Prawo zachowania materii, zastosowania, eksperymenty i przykłady

The prawo zachowania materii lub masy jest tym, co stwierdza, że ​​w każdej reakcji chemicznej materia nie jest tworzona ani niszczona. Prawo to opiera się na fakcie, że atomy są niepodzielnymi cząstkami w tego typu reakcjach; podczas gdy w reakcjach jądrowych atomy są rozdrobnione, dlatego nie są uważane za reakcje chemiczne. 

Jeśli atomy nie zostaną zniszczone, wtedy gdy element lub związek reaguje, liczba atomów musi być utrzymywana na stałym poziomie przed i po reakcji; co przekłada się na stałą ilość masy między odczynnikami i produktami.

Dzieje się tak zawsze, jeśli nie ma wycieku powodującego utratę materii; ale jeśli reaktor jest hermetycznie zamknięty, żaden atom „nie znika”, a zatem naładowana masa musi być równa masie po reakcji.

Z drugiej strony, jeśli produkt jest stały, jego masa będzie równa sumie zaangażowanych odczynników do jego utworzenia. W taki sam sposób dzieje się z produktami ciekłymi lub gazowymi, ale jest bardziej podatny na błędy podczas pomiaru wynikających z nich mas.

Prawo to zrodziło się z eksperymentów minionych wieków, wzmocnionych wkładem kilku znanych chemików, takich jak Antoine Lavoisier.

Rozważ reakcję między A i B₂ utworzyć AB₂ (górne zdjęcie) Zgodnie z prawem zachowania materii, masa AB₂ musi być równa sumie mas A i B₂, odpowiednio. Następnie, jeśli 37 g A reaguje z 13 g B₂, produkt AB₂ musi ważyć 50g.

Dlatego w równaniu chemicznym masa reagentów (A i B₂) musi być zawsze równa masie produktów (AB₂).

Przykładem bardzo podobnym do opisanego powyżej jest tworzenie tlenków metali, takich jak rdza lub rdza. Rdza jest cięższa niż żelazo (choć może nie wyglądać tak), ponieważ metal reagował masą tlenu, aby wytworzyć tlenek.

Indeks

• 1 Jakie jest prawo zachowania materii lub masy?
  • 1.1 Wkład Lavoisiera
• 2 Jak to prawo jest stosowane w równaniu chemicznym?
  • 2.1 Podstawowe zasady
  • 2.2 Równanie chemiczne
• 3 Eksperymenty, które pokazują prawo
  • 3.1 Spalanie metali
  • 3.2 Zwolnienie tlenu
• 4 Przykłady (ćwiczenia praktyczne)
  • 4.1 Rozkład tlenku rtęci
  • 4.2 Spalanie taśmy magnezowej
  • 4.3 Wodorotlenek wapnia
  • 4.4 Tlenek miedzi
  • 4.5 Tworzenie chlorku sodu
• 5 referencji

Jakie jest prawo zachowania materii lub masy?

Prawo to stwierdza, że ​​reakcja chemiczna masy reagentów jest równa masie produktów. Prawo wyraża się w frazie „materia nie jest ani tworzona, ani niszczona, wszystko jest przekształcane”, jak to wyraził Julius Von Mayer (1814-1878).

Ustawa została opracowana niezależnie przez Michaiła Lamanosowa w 1745 r. I przez Antoine'a Lavoisiera w 1785 r. Podczas gdy badania Lamanósova nad Prawem ochrony mszy poprzedzają badania Lavoisiera, nie były one znane w Europie. za napisanie po rosyjsku.

Eksperymenty przeprowadzone w 1676 r. Przez Roberta Boyle'a doprowadziły ich do wskazania, że ​​gdy materiał został spalony w otwartym pojemniku, materiał zwiększył jego wagę; być może z powodu transformacji doświadczanej przez sam materiał.

Eksperymenty Lavoisera dotyczące spalania materiałów w pojemnikach z ograniczonym poborem powietrza wykazały wzrost masy. Wynik ten był zgodny z wynikiem uzyskanym przez Boyle'a.

Wkład Lavoisiera

Jednak wniosek Lavoisiera był inny. Pomyślał, że podczas spalania z powietrza wydobyto pewną masę, co tłumaczyłoby wzrost masy obserwowany w materiałach poddanych spalaniu.

Lavoiser uważał, że masa metali pozostała stała podczas spalania, a spadek spalania w zamkniętych pojemnikach nie był spowodowany spadkiem flojisto (koncepcja w nieużywaniu), rzekomej istoty związanej z produkcją ciepła.

Lavoiser zauważył, że obserwowany spadek spowodowany był raczej spadkiem stężenia gazów w zamkniętych pojemnikach.

Jak to prawo stosuje się w równaniu chemicznym?

