Zakon očuvanja materije, primjene, pokusi i primjeri

zakon očuvanja tvari ili mase je ono što kaže da se u bilo kojoj kemijskoj reakciji tvar ne stvara ili uništava. Ovaj zakon temelji se na činjenici da su atomi nedjeljive čestice u ovoj vrsti reakcija; dok su u nuklearnim reakcijama atomi fragmentirani, zbog čega se ne smatraju kemijskim reakcijama. 

Ako se atomi ne unište, onda kada element ili spoj reagira, broj atoma mora biti konstantan prije i nakon reakcije; što se prevodi u konstantnu masenu količinu između reagensa i uključenih proizvoda.

To je uvijek slučaj ako nema curenja koje uzrokuje gubitak tvari; ali ako je reaktor hermetički zatvoren, nikakav atom "ne nestaje", te je stoga napunjena masa jednaka masi nakon reakcije.

S druge strane, ako je proizvod krut, njegova će masa biti jednaka zbroju uključenih reagensa za njegovo stvaranje. Na isti način kao što se događa s tekućim ili plinovitim proizvodima, više je sklon pogreškama pri mjerenju rezultirajućih masa.

Ovaj je zakon nastao iz eksperimenata iz prošlih stoljeća, ojačanih doprinosima nekoliko poznatih kemičara, kao što je Antoine Lavoisier.

Razmotrite reakciju između A i B₂ da se formira AB₂ (gornja slika) Prema zakonu očuvanja materije, masa AB₂ mora biti jednaka zbroju mase A i B₂, respektivno. Zatim, ako 37g A reagira s 13 g B₂, proizvod AB₂ mora težiti 50 g.

Stoga, u kemijskoj jednadžbi, masa reaktanata (A i B₂) mora uvijek biti jednaka masi proizvoda (AB₂).

Primjer koji je vrlo sličan onome koji smo upravo opisali je stvaranje metalnih oksida, kao što su hrđa ili hrđa. Rđa je teža od željeza (iako možda ne izgleda tako) jer je metal reagirao s masom kisika da bi proizveo oksid.

indeks

• 1 Što je zakon očuvanja materije ili mase?
  • 1.1 Lavoisierov doprinos
• 2 Kako se ovaj zakon primjenjuje u kemijskoj jednadžbi?
  • 2.1 Osnovna načela
  • 2.2 Kemijska jednadžba
• 3 Eksperimenti koji demonstriraju zakon
  • 3.1 Spaljivanje metala
  • 3.2 Otpuštanje kisika
• 4 Primjeri (praktične vježbe)
  • 4.1 Raspadanje živinog monoksida
  • 4.2 Spaljivanje magnezijske vrpce
  • 4.3 Kalcijev hidroksid
  • 4.4 Bakrov oksid
  • 4.5 Nastajanje natrijevog klorida
• 5 Reference

Što je zakon očuvanja materije ili mase?

Ovaj zakon navodi da je kemijska reakcija masa reaktanata jednaka masi proizvoda. Zakon se izražava frazom "materija nije stvorena niti uništena, sve se transformira", kako ju je objavio Julius Von Mayer (1814-1878).

Zakon su samostalno izradili Mihail Lamanosov, 1745., i Antoine Lavoisier 1785. Dok je Lamanosovljevo istraživanje Zakona o očuvanju mise bilo pred Lavoisierovim, nisu bili poznati u Europi. za pisanje na ruskom jeziku.

Eksperimenti koje je proveo Robert Boyle 1676. naveli su ih da istaknu da kada se materijal spalio u otvorenom spremniku, materijal je povećao svoju težinu; možda zbog transformacije koju je doživio sam materijal.

Lavoiserovi eksperimenti o spaljivanju materijala u spremnicima s ograničenim unosom zraka pokazali su porast u težini. Ovaj rezultat bio je u skladu s onim dobivenim od Boylea.

Doprinos Lavoisiera

Međutim, Lavoisierov je zaključak bio drugačiji. Smatrao je da je tijekom spaljivanja iz zraka izdvojena količina mase koja objašnjava povećanje mase koja je uočena u materijalima izloženim spaljivanju.

Lavoiser je smatrao da je masa metala ostala konstantna tijekom spaljivanja, te da smanjenje spaljivanja u zatvorenim spremnicima nije uzrokovano smanjenjem flojista (koncept u neupotrijebljenom), pretpostavljenom suštinom vezanom za proizvodnju topline..

Lavoiser je istaknuo da je opaženo smanjenje uzrokovano, naprotiv, smanjenjem koncentracije plinova u zatvorenim spremnicima.

Kako se ovaj zakon primjenjuje u kemijskoj jednadžbi?

