.com
5. Shrestha Β. (18 Νοεμβρίου 2018). Ο νόμος της διατήρησης της ύλης. Χημεία LibreTexts. Ανακτήθηκε από: chem.libretexts.org