LOV OM KONSERVERING AV MATERIE: EKSPERIMENTER OG EKSEMPLER - KJEMI - 2025

Det loven om bevaring av materie eller masse er en som fastslår at i et hvilket som helst kjemisk reaksjon, saken er ikke skapes eller ødelegges. Denne loven er basert på det faktum at atomer er udelelige partikler i denne typen reaksjoner; mens atomkjerner er atomene fragmenterte, og det er grunnen til at de ikke regnes som kjemiske reaksjoner.

Hvis atomene ikke ødelegges, må antallet atomer før og etter reaksjonen holdes konstant når et element eller en forbindelse reagerer. som betyr en konstant mengde masse mellom reaktantene og produktene som er involvert.

Kjemisk reaksjon mellom A og B2. Kilde: Gabriel Bolívar

Dette er alltid tilfelle hvis det ikke er noen lekkasje som forårsaker materielle tap; men hvis reaktoren er hermetisk lukket, forsvinner ikke noe atom, og derfor må den ladede massen være lik massen etter reaksjonen.

Hvis produktet er solid, derimot, vil massen være lik summen av reaktantene som er involvert for dets dannelse. Det samme skjer med flytende eller gassformige produkter, men det er mer utsatt for å gjøre feil når du måler de resulterende massene.

Denne loven ble født fra eksperimenter de siste århundrene, styrket av bidrag fra forskjellige kjente kjemikere, for eksempel Antoine Lavoisier.

Betrakt reaksjon mellom A- og B- ₂ for å danne AB ₂ (øverst bilde). I henhold til loven om bevaring av materie, må massen til AB ₂ være lik summen av massene til henholdsvis A og B ₂ . Så hvis 37 g A reagerer med 13 g B ₂ , må produktet AB ₂ veie 50 g.

Derfor, i en kjemisk ligning, må massen til reaktantene (A og B ₂ ) alltid være lik massen til produktene (AB ₂ ).

Et eksempel veldig likt det som nettopp er beskrevet er det for dannelse av metalloksider, for eksempel rust eller rust. Rust er tyngre enn jern (selv om det kanskje ikke ser ut som det) siden metallet reagerte med en masse oksygen for å generere oksidet.

Hva er loven om bevaring av materie eller masse?

Denne loven sier at i en kjemisk reaksjon er reaktantenes masse lik massen til produktene. Loven kommer til uttrykk i uttrykket "materie er verken skapt eller ødelagt, alt transformeres", slik det ble gitt uttrykk for av Julius Von Mayer (1814-1878).

Loven ble utviklet uavhengig av Mikhail Lamanosov i 1745 og av Antoine Lavoisier i 1785. Selv om Lamanosovs forskning på loven om bevaring av masse foregikk av Lavoisiers, var de ikke kjent i Europa. for å være skrevet på russisk.

Eksperimentene utført i 1676 av Robert Boyle førte til at de påpekte at når et materiale ble brent i en åpen beholder, økte materialet i vekt; kanskje på grunn av en transformasjon opplevd av selve materialet.

Laviserers forsøk på forbrenning av materialer i containere med begrenset luftinntak viste vektøkning. Dette resultatet var i samsvar med det som ble oppnådd av Boyle.

Lavoisiers bidrag

Lavoisiers konklusjon var imidlertid annerledes. Han mente at under forbrenning ble en mengde masse trukket ut fra luften, noe som ville forklare økningen i masse som ble observert i materialer utsatt for forbrenning.

Lavoiser mente at massen av metaller forble konstant under forbrenning, og at nedgangen i forbrenning i lukkede containere ikke var forårsaket av en nedgang i et løst (nedlagt konsept), en antatt essens knyttet til produksjon av varme.

Lavoiser påpekte at den observerte reduksjonen snarere var forårsaket av en reduksjon i konsentrasjonen av gassene i de lukkede beholderne.

Hvordan brukes denne loven i en kjemisk ligning?

Loven om bevaring av masse er av transcendental betydning i støkiometri, idet sistnevnte er definert som beregning av de kvantitative forholdene mellom reaktanter og produkter som er tilstede i en kjemisk reaksjon.

Prinsippene for støkiometri ble uttalt i 1792 av Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), som definerte den som vitenskapen som måler de kvantitative proporsjonene eller masseforholdene til de kjemiske elementene som er involvert i en reaksjon.

