ZAKON OČUVANJA MATERIJE: POKUSI I PRIMJERI - KEMIJA - 2025

Zakon o održanju materije ili masa je onaj koji utvrđuje da se u bilo koju kemijsku reakciju, ma ne stvorena niti uništena. Taj se zakon temelji na činjenici da su atomi nedjeljive čestice u ovoj vrsti reakcije; dok su u nuklearnim reakcijama atomi fragmentirani, zbog čega se ne smatraju kemijskim reakcijama.

Ako atomi nisu uništeni, tada kada neki element ili spoj reagira, broj atoma prije i nakon reakcije mora se održavati konstantnim; što se pretvara u stalnu količinu mase između reaktanata i proizvoda koji su uključeni.

Kemijska reakcija između A i B2. Izvor: Gabriel Bolívar

To je uvijek slučaj ako nema curenja koje uzrokuje materijalne gubitke; ali ako je reaktor hermetički zatvoren, niti jedan atom ne "nestaje", i stoga nabijena masa mora biti jednaka masi nakon reakcije.

Ako je proizvod čvrst, s druge strane njegova masa će biti jednaka zbroju reaktanata koji sudjeluju u njegovom stvaranju. Isto se događa s tekućim ili plinovitim proizvodima, ali skloniji su pogreškama pri mjerenju dobivenih masa.

Ovaj zakon nastao je iz pokusa u prošlim stoljećima, ojačan doprinosima raznih poznatih kemičara, poput Antoinea Lavoisiera.

Obzir reakciju između A i B ₂ kako bi se dobilo AB ₂ (gornja slika). Prema zakonu očuvanja materije, masa AB ₂ mora biti jednaka zbroju masa A i B ₂. Dakle, ako 37 g od A reagira s 13 g B ₂, proizvod AB ₂ mora težiti 50g.

Stoga, u kemijskoj jednadžbi, masa reaktanata (A i B ₂) mora biti jednaka masa proizvoda (AB ₂).

Primjer vrlo sličan upravo opisanom je stvaranje metalnih oksida, poput hrđe ili hrđe. Rust je teža od željeza (iako možda ne izgleda), jer je metal reagirao s masom kisika da bi stvorio oksid.

Koji je zakon očuvanja materije ili mase?

Ovaj zakon kaže da je u kemijskoj reakciji masa reaktanata jednaka masi produkata. Zakon je izražen frazom "materija se ne stvara niti uništava, sve se transformira", kako ju je izgovorio Julius Von Mayer (1814-1878).

Zakon je samostalno razvio Michael Lamanosov, 1745., a Antoine Lavoisier 1785. Iako su Lamanosov istraživački radovi o Zakonu o očuvanju mase prije Lavoisierovih, u Europi nisu bili poznati. za pisanje na ruskom.

Eksperimenti koje je 1676. godine izveo Robert Boyle naveli su da kada je materijal spaljen u otvorenoj posudi, materijal se povećavao na težini; možda zbog transformacije koju doživljava sam materijal.

Lavoiserovi pokusi na spaljivanju materijala u spremnicima s ograničenim unosom zraka pokazali su debljanje. Taj se rezultat slagao s onim koji je dobio Boyle.

Lavoisierov doprinos

Međutim, zaključak Lavoisiera bio je drugačiji. Smatrao je da se tijekom spaljivanja iz mase izvlači količina mase, što će objasniti porast mase koji je opažen kod materijala podvrgnutih spaljivanju.

Lavoiser je vjerovao da masa metala ostaje konstantna tijekom spaljivanja i da smanjenje spaljivanja u zatvorenim spremnicima nije uzrokovano smanjenjem labavog (iskorištenog koncepta), pretpostavljenog suština povezanog s proizvodnjom topline.

Lavoiser je istaknuo da je opaženi pad uzrokovan padom koncentracije plinova u zatvorenim spremnicima.

Kako se ovaj zakon primjenjuje u kemijskoj jednadžbi?

Zakon očuvanja mase transcendentalnog je značaja u stehiometriji, pri čemu se potonji definira kao proračun kvantitativnih odnosa između reaktanata i produkata prisutnih u kemijskoj reakciji.

Načela stehiometrije nagovijestio je 1792. Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), koji ga je definirao kao znanost koja mjeri kvantitativne proporcije ili masne odnose kemijskih elemenata koji su uključeni u reakciju.

