ЗАКОН ЗА ОПАЗВАНЕ НА МАТЕРИЯТА: ЕКСПЕРИМЕНТИ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

В закона за запазване на материята или маса е този, който установи, че в някаква химична реакция, независимо е нито създава, нито се разрушава. Този закон се основава на факта, че атомите са неделими частици в този тип реакция; докато в ядрените реакции атомите са фрагментирани, поради което те не се считат за химични реакции.

Ако атомите не са унищожени, тогава когато елемент или съединение реагира, броят на атомите преди и след реакцията трябва да се поддържа постоянен; което се превръща в постоянно количество маса между реагентите и включените продукти.

Химична реакция между А и В2. Източник: Габриел Боливар

Това винаги е така, ако няма теч, който да причини материални загуби; но ако реакторът е херметически затворен, никой атом не "изчезва" и следователно заредената маса трябва да е равна на масата след реакцията.

Ако продуктът е твърд, от друга страна, неговата маса ще бъде равна на сумата от реагентите, участващи в неговото образуване. Същото се случва с течни или газообразни продукти, но е по-податливо на грешки при измерване на получените им маси.

Този закон е роден от експерименти в минали векове, засилен от приноса на различни известни химици, като Антоан Лавоазие.

Помислете за реакцията между A и B _{2, за} да се образува AB ₂ (горно изображение). Според закона за запазване на материята, масата на AB ₂ трябва да е равна на сумата от масите на A и B ₂, съответно. Така че, ако 37 g от А реагира с 13 g от B ₂, продуктът AB ₂ трябва да тежи 50 g.

Следователно в химично уравнение масата на реагентите (A и B ₂) трябва винаги да е равна на масата на продуктите (AB ₂).

Пример, много подобен на току-що описания, е образуването на метални оксиди, като ръжда или ръжда. Ръждата е по-тежка от желязото (въпреки че може да не изглежда така), тъй като металът реагира с маса кислород, за да генерира оксида.

Какъв е законът за опазване на материята или масата?

Този закон гласи, че при химическа реакция масата на реагентите е равна на масата на продуктите. Законът се изразява в израза „материята нито се създава, нито се унищожава, всичко се преобразува“, както е изказано от Юлий Фон Майер (1814-1878).

Законът е разработен независимо от Михаил Ламаносов през 1745 г. и от Антоан Лавоазие през 1785 г. Въпреки че изследванията на Ламаносов върху Закона за опазване на масата преди Лавоазие, те не са били известни в Европа. за това, че е написана на руски.

Експериментите, проведени през 1676 г. от Робърт Бойл, ги накарали да посочат, че когато материал е изгарян в отворен контейнер, материалът се увеличава в тегло; може би поради трансформация, преживяна от самия материал.

Експериментите на Lavoiser върху изгаряне на материали в контейнери с ограничен прием на въздух показват наддаване на тегло. Този резултат беше в съгласие с този, получен от Бойл.

Приносът на Лавоазие

Заключението на Лавоазие обаче беше различно. Той смятал, че по време на изгарянето количество въздух се извлича от въздуха, което би обяснило увеличаването на масата, което се наблюдава в материали, подложени на изгаряне.

Лавоазер вярва, че масата на металите остава постоянна по време на изгарянето и че намаляването на изгарянето в затворени контейнери не е причинено от намаляване на разхлабената (използвана концепция), предполагаема същност, свързана с производството на топлина.

Лавоайзер посочи, че наблюдаваното намаление е причинено по-скоро от намаляване на концентрацията на газовете в затворените контейнери.

Как се прилага този закон в химическо уравнение?

Законът за запазване на масата е от трансцендентално значение в стехиометрията, като последната се определя като изчисляване на количествените връзки между реагентите и продуктите, присъстващи в химическа реакция.

Принципите на стехиометрията са обявени през 1792 г. от Йеремиас Бенджамин Рихтер (1762-1807), който я определя като наука, която измерва количествените пропорции или масовите връзки на химичните елементи, които участват в реакцията.

При химическа реакция има модификация на веществата, които участват в нея. Наблюдава се, че реагентите или реагентите се консумират за произход на продуктите.