Prawo zachowania masy ma znaczenie transcendentalne w stechiometrii, definiując ją jako obliczenie zależności ilościowych między reagentami a produktami obecnymi w reakcji chemicznej.

Zasady stechiometrii zostały sformułowane w 1792 r. Przez Jeremíasa Benjamína Richtera (1762-1807), który zdefiniował go jako naukę, która mierzy proporcje ilościowe lub relacje masowe pierwiastków chemicznych zaangażowanych w reakcję.

W reakcji chemicznej następuje modyfikacja substancji, które w niej zachodzą. Zaobserwowano, że reagenty lub reagenty są zużywane do wytworzenia produktów.

Podczas reakcji chemicznej występują pęknięcia wiązań między atomami, jak również powstawanie nowych wiązań; ale liczba atomów zaangażowanych w reakcję pozostaje niezmieniona. Jest to tak zwane prawo zachowania materii.

Podstawowe zasady

Ta ustawa zakłada dwie podstawowe zasady:

-Całkowita liczba atomów każdego typu jest równa w reagentach (przed reakcją) i w produktach (po reakcji).

-Całkowita suma ładunków elektrycznych przed i po reakcji pozostaje stała.

Dzieje się tak, ponieważ liczba cząstek subatomowych pozostaje stała. Cząstki te to neutrony bez ładunku elektrycznego, protony z ładunkiem dodatnim (+) i elektrony z ładunkiem ujemnym (-). Tak więc ładunek elektryczny nie zmienia się podczas reakcji.

Równanie chemiczne

Powiedziawszy powyższe, przedstawiając reakcję chemiczną za pomocą równania (takiego jak w głównym obrazie), należy przestrzegać podstawowych zasad. Równanie chemiczne wykorzystuje symbole lub reprezentacje różnych elementów lub atomów oraz sposób ich zgrupowania w cząsteczkach przed lub po reakcji.

Następujące równanie zostanie ponownie użyte jako przykład:

A + B₂    => AB₂

Indeks dolny to liczba umieszczona po prawej stronie elementów (B₂ i AB₂) w jego dolnej części, wskazując liczbę atomów pierwiastka obecnego w cząsteczce. Tej liczby nie można zmienić bez produkcji nowej cząsteczki, innej niż oryginał.

Współczynnik stechiometryczny (1, w przypadku A i reszty gatunku) to liczba umieszczona w lewej części atomów lub cząsteczek, wskazująca liczbę tych, które biorą udział w reakcji.

W równaniu chemicznym, jeśli reakcja jest nieodwracalna, umieszczana jest pojedyncza strzałka wskazująca kierunek reakcji. Jeśli reakcja jest odwracalna, są dwie strzałki w przeciwnym kierunku. Po lewej stronie strzałek znajdują się odczynniki lub reagenty (A i B₂), a po prawej produkty (AB₂).

Huśtawka

Równoważenie równania chemicznego to procedura, która pozwala wyrównać liczbę atomów pierwiastków chemicznych obecnych w reagentach z pierwiastkami produktów.

Innymi słowy, ilość atomów każdego elementu musi być równa po stronie reagentów (przed strzałką) i po stronie produktu reakcji (po strzale).

Mówi się, że gdy reakcja jest zrównoważona, przestrzegane jest prawo masowego działania.

Dlatego istotne jest zrównoważenie liczby atomów i ładunków elektrycznych po obu stronach strzałki w równaniu chemicznym. Również suma mas reagentów musi być równa sumie mas produktów.

W przypadku reprezentowanego równania jest ono już zbalansowane (równa liczba A i B po obu stronach strzałki).

Eksperymenty, które pokazują prawo

Spalanie metali

Lavoiser, obserwując spalanie metali takich jak ołów i cyna w zamkniętych pojemnikach z ograniczonym poborem powietrza, zauważył, że metale zostały pokryte kalcynatem; a także, że ciężar metalu w określonym czasie ogrzewania był równy początkowi.

Gdy obserwuje się wzrost masy podczas spalania metalu, Lavoiser pomyślał, że obserwowany nadmiar masy można wytłumaczyć pewną masą czegoś, co jest wydobywane z powietrza podczas spalania. Z tego powodu masa pozostała stała.

Ten wniosek, który można by rozpatrywać ze słabą podstawą naukową, nie jest taki, biorąc pod uwagę wiedzę Lavoisera o istnieniu tlenu, zanim ogłosił swoje prawo (1785).

Zwolnienie tlenu

Tlen został odkryty przez Carla Willhelma Scheele w 1772 roku. Następnie Joseph Priesley odkrył go niezależnie i opublikował wyniki swoich badań, trzy lata przed opublikowaniem przez Scheele jego wyników na temat tego samego gazu..