U kemijskoj reakciji dolazi do modifikacije tvari koje u tome sudjeluju. Primijećeno je da se reaktanti ili reaktanti troše za podrijetlo produkata.

Tijekom kemijske reakcije dolazi do pucanja veza između atoma, kao i do stvaranja novih veza; ali broj atoma uključenih u reakciju ostaje nepromijenjen. To je ono što je poznato kao zakon očuvanja materije.

Osnovni principi

Ovaj zakon podrazumijeva dva osnovna načela:

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

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

To je zato što broj subatomskih čestica ostaje konstantan. Te su čestice neutroni bez električnog naboja, pozitivno nabijeni protoni (+) i negativno nabijeni elektroni (-). Dakle, električni se naboj ne mijenja tijekom reakcije.

Kemijska jednadžba

Imajući gore navedeno, pri predstavljanju kemijske reakcije pomoću jednadžbe (poput one na glavnoj slici), moraju se poštivati ​​osnovni principi. Kemijska jednadžba koristi simbole ili prikaze različitih elemenata ili atoma i kako su oni grupirani u molekule prije ili nakon reakcije.

Sljedeća jednadžba ponovo će se koristiti kao primjer:

A + B ₂ => AB ₂

Potpis je broj koji se nalazi na desnoj strani elemenata (B ₂ i AB ₂) na dnu, a označava broj atoma jednog elementa prisutnog u molekuli. Taj se broj ne može promijeniti bez proizvodnje nove molekule, različite od izvorne.

Stehiometrijski koeficijent (1, u slučaju A i ostale vrste) je broj koji se stavlja u lijevi dio atoma ili molekula, što ukazuje na broj njih koji sudjeluju u reakciji.

U kemijskoj jednadžbi, ako je reakcija nepovratna, stavlja se jedna strelica, koja označava smjer reakcije. Ako je reakcija reverzibilna, dvije su strelice u suprotnom smjeru. Lijevo od strelica nalaze se reaktanti ili reaktanti (A i B ₂), dok s desne strane proizvodi (AB ₂).

Ljuljanje

Uravnotežavanje kemijske jednadžbe postupak je koji omogućava izjednačavanje broja atoma kemijskih elemenata koji su prisutni u reaktantima s onima proizvoda.

Drugim riječima, broj atoma svakog elementa mora biti jednak na strani reaktanata (prije strelice) i na strani produkata reakcije (nakon strelice).

Kaže se da kada se reakcija uravnoteži, poštuje se zakon masovne akcije.

Stoga je ključno u kemijskoj jednadžbi uravnotežiti broj atoma i električni naboj s obje strane strelice. Isto tako, zbroj masa reaktanata mora biti jednak zbroju masa proizvoda.

U slučaju predstavljene jednadžbe, ona je već uravnotežena (jednak broj A i B na obje strane strelice).

Eksperimenti koji dokazuju zakon

Spaljivanje metala

Lavoiser je, promatrajući spaljivanje metala poput olova i kositra u zatvorenim spremnicima s ograničenim unosom zraka, primijetio da su metali prekriveni kalcinacijom; i nadalje, da je težina metala u određenom trenutku zagrijavanja jednaka početnoj.

Kako je opaženo povećanje tjelesne težine prilikom spaljivanja metala, Lavoiser je smatrao da se opažena višak kilograma može objasniti određenom masom nečega što se uklanja iz zraka tijekom spaljivanja. Iz tog razloga masa je ostala konstantna.

Ovaj zaključak, koji bi se mogao smatrati neutemeljenim znanstvenim osnovama, nije takav, uzimajući u obzir saznanja koja je Lavoiser imao o postojanju kisika u vrijeme kad je izgovarao svoj Zakon (1785.).

Oslobađanje kisika

Carl Willhelm Scheele otkrio je kisik 1772. Kasnije je Joseph Priesley otkrio to samostalno i objavio rezultate svog istraživanja, tri godine prije nego što je Scheele objavio svoje rezultate na tom istom plinu.

Priesley je zagrijavao živin monoksid i prikupio plin koji je povećao svjetlinu plamena. Uz to, kad su miševi stavljeni u spremnik s plinom, postali su aktivniji. Priesley je taj plin nazvao deflogistiziranim.

