Закон сохранения материи, приложения, эксперименты и примеры

закон сохранения материи или массы это то, что утверждает, что в любой химической реакции вещество не создается и не разрушается. Этот закон основан на том факте, что атомы являются неделимыми частицами в реакциях такого типа; в то время как в ядерных реакциях атомы фрагментированы, поэтому они не считаются химическими реакциями. 

Если атомы не разрушены, то, когда элемент или соединение реагирует, число атомов должно оставаться постоянным до и после реакции; что переводится в постоянное количество массы между реагентами и участвующими продуктами.

Это всегда имеет место, если нет утечки, которая вызывает потерю вещества; но если реактор герметично закрыт, ни один атом не «исчезает», и поэтому заряженная масса должна быть равна массе после реакции.

Если продукт является твердым, с другой стороны, его масса будет равна сумме реагентов, участвующих в его образовании. Точно так же это происходит с жидкими или газообразными продуктами, но при измерении их массы более вероятно допускать ошибки.

Этот закон был рожден экспериментами прошлых веков, подкрепленными вкладом нескольких известных химиков, таких как Антуан Лавуазье.

Рассмотрим реакцию между А и В₂ сформировать AB₂ (верхнее изображение) Согласно закону сохранения вещества, масса АБ₂ должен быть равен сумме масс A и B₂, соответственно. Затем, если 37 г А реагируют с 13 г Б₂, продукт AB₂ должен весить 50 г.

Следовательно, в химическом уравнении масса реагентов (А и В₂) всегда должна быть равна массе продуктов (AB₂).

Примером, очень похожим на только что описанный, является пример образования оксидов металлов, таких как ржавчина или ржавчина. Ржавчина тяжелее железа (хотя может и не выглядеть так), потому что металл реагирует с массой кислорода с образованием оксида.

индекс

• 1 Что такое закон сохранения материи или массы?
  • 1.1 Вклад Лавуазье
• 2 Как этот закон применяется в химическом уравнении?
  • 2.1 Основные принципы
  • 2.2 Химическое уравнение
• 3 эксперимента, которые демонстрируют закон
  • 3.1 Сжигание металлов
  • 3.2 Выделение кислорода
• 4 примера (практические занятия)
  • 4.1 Разложение окиси ртути
  • 4.2 Сжигание магниевой ленты
  • 4.3 Гидроксид кальция
  • 4.4 Оксид меди
  • 4.5 Образование хлорида натрия
• 5 ссылок

Что такое закон сохранения материи или массы?

Этот закон гласит, что в результате химической реакции масса реагентов равна массе продуктов. Закон выражается фразой «материя не создается и не разрушается, все преображается», как это было сформулировано Юлием фон Майером (1814-1878)..

Закон был составлен независимо Михаилом Ламаносовым в 1745 году и Антуаном Лавуазье в 1785 году. Хотя исследования Ламаносова по Закону о сохранении массы предшествуют исследованиям Лавуазье, они не были известны в Европе. за то, что написано на русском.

Эксперименты, проведенные в 1676 году Робертом Бойлом, привели их к выводу, что когда материал сжигался в открытом контейнере, материал увеличивал свой вес; возможно, из-за трансформации, пережитой самим материалом.

Эксперименты Лавуазера по сжиганию материалов в контейнерах с ограниченным потреблением воздуха показали увеличение веса. Этот результат соответствовал полученному Бойлем.

Вклад Лавуазье

Однако вывод Лавуазье был другим. Он полагал, что во время сжигания из воздуха извлекается масса, что объясняет увеличение массы, которое наблюдается в материалах, подвергаемых сжиганию..

Лавуазер считал, что масса металлов оставалась постоянной во время сжигания, и что уменьшение сжигания в закрытых контейнерах не было вызвано уменьшением фложисто (концепция неиспользования), предполагаемая сущность, связанная с производством тепла.

Лавойзер отметил, что наблюдаемое снижение было вызвано, скорее, снижением концентрации газов в закрытых контейнерах.

Как этот закон применяется в химическом уравнении?

Закон сохранения массы имеет трансцендентное значение в стехиометрии, определяя последнее как вычисление количественных соотношений между реагентами и продуктами, присутствующими в химической реакции..

