ZAKON OHRANJANJA MATERIJE: POSKUSI IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

Pravo ohranjanje snovi ali mase je tista, ki določa, da v kateri koli kemijski reakciji, glede na to, niti ustvaril niti uničena. Ta zakon temelji na dejstvu, da so atomi nedeljivi delci v tej vrsti reakcije; medtem ko so v jedrskih reakcijah atomi razdrobljeni, zato se ne štejejo za kemične reakcije.

Če atomi niso uničeni, je treba takrat, ko element ali spojina reagira, število atomov pred in po reakciji vzdrževati konstantno; kar pomeni konstantno maso med reaktivi in ​​vpletenimi produkti.

Kemična reakcija med A in B2. Vir: Gabriel Bolívar

To vedno velja, če ni puščanja, ki bi povzročilo materialne izgube; če pa je reaktor hermetično zaprt, noben atom ne "izgine", zato mora biti napolnjena masa enaka masi po reakciji.

Če je izdelek trden, je po drugi strani njegova masa enaka vsoti reaktantov, ki so vključeni v njegovo tvorbo. Enako se dogaja s tekočimi ali plinastimi proizvodi, vendar je bolj nagnjen k napakam pri merjenju njihovih dobljenih mas.

Ta zakon se je rodil iz poskusov v preteklih stoletjih, okrepljenih s prispevki različnih znanih kemikov, kot je Antoine Lavoisier.

Razmislite o reakciji med A in B _2, da nastane AB ₂ (zgornja slika). Po zakonu ohranjanja snovi mora biti masa AB ₂ enaka vsoti mas A in B ₂ . Torej, če je 37 g od A reagira z 13 g B ₂ , izdelek AB ₂ mora tehtati 50g.

Zato mora biti v kemijski enačbi masa reaktantov (A in B ₂ ) vedno enaka masi produktov (AB ₂ ).

Primer, ki je zelo podoben pravkar opisanemu, je nastajanje kovinskih oksidov, kot sta rje ali rje. Rust je težji od železa (čeprav morda ni videti), saj je kovina reagirala z maso kisika in ustvarila oksid.

Kakšen je zakon ohranjanja snovi ali mase?

Ta zakon pravi, da je v kemični reakciji masa reaktantov enaka masi produktov. Zakon je izražen v stavku "materija ni ustvarjena niti uničena, vse se preoblikuje", kot jo je izrazil Julius Von Mayer (1814-1878).

Zakon je neodvisno razvil Mihail Lamanosov leta 1745 in Antoine Lavoisier leta 1785. Čeprav so Lamanosova raziskovalna dela o zakonu ohranjanja mase pred Lavoisierjevo, v Evropi niso bila znana. za pisanje v ruščini.

Poskusi, ki jih je leta 1676 izvedel Robert Boyle, so pokazali, da je material, ki je bil sežgan v odprti posodi, povečal svojo težo; morda zaradi preobrazbe, ki jo doživlja sam material.

Lavoiserjevi poskusi na sežiganju materialov v posodah z omejenim dovodom zraka so pokazali povečanje telesne teže. Ta rezultat je bil v soglasju s tistim, ki ga je dobil Boyle.

Lavoisierjev prispevek

Vendar je bil zaključek Lavoisierja drugačen. Menil je, da se med sežiganjem iz zraka pridobiva količina mase, kar bi razložilo povečanje mase, ki je bilo opaženo v materialih, ki so bili podvrženi sežiganju.

Lavoiser je menil, da masa kovin med sežiganjem ostaja konstantna in da zmanjšanje sežiganja v zaprtih posodah ne povzroči zmanjšanja ohlapnega (zlorabljenega koncepta), domnevnega bistva, povezanega s proizvodnjo toplote.

Lavoiser je opozoril, da je opaženo zmanjšanje povzročilo zmanjšanje koncentracije plinov v zaprtih posodah.

Kako se ta zakon uporablja v kemijski enačbi?

Zakon ohranitve mase je transcendentalnega pomena v stehiometriji, pri čemer je slednja opredeljena kot izračun kvantitativnih razmerij med reaktanti in produkti, prisotnimi v kemični reakciji.

Načela stehiometrije je leta 1792 nakazal Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), ki ga je opredelil kot znanost, ki meri količinske deleže ali masna razmerja kemičnih elementov, ki sodelujejo v reakciji.