Priesley je izvijestio o svojim opažanjima Antoinea Lavoisera (1775), koji je ponovio svoje eksperimente pokazujući da je plin pronađen u zraku i vodi. Lavoiser je prepoznao plin kao novi element, nazvavši ga kisikom.

Kad se Lavoisier poslužio kao argument da iznese svoj zakon, da je višak mase koji se primjetio pri spaljivanju metala nastao zbog nečega što se izvlači iz zraka, razmišljao je o kisiku, elementu koji se kombinira s metalima tijekom spaljivanja.

Primjeri (praktične vježbe)

Raspadanje živog monoksida

Ako 232,6 živinog monoksida (HgO) se zagrijava, se razgrađuje u živu (Hg) i molekularnog kisika (O ₂). Temelju zakona o očuvanju mase i atomskih masa: (Hg = 206,6 g / mol), a (O = 16 g / mol), stanje se masa Hg i O ₂ koji se formira.

HgO => Hg + O ₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Proračuni su vrlo jednostavni, jer se razgrađuje točno jedan mol HgO.

Spaljivanje magnezijevog pojasa

Paljenje magnezijeve vrpce. Izvor: Capt. John Yossarian, iz Wikimedia Commons

U zatvorenoj posudi koja je sadržavala 4 g kisika spaljena je 1,2 g magnezijeve vrpce. Nakon reakcije ostalo je 3,2 g nereagiranog kisika. Koliko magnezijevog oksida je nastalo?

Prvo što treba izračunati je masa kisika koja je reagirala. To se lako može izračunati pomoću oduzimanja:

Masa O ₂ koja je reagirala = početna masa O ₂ - konačna masa O ₂

- (4- 3.2) g O ₂

0,8 g O ₂

Na temelju zakona očuvanja mase može se izračunati masa MgO koja se formira.

Masa MgO = masa Mg + masa O

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Kalcijev hidroksid

Masa 14 g kalcijevog oksida (CaO), reagira s 3,6 g vode (H ₂ O), koji je u potpunosti potrošena u reakciji da se dobije 14.8 g kalcijevog hidroksida, Ca (OH) ₂:

Koliko je kalcijevog oksida reagiralo da tvori kalcijev hidroksid?

Koliko je preostalo kalcijevog oksida?

Reakcija se može ocrtati sljedećom jednadžbom:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Jednadžba je uravnotežena. Stoga je u skladu sa zakonom očuvanja mase.

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

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Dakle, CaO koji nije reagirao (onaj koji je preostao) izračunava se oduzimanjem:

Masa viška CaO = masa prisutna u reakciji - masa koja je sudjelovala u reakciji.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Bakrov oksid

Koliki će iznos bakrovog oksida (CuO) nastati kada 11 g bakra (Cu) u potpunosti reagira s kisikom (O ₂)? Koliko je kisika potrebno u reakciji?

Prvi korak je uravnoteženje jednadžbe. Uravnotežena jednadžba je sljedeća:

2Cu + O ₂ => 2CuO

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

Atomska masa Cu je 63,5 g / mol, a molekulska masa CuO je 79,5 g / mol.

Potrebno je utvrditi koliko CuO nastaje od potpune oksidacije 11 g Cu:

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

Nastala masa CuO = 13,77 g

Stoga, razlika masa između CuO i Cu daje količinu kisika koja je uključena u reakciju:

Masa kisika = 13,77 g - 11 g

1,77 g O ₂

Stvaranje natrijevog klorida

Masa klora (Cl ₂) iz 2,47 g reagira s dovoljnom količinom natrija (Na) i 3,82 g natrijevog klorida (NaCl) su formirani. Koliko je Na reagirao?

Uravnotežena jednadžba:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

Prema zakonu očuvanja mase:

Masa Na = masa NaCl - masa Cl ₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

Reference

1. Flores, J. Química (2002). Uredništvo Santillana.
2. Wikipedia. (2018.). Zakon očuvanja materije. Oporavilo sa: es.wikipedia.org
3. Nacionalni politehnički institut. (SF). Zakon očuvanja mase. CGFIE. Oporavak od: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (18. siječnja 2019.). Zakon očuvanja mase obnovljeno iz: thinkco.com
5. Shrestha B. (18. studenog 2018.). Zakon očuvanja materije. Kemija LibreTexts. Oporavak od: chem.libretexts.org