Принципы стехиометрии были провозглашены в 1792 году Иеремием Бенджамином Рихтером (1762-1807), который определил его как науку, которая измеряет количественные пропорции или массовые отношения химических элементов, которые участвуют в реакции.

В химической реакции происходит изменение веществ, которые вмешиваются в него. Наблюдается, что реагенты или реагенты потребляются для получения продуктов.

Во время химической реакции происходят разрывы связей между атомами, а также образование новых связей; но число атомов, участвующих в реакции, остается неизменным. Это то, что известно как закон сохранения материи.

Основные принципы

Этот закон предполагает два основных принципа:

-Общее количество атомов каждого типа одинаково в реагентах (до реакции) и в продуктах (после реакции).

-Общая сумма электрических зарядов до и после реакции остается постоянной.

Это потому, что число субатомных частиц остается постоянным. Эти частицы представляют собой нейтроны без электрического заряда, протоны с положительным зарядом (+) и электроны с отрицательным зарядом (-). Таким образом, электрический заряд не меняется во время реакции.

Химическое уравнение

Сказав вышесказанное, при представлении химической реакции с помощью уравнения (например, основного изображения) необходимо соблюдать основные принципы. Химическое уравнение использует символы или представления различных элементов или атомов, и как они сгруппированы в молекулы до или после реакции.

Следующее уравнение будет использоваться снова в качестве примера:

А + Б₂    => AB₂

Индекс представляет собой число, которое находится на правой стороне элементов (B₂ и AB₂) в его нижней части, указывая количество атомов элемента, присутствующего в молекуле. Это число нельзя изменить без производства новой молекулы, отличной от оригинальной.

Стехиометрический коэффициент (1, в случае А и остальных видов) представляет собой число, которое помещается в левую часть атомов или молекул, и указывает на их число, участвующее в реакции..

В химическом уравнении, если реакция необратима, ставится одна стрелка, указывающая направление реакции. Если реакция обратима, есть две стрелки в противоположном направлении. Слева от стрелок находятся реагенты или реагенты (А и В₂), а справа - продукты (AB₂).

качалки

Уравновешивание химического уравнения - это процедура, которая позволяет уравнять количество атомов химических элементов, присутствующих в реагентах, с количеством продуктов..

Другими словами, количество атомов каждого элемента должно быть одинаковым на стороне реагентов (перед стрелкой) и на стороне продукта реакции (после стрелки).

Говорят, что когда реакция сбалансирована, закон массового действия соблюдается.

Поэтому важно сбалансировать число атомов и электрических зарядов по обеим сторонам стрелки в химическом уравнении. Также сумма масс реагентов должна быть равна сумме масс продуктов.

В случае представленного уравнения оно уже сбалансировано (равное количество A и B по обе стороны стрелки).

Эксперименты, демонстрирующие закон

Сжигание металлов

Лавуазер, наблюдая за сжиганием металлов, таких как свинец и олово, в закрытых емкостях с ограниченным поступлением воздуха, заметил, что металлы были покрыты кальцинатом; а также, чтобы вес металла в определенный момент нагрева был равен начальному.

Поскольку при сжигании металла наблюдается увеличение массы, Лавуазер полагал, что наблюдаемый избыточный вес можно объяснить определенной массой чего-то, что извлекается из воздуха во время сжигания. По этой причине масса оставалась постоянной.

Этот вывод, который можно рассматривать на слабой научной основе, не таков, учитывая знания Лавуазера о существовании кислорода к тому времени, когда он излагал свой закон (1785)..

Выпуск кислорода

Кислород был открыт Карлом Вильгельмом Шееле в 1772 году. Впоследствии Джозеф Присли открыл его независимо и опубликовал результаты своего исследования, за три года до того, как Шееле опубликовал свои результаты об этом же газе..

Присли нагрел монооксид ртути и собрал газ, который увеличил яркость пламени. Кроме того, введение мышей в контейнер с газом сделало их более активными. Прислей назвал это неочищенным газом.

Прислей сообщил о своих наблюдениях Антуану Лавуазеру (1775), который повторил свои эксперименты, показав, что газ находился в воздухе и в воде. Lavoiser признал газ новым элементом, назвав его кислородом.

Когда Лавуазье использовал в качестве аргумента для формулировки своего закона, что избыточная масса, наблюдаемая при сжигании металлов, была вызвана чем-то, что извлекалось из воздуха, он думал о кислороде, элементе, который соединяется с металлами во время сжигания..