Pri kemični reakciji pride do spremembe snovi, ki v njej sodelujejo. Opažamo, da se reaktanti ali reaktanti porabijo za nastanek produktov.

Med kemijsko reakcijo pride do pretrganja vezi med atomi, pa tudi do tvorbe novih vezi; vendar število atomov, vključenih v reakcijo, ostane nespremenjeno. To je tisto, kar je znano kot zakon ohranjanja materije.

Osnovna načela

Ta zakon vključuje dve osnovni načeli:

-Skupno število atomov vsake vrste je enako v reaktantih (pred reakcijo) in v produktih (po reakciji).

-Vsota električnih nabojev pred in po reakciji ostane konstantna.

To je zato, ker število subatomskih delcev ostane konstantno. Ti delci so nevtroni brez električnega naboja, pozitivno nabiti protoni (+) in negativno nabiti elektroni (-). Torej se električni naboj med reakcijo ne spremeni.

Kemijska enačba

Glede na zgoraj navedeno je treba pri predstavljanju kemijske reakcije z enačbo (kot je ta na glavni sliki) spoštovati osnovna načela. V kemijski enačbi so uporabljeni simboli ali predstavitve različnih elementov ali atomov in njihovo razvrščanje v molekule pred reakcijo ali po njej.

Naslednja enačba bo ponovno uporabljena kot primer:

A + B ₂ => AB ₂

Napisnik je številka, ki je postavljena na desni strani elementov (B ₂ in AB ₂ ) na dnu in označuje število atomov elementa, prisotnega v molekuli. Te številke ni mogoče spremeniti, če ne nastane nova molekula, drugačna od prvotne.

Stehiometrični koeficient (1 v primeru A in ostale vrste) je število, ki je postavljeno na levi strani atomov ali molekul, kar kaže na število vključenih v reakcijo.

Če je reakcija nepovratna, je v kemijski enačbi nameščena ena puščica, ki kaže smer reakcije. Če je reakcija reverzibilna, sta v nasprotni smeri dve puščici. Levo od puščic so reaktanti ali reaktanti (A in B ₂ ), desno pa so proizvodi (AB ₂ ).

Nihajno

Uravnavanje kemijske enačbe je postopek, ki omogoča enačenje števila atomov kemičnih elementov, ki so prisotni v reaktantih, in tistih v proizvodih.

Z drugimi besedami, število atomov vsakega elementa mora biti enako na strani reaktantov (pred puščico) in na strani reakcijskih produktov (po puščici).

Pravijo, da ko je reakcija uravnotežena, se upošteva zakon množičnega ukrepanja.

Zato je nujno, da v kemijski enačbi uravnotežimo število atomov in električne naboje na obeh straneh puščice. Prav tako mora biti vsota mas reaktantov enaka vsoti mas produktov.

V primeru predstavljene enačbe je že uravnoteženo (enako število A in B na obeh straneh puščice).

Poskusi, ki dokazujejo zakon

Sežiganje kovin

Lavoiser je opazoval sežig kovin, kot sta svinec in kositer v zaprtih posodah z omejenim dovodom zraka, opazil, da so kovine pokrite s kalcinacijo; in nadalje, da je bila masa kovine v določenem času segrevanja enaka začetni.

Ker je pri sežiganju kovine opaziti povečanje telesne mase, je Lavoiser menil, da je opaženo odvečno težo mogoče razložiti z določeno maso nečesa, kar se med sežiganjem odstrani iz zraka. Zaradi tega je masa ostala konstantna.

Ta ugotovitev, ki bi jo lahko obravnavali z neznansko znanstveno podlago, ni taka, če upoštevamo znanje, ki ga je imel Lavoiser o obstoju kisika v času, ko je izrekel svoj zakon (1785).

Sprostitev kisika

Kisik je odkril Carl Willhelm Scheele leta 1772. Kasneje jo je odkril Joseph Priesley in rezultate svojih raziskav objavil tri leta, preden je Scheele objavil svoje rezultate na tem istem plinu.

Priesley je segrel živosrebrov monoksid in nabral plin, ki je povečal svetlost plamena. Poleg tega so miške, ko smo jih postavili v posodo s plinom, postale bolj aktivne. Priesley je ta plin imenoval deflogistiziran.