Zakon o konzervaciji mase ima transcendentalnu važnost u stehiometriji, definirajući ga kao izračun kvantitativnih odnosa između reaktanata i proizvoda prisutnih u kemijskoj reakciji.

Načela stehiometrije su 1792. objavili Jeremías Benjamín Richter (1762-1807), koji ju je definirao kao znanost koja mjeri kvantitativne razmjere ili masovne odnose kemijskih elemenata koji su uključeni u reakciju.

U kemijskoj reakciji postoji modifikacija tvari koje interveniraju u njemu. Primijećeno je da se reaktanti ili reaktanti troše da bi potaknuli proizvode.

Tijekom kemijske reakcije javljaju se rupture veza između atoma, kao i stvaranje novih veza; ali broj atoma uključenih u reakciju ostaje nepromijenjen. To je ono što je poznato kao zakon očuvanja materije.

Osnovna načela

Ovaj zakon podrazumijeva dva osnovna principa:

-Ukupan broj atoma svake vrste jednak je u reaktantima (prije reakcije) iu proizvodima (nakon reakcije).

-Ukupni zbroj električnih naboja prije i nakon reakcije ostaje konstantan.

To je zato što broj subatomskih čestica ostaje konstantan. Te čestice su neutroni bez električnog naboja, protoni s pozitivnim nabojem (+) i elektroni s negativnim nabojem (-). Tako se električni naboj ne mijenja tijekom reakcije.

Kemijska jednadžba

Iz navedenog, kada predstavljamo kemijsku reakciju pomoću jednadžbe (poput one glavne slike), moraju se poštivati ​​osnovna načela. Kemijska jednadžba koristi simbole ili prikaze različitih elemenata ili atoma i kako su grupirani u molekulama prije ili nakon reakcije.

Sljedeća jednadžba će se ponovno koristiti kao primjer:

A + B₂    => AB₂

Indeks je broj koji se nalazi na desnoj strani elemenata (B₂ i AB₂) u svom donjem dijelu, ukazujući na broj atoma elementa prisutnog u molekuli. Ovaj broj se ne može mijenjati bez proizvodnje nove molekule, različite od izvorne.

Stehiometrijski koeficijent (1, u slučaju A i ostatak vrste) je broj koji se nalazi u lijevom dijelu atoma ili molekula, što ukazuje na broj njih koji su uključeni u reakciju..

U kemijskoj jednadžbi, ako je reakcija nepovratna, postavlja se jedna strelica, što ukazuje na smjer reakcije. Ako je reakcija reverzibilna, postoje dvije strelice u suprotnom smjeru. S lijeve strane strelica nalaze se reagensi ili reaktanti (A i B)₂), dok su s desne strane proizvodi (AB₂).

ljulja

Balansiranje kemijske jednadžbe je postupak koji omogućuje izjednačavanje broja atoma kemijskih elemenata prisutnih u reaktantima s onima u proizvodima.

Drugim riječima, količina atoma svakog elementa mora biti jednaka na strani reaktanata (prije strelice) i na strani proizvoda reakcije (nakon strelice).

Kaže se da se, kada je reakcija uravnotežena, poštuje Zakon o masovnoj akciji.

Stoga je bitno uravnotežiti broj atoma i električnih naboja na obje strane strelice u kemijskoj jednadžbi. Također, zbroj masa reaktanata mora biti jednak zbroju masa proizvoda.

U slučaju zastupljene jednadžbe, ona je već izbalansirana (jednaki broj A i B na obje strane strelice).

Eksperimenti koji pokazuju zakon

Spaljivanje metala

Lavoiser, promatrajući spaljivanje metala kao što su olovo i kositar u zatvorenim spremnicima s ograničenim unosom zraka, primijetio je da su metali prekriveni kalcinatom; i također, da je težina metala u određeno vrijeme zagrijavanja bila jednaka početnoj.

Kako se pri sagorijevanju metala uočava povećanje težine, Lavoiser je pomislio da se promatrana prekomjerna težina može objasniti određenom masom nečega što je izvađeno iz zraka tijekom spaljivanja. Zbog toga je masa ostala konstantna.

Ovaj zaključak, koji se može smatrati slabom znanstvenom osnovom, nije takav, s obzirom na Lavoiserovo znanje o postojanju kisika do trenutka kada je objavio svoj Zakon (1785)..

Otpuštanje kisika

Kisik je 1772. godine otkrio Carl Willhelm Scheele. Nakon toga ga je Joseph Priesley otkrio samostalno i objavio rezultate svojih istraživanja, tri godine prije nego što je Scheele objavio svoje rezultate o istom plinu..