Примеры (практические занятия)

Разложение окиси ртути

Если 232,6 монооксида ртути (HgO) нагревается, он разлагается на ртуть (Hg) и молекулярный кислород (O₂). Исходя из закона сохранения массы и атомного веса: (Hg = 206,6 г / моль) и (O = 16 г / моль), укажите массу Hg и O₂ что сформировано.

HgO => Hg + O₂

232,6 г 206,6 г 32 г

Расчеты очень прямые, поскольку разлагается ровно один моль HgO.

Сжигание магниевой ленты

Магниевую ленту весом 1,2 г сжигали в закрытом контейнере, содержащем 4 г кислорода. После реакции осталось 3,2 г непрореагировавшего кислорода. Сколько окиси магния образовалось?

Первое, что нужно рассчитать, это масса кислорода, который среагировал. Это можно легко вычислить, используя вычитание:

Масса О₂ который отреагировал = начальная масса O₂ - конечная масса O₂

(4 - 3,2) г О₂

0,8 г О₂

На основании закона сохранения массы можно рассчитать массу образованного MgO..

Масса MgO = масса Mg + масса O

1,2 г + 0,8 г

2,0 г MgO

Гидроксид кальция

Масса 14 г оксида кальция (CaO) прореагировала с 3,6 г воды (Н₂O), который был полностью израсходован в реакции с образованием 14,8 г гидроксида кальция Ca (OH)₂:

Сколько окиси кальция прореагировало с образованием гидроокиси кальция?

Сколько оксида кальция осталось?

Реакция может быть схематизирована следующим уравнением:

CaO + H₂O => Ca (OH)₂

Уравнение сбалансировано. Поэтому соответствует закону сохранения массы.

Масса CaO, участвующего в реакции = масса Ca (OH)₂ - Масса H₂О

14,8 г - 3,6 г

11,2 г CaO

Поэтому, CaO, который не реагировал (тот, который остался), вычислен, вычитая:

Оставшаяся масса CaO = масса, присутствующая в реакции - масса, которая вмешалась в реакцию.

14 г CaO - 11,2 г CaO

2,8 г CaO

Оксид меди

Сколько оксида меди (CuO) будет образовываться, когда 11 г меди (Cu) полностью прореагирует с кислородом (O₂)? Сколько кислорода нужно в реакции?

Первый шаг - сбалансировать уравнение. Сбалансированное уравнение выглядит следующим образом:

2Cu + O₂ => 2CuO

Уравнение сбалансировано, поэтому оно соответствует закону сохранения массы.

Атомная масса Cu составляет 63,5 г / моль, а молекулярная масса CuO составляет 79,5 г / моль..

Необходимо определить, сколько CuO образуется при полном окислении 11 г Cu:

Масса CuO = (11 г Cu) ∙ (1 моль Cu / 63,5 г Cu) ∙ (2 моль CuO / 2 моль Cu) ∙ (79,5 г CuO / моль CuO)

Сформированная масса CuO = 13,77 г

Следовательно, разница масс между CuO и Cu дает количество кислорода, участвующего в реакции:

Кислородная масса = 13,77 г - 11 г

1,77 г O₂

Образование хлорида натрия

Масса хлора (Cl₂) 2,47 г реагировали с достаточным количеством натрия (Na) и образовывалось 3,82 г хлорида натрия (NaCl). Сколько Na реагирует?

Сбалансированное уравнение:

2Na + Cl₂ => 2NaCl

Согласно закону сохранения массы:

Масса Na = масса NaCl - масса Cl₂

3,82 г - 2,47 г

1,35 г Na

ссылки

1. Flores, J. Química (2002). Редакция Сантильяна.
2. Wikipedia. (2018). Закон сохранения материи. Получено с: en.wikipedia.org
3. Национальный политехнический институт. (Н.Д.). Закон сохранения массы. CGFIE. Получено с: aev.cgfie.ipn.mx
4. Хельменстин, Анна Мари, доктор философии (18 января 2019 г.) Закон сохранения массы. Получено с: thinkco.com
5. Шреста Б. (18 ноября 2018 г.). Закон сохранения материи. Химия LibreTexts. Получено от: chem.libretexts.org