I en kjemisk reaksjon er det en modifisering av stoffene som tar del i den. Det observeres at reaktantene eller reaktantene blir konsumert for å stamme produktene.

Under den kjemiske reaksjonen er det brudd på bindinger mellom atomene, så vel som dannelsen av nye bindinger; men antallet atomer involvert i reaksjonen forblir uendret. Dette er det som er kjent som loven om bevaring av materie.

Grunnleggende prinsipper

Denne loven innebærer to grunnleggende prinsipper:

-Det totale antall atomer av hver type er det samme i reaktantene (før reaksjonen) og i produktene (etter reaksjonen).

- Summen av elektriske ladninger før og etter reaksjonen forblir konstant.

Dette fordi antall subatomære partikler forblir konstant. Disse partiklene er nøytroner uten elektrisk ladning, positivt ladede protoner (+) og negativt ladede elektroner (-). Så den elektriske ladningen endres ikke under en reaksjon.

Kjemisk ligning

Når det er sagt ovenfor, når de representerer en kjemisk reaksjon ved å bruke en ligning (som den i hovedbildet), må de grunnleggende prinsippene respekteres. Den kjemiske ligningen bruker symboler eller representasjoner av de forskjellige elementene eller atomene, og hvordan de er gruppert i molekyler før eller etter reaksjonen.

Følgende ligning vil bli brukt igjen som et eksempel:

A + B ₂ => AB ₂

Abonnementet er et tall som er plassert på høyre side av elementene (B ₂ og AB ₂ ) i bunnen, og indikerer antall atomer til et element som er tilstede i et molekyl. Dette tallet kan ikke endres uten produksjon av et nytt molekyl, forskjellig fra originalen.

Den støkiometriske koeffisienten (1, for A og resten av arten) er et tall som er plassert på venstre side av atomene eller molekylene, noe som indikerer antallet av dem som er involvert i en reaksjon.

I en kjemisk ligning, hvis reaksjonen er irreversibel, plasseres en enkelt pil som indikerer reaksjonsretningen. Hvis reaksjonen er reversibel, er det to piler i motsatt retning. Til venstre for pilene er reaktantene eller reaktantene (A og B ₂ ), mens til høyre er produktene (AB ₂ ).

Swinging

Å balansere en kjemisk ligning er en prosedyre som gjør det mulig å likestille antallet atomer av de kjemiske elementene som er til stede i reaktantene, med de av produktene.

Med andre ord, antallet atomer i hvert element må være likt på reaktantsiden (før pilen) og på reaksjonsproduktets side (etter pilen).

Det sies at når en reaksjon er balansert, blir loven om masseaksjon respektert.

Derfor er det viktig å balansere antall atomer og de elektriske ladningene på begge sider av pilen i en kjemisk ligning. På samme måte må summen av massene til reaktantene være lik summen av massene til produktene.

Når det gjelder den representerte ligningen, er den allerede balansert (like antall A og B på begge sider av pilen).

Eksperimenter som beviser loven

Forbrenning av metall

Lavoiser, observerte forbrenning av metaller som bly og tinn i lukkede beholdere med et begrenset inntak av luft, merket at metallene var dekket med en kalsinering; og videre at vekten av metallet på et gitt oppvarmningstidspunkt var lik den opprinnelige.

Da en vektøkning observeres ved forbrenning av et metall, tenkte Lavoiser at den observerte overflødige vekten kunne forklares med en viss masse av noe som fjernes fra luften under forbrenning. Av denne grunn forble massen konstant.

Denne konklusjonen, som kan vurderes med et usunn vitenskapelig grunnlag, er ikke slik, idet man tar hensyn til kunnskapen som Lavoiser hadde om eksistensen av oksygen på det tidspunktet han uttalte sin lov (1785).

Frigjøring av oksygen

Oksygen ble oppdaget av Carl Willhelm Scheele i 1772. Senere oppdaget Joseph Priesley det uavhengig, og publiserte resultatene fra sin forskning, tre år før Scheele publiserte sine resultater på den samme gassen.

Priesley oppvarmet kvikksølvmonoksid og samlet en gass som økte flammens lysstyrke. Videre, når musene ble plassert i en beholder med gassen, ble de mer aktive. Priesley kalte denne gassen avlogistisert.

