ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ МАТЕРІЇ: ЕКСПЕРИМЕНТИ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Закон збереження матерії або маси є той , який встановлює , що в якийсь - або хімічної реакції, матерія не створюється і не знищується. Цей закон заснований на тому, що атоми є нероздільними частинками в цьому виді реакції; тоді як в ядерних реакціях атоми фрагментовані, тому їх не вважають хімічними реакціями.

Якщо атоми не руйнуються, тоді, коли елемент чи сполука реагує, кількість атомів до та після реакції повинно бути постійним; що перетворюється на постійну кількість маси між реагентами та продуктами, що беруть участь.

Хімічна реакція між А і В2. Джерело: Габріель Болівар

Це завжди так, якщо немає протікання, що спричиняє матеріальні втрати; але якщо реактор герметично закритий, жоден атом не зникає, і тому заряджена маса повинна бути рівною масі після реакції.

Якщо продукт твердий, з іншого боку, його маса буде дорівнює сумі реактивів, задіяних для його утворення. Те саме відбувається з рідкими або газоподібними продуктами, але вона більше схильна до помилок при вимірюванні отриманої маси.

Цей закон народився завдяки експериментам у минулі століття, посиленим внесками різних відомих хіміків, таких як Антуан Лавуазьє.

Розглянемо реакцію між A і B ₂ з утворенням AB ₂ (верхнє зображення). Згідно із законом збереження речовини, маса АВ ₂ повинна дорівнювати сумі мас А і В ₂ відповідно. Отже, якщо 37 г А вступає в реакцію з 13 г В ₂ , продукт АВ ₂ повинен важити 50 г.

Тому в хімічному рівнянні маса реагентів (А і В ₂ ) завжди повинна дорівнювати масі продуктів (АВ ₂ ).

Приклад, дуже подібний до щойно описаного, - це утворення оксидів металів, таких як іржа та іржа. Іржа важча заліза (хоча це може не виглядати так), оскільки метал вступав у реакцію з масою кисню для утворення оксиду.

Який закон збереження речовини чи маси?

Цей закон говорить, що в хімічній реакції маса реагентів дорівнює масі продуктів. Закон виражається у фразі "матерія ні створюється, ні руйнується, все перетворюється", як це промовляв Юлій фон Майер (1814-1878).

Закон був розроблений незалежно Михайлом Ламаносовим у 1745 р. Та Антуаном Лавуазьє у 1785 р. Хоча дослідження Ламаносова щодо Закону збереження маси перед Лавуазьє, вони не були відомі в Європі. за те, що написано російською мовою.

Експерименти, проведені в 1676 р. Робертом Бойлом, спонукали їх зазначити, що коли матеріал спалюють у відкритому контейнері, матеріал збільшується у вазі; можливо, через трансформацію, яку зазнає сам матеріал.

Експерименти Лавузера на спалюванні матеріалів у контейнерах з обмеженим впуском повітря показали збільшення ваги. Цей результат узгоджувався з результатом, отриманим Бойлом.

Вклад Лавуазьє

Однак висновок Лавуазьє був іншим. Він вважав, що під час спалювання з маси повітря витягується якась маса, що пояснить збільшення маси, яке спостерігалось у матеріалах, що піддаються спалюванню.

Лавуазер вважав, що маса металів залишається постійною під час спалювання і що зменшення спалювання у закритих ємностях не викликане зменшенням сипучої (неприйнятої концепції), що передбачається сутністю, пов'язаною з виробництвом тепла.

Лавузер зазначив, що спостережуване зменшення спричинено, скоріше, зниженням концентрації газів у закритих контейнерах.

Як цей закон застосовується в хімічному рівнянні?

Закон збереження маси має трансцендентне значення в стехіометрії, остання визначається як обчислення кількісних співвідношень між реагентами та продуктами, присутніми в хімічній реакції.

Принципи стехіометрії були викладені в 1792 році Єреміасом Бенджаміном Ріхтером (1762-1807), який визначив її як науку, яка вимірює кількісні пропорції або масові співвідношення хімічних елементів, які беруть участь у реакції.

У хімічній реакції відбувається модифікація речовин, які беруть у ній участь. Спостерігається, що реагенти або реагенти споживаються для походження продуктів.