Priesley je zagrijao živin monoksid i sakupio plin koji je povećao sjaj plamena. Nadalje, uvođenje miševa u spremnik s plinom učinilo ih je aktivnijim. Priesley je nazvao taj defogistirani plin.

Priesley je svoja zapažanja prenio Antoineu Lavoiseru (1775.), koji je ponovio svoje pokuse koji pokazuju da je plin bio u zraku iu vodi. Lavoiser je prepoznao plin kao novi element, dajući mu naziv kisika.

Kada je Lavoisier poslužio kao argument za izjašnjavanje o svom zakonu, da je višak mase opažen u spaljivanju metala posljedica nečega što je izvađeno iz zraka, on je mislio na kisik, element koji se kombinira s metalima tijekom spaljivanja..

Primjeri (praktične vježbe)

Raspadanje živinog monoksida

Ako se zagrije 232,6 živinog monoksida (HgO), on se raspada u živu (Hg) i molekularni kisik (O₂). Na temelju zakona o očuvanju mase i atomske mase: (Hg = 206,6 g / mol) i (O = 16 g / mol), označite masu Hg i O₂ koji se formira.

HgO => Hg + O₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Izračuni su vrlo izravni, budući da se točno jedan mol HgO razgrađuje.

Spaljivanje magnezijske vrpce

Magnezijeva vrpca od 1,2 g spaljuje se u zatvorenoj posudi koja sadrži 4 g kisika. Nakon reakcije ostaje 3,2 g neizreagiranog kisika. Koliko magnezijevog oksida nastaje?

Prva stvar koju treba izračunati je masa kisika koja je reagirala. To se može lako izračunati pomoću oduzimanja:

Masa O₂ koji reagira = početna masa O₂ - konačna masa O₂

(4 - 3.2) gO₂

0.8 g O₂

Na temelju zakona o očuvanju mase može se izračunati masa nastalog MgO.

Masa MgO = masa Mg + masa O

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Kalcijev hidroksid

Masa od 14 g kalcijevog oksida (CaO) reagira s 3,6 g vode (H₂O), koji je potpuno potrošen u reakciji da bi se dobilo 14,8 g kalcijevog hidroksida, Ca (OH)₂:

Koliko kalcijevog oksida reagira kako bi nastao kalcijev hidroksid?

Koliko je kalcijevog oksida ostalo?

Reakcija se može shematizirati slijedećom jednadžbom:

CaO + H₂O => Ca (OH)₂

Jednadžba je uravnotežena. Stoga je u skladu sa zakonom o očuvanju mase.

Masa CaO uključena u reakciju = masa Ca (OH)₂ - H masa₂O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Stoga se CaO koji nije reagirao (onaj koji je ostao) izračunava oduzimanjem:

Preostala masa CaO = masa prisutna u reakciji - masa koja je intervenirala u reakciji.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Bakrov oksid

Koliko će bakrovog oksida (CuO) nastati kada 11 g bakra (Cu) u potpunosti reagira s kisikom (O₂)? Koliko je kisika potrebno u reakciji?

Prvi korak je uravnotežiti jednadžbu. Uravnotežena jednadžba je sljedeća:

2Cu + O₂ => 2CuO

Jednadžba je uravnotežena, tako da je u skladu sa zakonom o očuvanju mase.

Atomska masa Cu je 63.5 g / mol, a molekularna težina CuO je 79.5 g / mol.

Potrebno je odrediti koliko CuO nastaje iz potpune oksidacije 11 g Cu:

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

Oblikovana CuO masa = 13,77 g

Stoga, razlika masa između CuO i Cu daje količinu kisika uključenu u reakciju:

Masa kisika = 13,77 g - 11 g

1,77 g₂

Nastajanje natrijevog klorida

Masa klora (Cl₂) 2,47 g reagira s dovoljno natrija (Na) i nastaje 3,82 g natrijevog klorida (NaCl). Koliko reagira Na?

Uravnotežena jednadžba:

2Na + Cl₂ => 2NaCl

Prema zakonu o očuvanju mase:

Masa Na = masa NaCl - masa Cl₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

reference

1. Flores, J. Química (2002). Uvodnik Santillana.
2. Wikipedia. (2018.). Zakon o očuvanju materije. Preuzeto s: en.wikipedia.org
3. Nacionalni politehnički institut. (N. D.). Zakon o očuvanju mase. CGFIE. Preuzeto s: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18. siječnja 2019.) Zakon o konzervaciji mise. Preuzeto s: thoughtco.com
5. Shrestha B. (18. studenog 2018.). Zakon očuvanja materije. Kemija LibreTexts. Preuzeto s: chem.libretexts.org