Priesley podgrzał tlenek rtęci i zebrał gaz, który spowodował wzrost jasności płomienia. Ponadto wprowadzanie myszy do pojemnika z gazem czyniło je bardziej aktywnymi. Priesley nazwał ten defogistized gas.

Priesley przekazał swoje obserwacje Antoine'owi Lavoiserowi (1775), który powtórzył swoje eksperymenty pokazujące, że gaz jest w powietrzu i w wodzie. Lavoiser rozpoznał gaz jako nowy element, nadając mu nazwę tlenu.

Kiedy Lavoisier posłużył się argumentem, aby ogłosić swoje prawo, że nadmiar masy obserwowany w spalaniu metali był spowodowany czymś, co zostało wydobyte z powietrza, pomyślał o tlenie, elemencie łączonym z metalami podczas spalania..

Przykłady (ćwiczenia praktyczne)

Rozkład tlenku rtęci

Jeśli ogrzewa się 232.6 tlenku rtęci (HgO), rozkłada się na rtęć (Hg) i tlen cząsteczkowy (O₂). Na podstawie prawa zachowania masy i masy atomowej: (Hg = 206,6 g / mol) i (O = 16 g / mol), wskazać masę Hg i O₂ to się uformowało.

HgO => Hg + O₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Obliczenia są bardzo bezpośrednie, ponieważ dokładnie jeden mol HgO ulega rozkładowi.

Spalanie taśmy magnezowej

Wstęgę magnezu 1,2 g spalono w zamkniętym pojemniku zawierającym 4 g tlenu. Po reakcji pozostało 3,2 g nieprzereagowanego tlenu. Ile powstał tlenek magnezu?

Pierwszą rzeczą do obliczenia jest masa tlenu, która zareagowała. Można to łatwo obliczyć, używając odejmowania:

Masa O₂ który zareagował = początkowa masa O₂ - końcowa masa O₂

(4 - 3,2) g O₂

0,8 g O₂

Na podstawie prawa zachowania masy można obliczyć masę utworzonego MgO.

Masa MgO = masa Mg + masa O

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Wodorotlenek wapnia

Masa 14 g tlenku wapnia (CaO) przereagowała z 3,6 g wody (H₂O), który został całkowicie zużyty w reakcji z wytworzeniem 14,8 g wodorotlenku wapnia, Ca (OH)₂:

Ile tlenku wapnia reagowało tworząc wodorotlenek wapnia?

Ile tlenku wapnia zostało?

Reakcję można schematować za pomocą następującego równania:

CaO + H₂O => Ca (OH)₂

Równanie jest zrównoważone. Dlatego przestrzega prawa zachowania masy.

Masa CaO biorąca udział w reakcji = masa Ca (OH)₂ - Masa H₂O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Dlatego CaO, który nie zareagował (pozostały), oblicza się przez odjęcie:

Pozostała masa CaO = masa obecna w reakcji - masa, która interweniowała w reakcji.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Tlenek miedzi

Ile tlenku miedzi (CuO) powstanie, gdy 11 g miedzi (Cu) całkowicie przereaguje z tlenem (O₂)? Ile tlenu jest potrzebne w reakcji?

Pierwszym krokiem jest zrównoważenie równania. Zrównoważone równanie wygląda następująco:

2Cu + O₂ => 2CuO

Równanie jest zrównoważone, więc jest zgodne z prawem zachowania masy.

Masa atomowa Cu wynosi 63,5 g / mol, a masa cząsteczkowa CuO wynosi 79,5 g / mol.

Konieczne jest określenie, ile CuO powstaje w wyniku całkowitego utlenienia 11 g Cu:

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

Kształt masy CuO = 13,77 g

Dlatego różnica mas między CuO i Cu daje ilość tlenu zaangażowaną w reakcję:

Masa tlenu = 13,77 g - 11 g

1,77 g O₂

Powstawanie chlorku sodu

Masa chloru (Cl₂) 2,47 g poddano reakcji z wystarczającą ilością sodu (Na) i otrzymano 3,82 g chlorku sodu (NaCl). Ile zareagował Na?

Zrównoważone równanie:

2Na + Cl₂ => 2NaCl

Zgodnie z prawem zachowania masy:

Masa Na = masa NaCl - masa Cl₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

Referencje

1. Flores, J. Química (2002). Od redakcji Santillana.
2. Wikipedia. (2018). Prawo zachowania materii. Źródło: en.wikipedia.org
3. Narodowy Instytut Politechniczny. (s.f.). Prawo zachowania masy. CGFIE. Źródło: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 stycznia 2019 r.). Prawo zachowania masy. Źródło: thinkco.com
5. Shrestha B. (18 listopada 2018). Prawo zachowania materii. Chemia LibreTexts. Źródło: chem.libretexts.org