Під час хімічної реакції виникають розриви зв’язків між атомами, а також утворення нових зв’язків; але кількість атомів, що беруть участь у реакції, залишається незмінною. Це те, що відомо як закон збереження речовини.

Основні принципи

Цей Закон передбачає два основних принципи:

-Загальна кількість атомів кожного типу однакова як в реагентах (перед реакцією), так і в продуктах (після реакції).

-Загальна сума електричних зарядів до і після реакції залишається постійною.

Це тому, що кількість субатомних частинок залишається постійним. Ці частинки є нейтронами без електричного заряду, позитивно зарядженими протонами (+) та негативно зарядженими електронами (-). Тож електричний заряд не змінюється під час реакції.

Хімічне рівняння

Сказавши сказане, при представленні хімічної реакції за допомогою рівняння (на кшталт основного зображення) необхідно дотримуватися основних принципів. У хімічному рівнянні використовуються символи або зображення різних елементів або атомів, і те, як вони групуються в молекули до реакції або після неї.

Наступне рівняння буде знову використане в якості прикладу:

A + B ₂ => AB ₂

Підпис - це число, яке розміщується в правій частині елементів (B ₂ і AB ₂ ) внизу, вказуючи кількість атомів елемента, присутнього в молекулі. Це число неможливо змінити без утворення нової молекули, відмінної від вихідної.

Стехіометричний коефіцієнт (1 у випадку А та решти видів) - це число, яке розміщується в лівій частині атомів чи молекул, що вказує на кількість їх, які беруть участь у реакції.

У хімічному рівнянні, якщо реакція незворотна, ставиться одна стрілка, яка вказує напрямок реакції. Якщо реакція є оборотною, є дві стрілки у зворотному напрямку. Ліворуч від стрілок розташовані реактиви або реагенти (A і B ₂ ), а праворуч - продукти (AB ₂ ).

Розмахуючи

Збалансування хімічного рівняння - це процедура, яка дозволяє зрівняти кількість атомів хімічних елементів, присутніх в реактивах, з продуктами.

Іншими словами, кількість атомів кожного елемента має бути рівним на стороні реагентів (перед стрілкою) та на стороні продуктів реакції (після стрілки).

Кажуть, що коли реакція врівноважена, дотримується Закон масових дій.

Тому важливо збалансувати кількість атомів та електричні заряди по обидва боки стрілки в хімічному рівнянні. Так само сума мас реагентів повинна дорівнювати сумі мас продуктів.

Для випадку представленого рівняння воно вже врівноважене (рівне число A і B по обидва боки стрілки).

Експерименти, які доводять закон

Спалювання металу

Лавуазер, спостерігаючи за спалюванням металів, таких як свинець і олово, у закритих ємностях з обмеженим введенням повітря, зауважив, що метали були вкриті прожарюванням; і, крім того, що вага металу в даний момент нагрівання дорівнював початковій.

Оскільки збільшення ваги спостерігається при спалюванні металу, Лавузер вважав, що спостережувана зайва вага може бути пояснена певною масою чогось, що видаляється з повітря під час спалювання. З цієї причини маса залишалася постійною.

Цей висновок, який можна було б розглядати з необгрунтованою науковою основою, не такий, враховуючи знання, які мав Лавуазер про існування кисню в той час, коли він вимовляв свій Закон (1785).

Викид кисню

Кисень був відкритий Карлом Вільгельмом Шеле в 1772 році. Пізніше Джозеф Пріслі відкрив його самостійно і опублікував результати своїх досліджень за три роки до того, як Шееле опублікував свої результати на цьому ж газ.

Пріслі нагрівав окис ртуті і збирав газ, що збільшував яскравість полум'я. Крім того, коли мишей помістили в ємність з газом, вони активізувалися. Пріслі назвав цей газ дефлогістизованим.

Пріслі повідомив про свої спостереження Антуану Лавуазеру (1775 р.), Який повторив свої експерименти, показавши, що газ знаходився у повітрі та воді. Лавуазер визнав газ новим елементом, назвавши його киснем.