По време на химическата реакция има разкъсвания на връзки между атомите, както и образуването на нови връзки; но броят на атомите, участващи в реакцията, остава непроменен. Това е това, което е известно като закон за опазване на материята.

Основни принципи

Този закон предполага два основни принципа:

-Общият брой на атомите от всеки тип е еднакъв в реагентите (преди реакцията) и в продуктите (след реакцията).

-Общата сума на електрическите заряди преди и след реакцията остава постоянна.

Това е така, защото броят на субатомните частици остава постоянен. Тези частици са неутрони без електрически заряд, положително заредени протони (+) и отрицателно заредени електрони (-). Така електрическият заряд не се променя по време на реакция.

Химическо уравнение

След казаното по-горе, когато представлява химическа реакция с помощта на уравнение (като тази в основното изображение), основните принципи трябва да се спазват. В химичното уравнение се използват символи или представи на различните елементи или атоми и как те са групирани в молекули преди или след реакцията.

Следното уравнение ще бъде използвано отново като пример:

A + B ₂ => AB ₂

Подписът е число, което се поставя от дясната страна на елементите (B ₂ и AB ₂) в долната част, показващо броя на атомите на елемент, присъстващ в молекула. Това число не може да бъде променено без производството на нова молекула, различна от оригиналната.

Стехиометричният коефициент (1 в случая на А и останалите видове) е число, което се поставя в лявата част на атомите или молекулите, показващо броя на тях, които участват в реакция.

В химическо уравнение, ако реакцията е необратима, се поставя една стрелка, която показва посоката на реакцията. Ако реакцията е обратима, има две стрелки в обратна посока. Вляво от стрелките са реактивите или реагентите (A и B ₂), докато вдясно са продуктите (AB ₂).

весел

Балансирането на химическо уравнение е процедура, която позволява да се изравни броят на атомите на присъстващите в реагентите химични елементи с тези на продуктите.

С други думи, броят на атомите на всеки елемент трябва да бъде еднакъв от страната на реагентите (преди стрелката) и от страната на реакционните продукти (след стрелката).

Казва се, че когато една реакция е балансирана, се спазва Законът за масовото действие.

Следователно е важно да се балансира броят на атомите и електрическите заряди от двете страни на стрелката в химическо уравнение. По същия начин сумата от масите на реагентите трябва да е равна на сумата от масите на продуктите.

За случая на представеното уравнение той вече е балансиран (равен брой A и B от двете страни на стрелката).

Експерименти, които доказват закона

Изгаряне на метали

Лавоазер, наблюдавайки изгарянето на метали като олово и калай в затворени съдове с ограничен входящ въздух, забеляза, че металите са покрити с калциниране; и освен това, че теглото на метала в даден момент на нагряване е равно на първоначалното.

Тъй като покачването на тегло се наблюдава при изгаряне на метал, Lavoiser смята, че наблюдаваното излишно тегло може да се обясни с определена маса от нещо, което се отстранява от въздуха по време на изгарянето. Поради тази причина масата остана постоянна.

Този извод, който би могъл да се приеме с необоснована научна основа, не е такъв, като се вземат предвид знанията, които Лавоазер има за съществуването на кислород по времето, когато изрича своя закон (1785 г.).

Освобождаване на кислород

Кислородът е открит от Карл Уилхелм Шеле през 1772 г. По-късно Джоузеф Присли го открива независимо и публикува резултатите от своите изследвания, три години преди Шеле да публикува резултатите си на същия този газ.

Пърсли загрява живачен монооксид и събира газ, който увеличава яркостта на пламъка. Освен това, когато мишките бяха поставени в контейнер с газа, те станаха по-активни. Присли нарече този газ дефлогистизиран.

Присли докладва наблюденията си на Антоан Лавойзер (1775 г.), който повтаря опитите си, показващи, че газът е открит във въздуха и във водата. Lavoiser разпозна газ като нов елемент, като го нарече кислород.