Priesley rapporterte observasjonene sine til Antoine Lavoiser (1775), som gjentok sine eksperimenter som viste at det ble funnet gass i luft og i vann. Lavoiser anerkjente gass som et nytt element, og kalte det oksygen.

Da Lavoisier brukte som et argument for å uttale sin lov, at den overskytende massen som ble observert ved forbrenning av metaller skyldtes noe som ble trukket ut fra luften, tenkte han på oksygen, et element som kombineres med metaller under forbrenning.

Eksempler (praktiske øvelser)

Kvikksølvmonoksyd dekomponering

Hvis 232,6 kvikksølvmonoksid (HgO) varmes opp, brytes det ned til kvikksølv (Hg) og molekylært oksygen (O ₂ ). Basert på loven om bevaring av masse og atomvektene: (Hg = 206,6 g / mol) og (O = 16 g / mol), oppgi massen til Hg og O ₂ som er dannet.

HgO => Hg + O ₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Beregningene er veldig enkle, siden nøyaktig en mol HgO blir dekomponert.

Forbrenning av et magnesiumbelte

Magnesiumbåndforbrenning. Kilde: Capt. John Yossarian, fra Wikimedia Commons

Et 1,2 g magnesiumbånd ble brent i en lukket beholder inneholdende 4 g oksygen. Etter reaksjonen forble 3,2 g uomsatt oksygen. Hvor mye magnesiumoksyd ble dannet?

Den første tingen å beregne er massen av oksygen som reagerte. Dette kan enkelt beregnes ved å bruke en subtraksjon:

Masse av O ₂ som reagerte = begynnelsesmasse på O ₂ - sluttmasse av O ₂

(4 - 3,2) g O ₂

0,8 g O ₂

Basert på loven om bevaring av masse, kan massen av dannet MgO beregnes.

Masse MgO = masse Mg + masse O

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Kalsiumhydroksid

En masse av 14 g kalsiumoksyd (CaO) omsatt med 3,6 g vann (H ₂ O), som ble fullstendig forbrukt i reaksjonen under dannelse av 14,8 g kalsiumhydroksid, Ca (OH) ₂ :

Hvor mye kalsiumoksyd reagerte på dannelse av kalsiumhydroksyd?

Hvor mye kalsiumoksyd var igjen?

Reaksjonen kan skisseres ved følgende ligning:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Ligningen er balansert. Derfor er det i samsvar med loven om bevaring av masse.

Massen av CaO er involvert i reaksjonen = massen av Ca (OH) ₂ - massen av H ₂ O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Derfor beregnes CaO som ikke reagerte (den som er til overs) ved å gjøre en subtraksjon:

Masse overflødig CaO = masse tilstede i reaksjonen - masse som deltok i reaksjonen.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Kobberoksyd

Hvor mye kobberoksyd (CuO) vil dannes når 11 g kobber (Cu) reagerer fullstendig med oksygen (O ₂ )? Hvor mye oksygen er nødvendig i reaksjonen?

Det første trinnet er å balansere ligningen. Den balanserte ligningen er som følger:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Ligningen er balansert, så den er i samsvar med loven om bevaring av masse.

Atomvekten til Cu er 63,5 g / mol, og molekylvekten til CuO er 79,5 g / mol.

Det er nødvendig å bestemme hvor mye CuO som dannes fra fullstendig oksidasjon av 11 g Cu:

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

Masse av CuO dannet = 13,77 g

Derfor gir forskjellen i massene mellom CuO og Cu mengden oksygen som er involvert i reaksjonen:

Oksygenmasse = 13,77 g - 11 g

1,77 g O ₂

Dannelse av natriumklorid

En masse av klor (Cl ₂ ) på 2,47 g ble omsatt med tilstrekkelig natrium (Na) og 3,82 g natriumklorid (NaCl) ble dannet. Hvor mye Na reagerte?

Balansert ligning:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

I henhold til loven om bevaring av masse:

Masse Na = masse NaCl - masse Cl ₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

referanser

1. Flores, J. Química (2002). Redaksjonell Santillana.
2. Wikipedia. (2018). Lov om bevaring av materie. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org
3. Nasjonalt polyteknisk institutt. (SF). Lov om bevaring av masse. CGFIE. Gjenopprettet fra: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18. januar 2019). Law of Conservation of Mass. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
5. Shrestha B. (18. november 2018). Loven om bevaring av materie. Kjemi LibreTexts. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org