Коли Лавуазьє використовував як аргумент, щоб викласти свій закон, що надмірна маса, що спостерігається при спалюванні металів, обумовлена ​​чимось, що витягується з повітря, він думав про кисень, елемент, який поєднується з металами під час спалювання.

Приклади (практичні вправи)

Розкладання оксиду ртуті

Якщо нагріти 232,6 монооксиду ртуті (HgO), він розкладається на ртуть (Hg) та молекулярний кисень (O ₂ ). Виходячи із закону збереження маси та атомних ваг: (Hg = 206,6 г / моль) та (O = 16 г / моль), укажіть масу Hg та O _2, що утворюється.

HgO => Hg + O ₂

232,6 г 206,6 г 32 гр

Розрахунки дуже прості, оскільки рівно один моль HgO розкладається.

Спалювання магнієвого пояса

Спалювання магнієвої стрічки. Джерело: Capt. Джон Йоссаріан, з Вікісховища

1,2 г магнієвої стрічки спалювали у закритому контейнері, що містить 4 г кисню. Після реакції залишилось 3,2 г прореагувавшого кисню. Скільки оксиду магнію утворилося?

Перше, що потрібно обчислити, - це маса кисню, що прореагував. Це можна легко обчислити, використовуючи віднімання:

Маса O _2, яка вступила в реакцію = початкова маса O ₂ - кінцева маса O ₂

(4 - 3,2) г O ₂

0,8 г O ₂

Виходячи із закону збереження маси, можна утворити масу MgO, що утворюється.

Маса MgO = маса Mg + маса O

1,2 г + 0,8 г

2,0 г MgO

Гідроксид кальцію

Маса 14 г оксиду кальцію (СаО) вступала в реакцію з 3,6 г води (H ₂ O), яку повністю витрачали в реакції з утворенням 14,8 г гідроксиду кальцію, Са (ОН) ₂ :

Скільки оксиду кальцію реагувало на утворення гідроксиду кальцію?

Скільки залишилось оксиду кальцію?

Реакцію можна окреслити наступним рівнянням:

СаО + Н ₂ О => Са (ОН) ₂

Рівняння врівноважене. Тому він відповідає закону збереження маси.

Маса СаО, що бере участь у реакції = маса Са (OH) ₂ - маса H ₂ O

14,8 г - 3,6 г

11,2 г СаО

Тому СаО, який не реагував (той, що залишився), обчислюється шляхом віднімання:

Маса надлишку СаО = маса присутньої в реакції - маса, яка брала участь у реакції.

14 г СаО - 11,2 г СаО

2,8 г CaO

Оксид міді

Скільки оксиду міді (CuO) утвориться, коли 11 г міді (Cu) повністю реагуватимуть з киснем (O ₂ )? Скільки кисню потрібно в реакції?

Перший крок - збалансувати рівняння. Збалансоване рівняння таке:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Рівняння врівноважене, тому воно відповідає закону збереження маси.

Атомна маса Cu - 63,5 г / моль, а молекулярна маса CuO - 79,5 г / моль.

Необхідно визначити, скільки CuO утворюється від повного окислення 11 г Cu:

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

Маса утвореного CuO = 13,77 р

Тому різниця мас між CuO і Cu дає кількість кисню, що бере участь у реакції:

Маса кисню = 13,77 г - 11 г

1,77 г O ₂

Утворення хлориду натрію

Маса хлору (Cl ₂ ) 2,47 г вступала в реакцію з достатньою кількістю натрію (Na) і утворювали 3,82 г хлориду натрію (NaCl). Скільки реагував Na?

Збалансоване рівняння:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

Відповідно до закону збереження маси:

Маса Na = маса NaCl - маса Cl ₂

3,82 г - 2,47 гр

1,35 г Na

Список літератури

1. Флорес, J. Química (2002). Редакція Сантільяна.
2. Вікіпедія. (2018). Закон збереження речовини. Відновлено з: es.wikipedia.org
3. Національний політехнічний інститут. (sf). Закон збереження маси. CGFIE. Відновлено з: aev.cgfie.ipn.mx
4. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (18 січня 2019 р.). Закон збереження маси. Відновлюється з: thinkco.com
5. Шреща Б. (18 листопада 2018 р.). Закон збереження речовини. Хімія LibreTexts. Відновлено з: chem.libretexts.org