Когато Лавоазие използва като аргумент, за да заяви своя закон, че излишната маса, наблюдавана при изгарянето на метали, се дължи на нещо, което се извлича от въздуха, той мислеше за кислород, елемент, който се комбинира с метали по време на изгарянето.

Примери (практически упражнения)

Разлагане на живачен монооксид

Ако 232,6 живачен монооксид (HgO) се нагрява, той се разлага на живак (Hg) и молекулен кислород (O ₂). Въз основа на закона за запазване на масата и атомните тегла: (Hg = 206,6 g / mol) и (O = 16 g / mol), посочете масата на Hg и O _2, която се образува.

HgO => Hg + O ₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Изчисленията са много прости, тъй като точно един мол HgO се разлага.

Изгаряне на магнезиев колан

Изгаряне на магнезиева лента. Източник: Capt. Джон Йосарян, от Wikimedia Commons

1.2 g магнезиева лента се изгаря в затворен съд, съдържащ 4 g кислород. След реакцията остават 3,2 g нереагирал кислород. Колко магнезиев оксид се е образувал?

Първото нещо, което трябва да се изчисли, е масата на реагиралия кислород. Това може лесно да се изчисли, като се извади:

Маса на О ₂, който взаимодейства = първоначалната маса на О ₂ - крайната маса на О ₂

(4 - 3.2) г О ₂

0.8гр O ₂

Въз основа на закона за запазване на масата може да се изчисли масата на образувания MgO.

Маса на MgO = маса на Mg + маса на О

1,2 g + 0,8 g

2.0 g MgO

Калциев хидроксид

Маса от 14 г калциев оксид (СаО) взаимодейства с 3.6 грама вода (H ₂ O), който се консумира напълно в реакцията за образуване на 14,8 грама на калциев хидроксид, Са (ОН) ₂:

Колко калциев оксид реагира, за да образува калциев хидроксид?

Колко калциев оксид е останало?

Реакцията може да бъде очертана със следното уравнение:

СаО + H ₂ O => Са (ОН) ₂

Уравнението е балансирано. Следователно той е в съответствие със закона за опазване на масата.

Масата на СаО, участващи в реакцията = маса на Са (ОН) ₂ - маса на H ₂ O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Следователно CaO, който не е реагирал (този, който е останал), се изчислява чрез изваждане:

Маса на излишък СаО = маса, присъстваща в реакцията - маса, участваща в реакцията.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Меден оксид

Колко меден оксид (CuO) ще се образува, когато 11 g мед (Cu) реагират напълно с кислород (O ₂)? Колко кислород е необходим в реакцията?

Първата стъпка е да се балансира уравнението. Балансираното уравнение е, както следва:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Уравнението е балансирано, така че отговаря на закона за запазване на масата.

Атомното тегло на Cu е 63,5 g / mol, а молекулното тегло на CuO е 79,5 g / mol.

Необходимо е да се определи колко CuO се образува от пълното окисляване на 11 g Cu:

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

Образувана маса на CuO = 13,77 g

Следователно, разликата в масите между CuO и Cu дава количеството кислород, участващо в реакцията:

Маса на кислорода = 13,77 g - 11 g

1,77 грама O ₂

Образуване на натриев хлорид

Маса на хлор (Cl ₂) на 2,47 грама взаимодейства с достатъчно натрий (Na) и 3,82 грама натриев хлорид (NaCl) се образува. Колко реагира Na?

Балансирано уравнение:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

Според закона за запазване на масата:

Маса на Na = маса на NaCl - маса Cl ₂

3.82 g - 2.47 g

1,35 g Na

Препратки

1. Flores, J. Química (2002). Редакция Сантилана.
2. Wikipedia. (2018). Закон за опазване на материята. Възстановено от: es.wikipedia.org
3. Национален политехнически институт. (SF). Закон за запазване на масата. CGFIE. Възстановено от: aev.cgfie.ipn.mx
4. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (18 януари 2019 г.). Закон за запазване на масата. Възстановено от: thinkco.com
5. Шреща Б. (18 ноември 2018 г.). Законът за опазване на материята. Химия LibreTexts. Възстановено от: chem.libretexts.org