Priesley je svoja opažanja sporočil Antoinu Lavoiserju (1775), ki je ponovil svoje poskuse, ki kažejo, da je bil plin najden v zraku in vodi. Lavoiser je plin prepoznal kot nov element, poimenoval ga je kisik.

Ko je Lavoisier kot argument navedel svoj zakon, da je presežek mase, ki je bil opažen pri sežiganju kovin, posledica nečesa, kar je bilo pridobljeno iz zraka, je razmišljal o kisiku, elementu, ki se med sežiganjem kombinira s kovinami.

Primeri (praktične vaje)

Razpad živosrebrovega monoksida

Če segrejemo 232,6 živosrebrovega monoksida (HgO), se ta razgradi v živo srebro (Hg) in molekulski kisik (O ₂ ). Na podlagi zakona ohranjanja mase in atomske mase: (Hg = 206,6 g / mol) in (O = 16 g / mol) navedite maso Hg in O _2, ki se tvorita.

HgO => Hg + O ₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Izračuni so zelo enostavni, saj se razgradi natanko en mol HgO.

Sežiganje magnezijevega pasu

Izgorevanje magnezijevega traku. Vir: Capt. John Yossarian, iz Wikimedia Commons

V zaprti posodi, ki vsebuje 4 g kisika, smo sežgali 1,2 g magnezijevega traku. Po reakciji je ostalo 3,2 g nereagiranega kisika. Koliko magnezijevega oksida je nastalo?

Prva stvar za izračun je masa kisika, ki je reagiral. To je mogoče enostavno izračunati z odštevanjem:

Masa O _2, ki je reagirala = začetna masa O ₂ - končna masa O ₂

(4 - 3,2) g O ₂

0,8 g O ₂

Na podlagi zakona ohranitve mase je mogoče izračunati maso nastalega MgO.

Masa MgO = masa Mg + masa O

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Kalcijev hidroksid

Telo z maso 14 g kalcijevega oksida (CaO) presnovimo z 3,6 g vode (H ₂ O), ki je bila v celoti porabljena v reakciji, da se tvori 14,8 g kalcijevega hidroksida, Ca (OH) ₂ :

Koliko kalcijevega oksida reagira, da nastane kalcijev hidroksid?

Koliko kalcijevega oksida je ostalo?

Reakcija je lahko opisana z naslednjo enačbo:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Enačba je uravnotežena. Zato je skladen z zakonom ohranjanja množičnosti.

Masa CaO sodeluje pri reakciji = masa Ca (OH) ₂ - masa H ₂ O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Zato se CaO, ki ni reagiral (tisti, ki je ostal), izračuna z odštevanjem:

Masa presežka CaO = masa, prisotna v reakciji - masa, ki je sodelovala v reakciji.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Bakrov oksid

Koliko bakrovega oksida (CuO) bo nastalo, ko 11 g bakra (Cu) popolnoma reagira s kisikom (O ₂ )? Koliko kisika je potrebnega v reakciji?

Prvi korak je uravnoteženje enačbe. Uravnotežena enačba je naslednja:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Enačba je uravnotežena, tako da je skladna z zakonom ohranjanja mase.

Atomska teža Cu je 63,5 g / mol, molekulska teža CuO pa 79,5 g / mol.

Določiti je treba, koliko CuO nastane pri popolni oksidaciji 11 g Cu:

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

Masa tvorjene CuO = 13,77 g

Zato razlika v masi med CuO in Cu daje količino kisika, ki sodeluje v reakciji:

Masa kisika = 13,77 g - 11 g

1,77 g O ₂

Nastajanje natrijevega klorida

Telo z maso klora (Cl ₂ ) od 2,47 g reagira dovolj natrija (Na) in 3,82 g natrijevega klorida (NaCl) so bili oblikovani. Koliko Na je reagiralo?

Uravnotežena enačba:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

Po zakonu ohranjanja 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. Wikipedija. (2018). Zakon ohranjanja snovi. Pridobljeno: es.wikipedia.org
3. Nacionalni politehnični inštitut. (sf). Zakon ohranjanja mase. CGFIE Pridobljeno iz: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. (18. januar 2019). Zakon o ohranjanju množice, pridobljeno iz: thinkco.com
5. Šrestha B. (18. november 2018). Zakon ohranjanja materije. Kemija LibreTexts. Pridobljeno: chem.libretexts.org