ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАТЕРИИ: ЭКСПЕРИМЕНТЫ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2026

Закон сохранения материи или массы является тот , который устанавливает , что в какой - либо химической реакции, материя не создается и не уничтожается. Этот закон основан на том факте, что атомы являются неделимыми частицами в этом типе реакции; в то время как в ядерных реакциях атомы фрагментированы, поэтому они не считаются химическими реакциями.

Если атомы не разрушаются, тогда, когда элемент или соединение вступает в реакцию, количество атомов до и после реакции должно оставаться постоянным; что означает постоянное количество массы между реагентами и участвующими продуктами.

Химическая реакция между A и B2. Источник: Габриэль Боливар

Так бывает всегда, если нет утечки, приводящей к материальным потерям; но если реактор герметично закрыт, ни один атом не «исчезает», и поэтому заряженная масса должна быть равна массе после реакции.

С другой стороны, если продукт твердый, его масса будет равна сумме реагентов, участвующих в его образовании. То же самое происходит с жидкими или газообразными продуктами, но они более склонны к ошибкам при измерении их результирующей массы.

Этот закон родился в результате экспериментов прошлых веков, подкрепленных вкладом различных известных химиков, таких как Антуан Лавуазье.

Рассмотрим реакцию между A и B ₂ с образованием AB ₂ (верхнее изображение). Согласно закону сохранения материи масса AB ₂ должна быть равна сумме масс A и B ₂ соответственно. Таким образом, если 37 г A вступает в реакцию с 13 г B ₂ , продукт AB ₂ должен весить 50 г.

Следовательно, в химическом уравнении масса реагентов (A и B ₂ ) всегда должна равняться массе продуктов (AB ₂ ).

Пример, очень похожий на только что описанный, - это образование оксидов металлов, таких как ржавчина или ржавчина. Ржавчина тяжелее железа (хотя может и не выглядеть), поскольку металл вступил в реакцию с массой кислорода с образованием оксида.

Каков закон сохранения материи или массы?

Этот закон гласит, что в химической реакции масса реагентов равна массе продуктов. Закон выражен во фразе «материя не создается и не уничтожается, все преображается», как это сформулировал Юлиус фон Майер (1814–1878).

Закон был разработан независимо Михаилом Ламаносовым в 1745 году и Антуаном Лавуазье в 1785 году. Хотя исследования Ламаносова по Закону сохранения массы предшествовали исследованиям Лавуазье, они не были известны в Европе. за то, что написано по-русски.

Эксперименты, проведенные в 1676 году Робертом Бойлем, привели их к выводу, что когда материал сжигается в открытом контейнере, вес материала увеличивается; возможно, из-за трансформации самого материала.

Эксперименты Лавуазера по сжиганию материалов в контейнерах с ограниченным притоком воздуха показали увеличение веса. Этот результат согласуется с полученным Бойлем.

Вклад Лавуазье

Однако вывод Лавуазье был другим. Он думал, что во время сжигания из воздуха было извлечено некоторое количество массы, что могло бы объяснить увеличение массы, которое наблюдалось в материалах, подвергнутых сжиганию.

Лавуазер считал, что масса металлов остается постоянной во время сжигания, и что уменьшение сжигания в закрытых контейнерах не было вызвано уменьшением рыхлой (заброшенной концепции), предполагаемой сущности, связанной с производством тепла.

Лавуазер указал, что наблюдаемое уменьшение было вызвано, скорее, уменьшением концентрации газов в закрытых контейнерах.

Как этот закон применяется в химическом уравнении?

Закон сохранения массы имеет трансцендентное значение для стехиометрии, которая определяется как расчет количественных соотношений между реагентами и продуктами, присутствующими в химической реакции.

Принципы стехиометрии были сформулированы в 1792 году Иеремиасом Бенджамином Рихтером (1762–1807), который определил ее как науку, которая измеряет количественные пропорции или массовые отношения химических элементов, участвующих в реакции.

В химической реакции происходит модификация веществ, которые в ней участвуют. Замечено, что реагенты или реагенты расходуются для получения продуктов.

Во время химической реакции происходят разрывы связей между атомами, а также образование новых связей; но количество атомов, участвующих в реакции, остается неизменным. Это то, что известно как закон сохранения материи.

Основные принципы

Этот Закон предполагает два основных принципа:

-Общее количество атомов каждого типа одинаково в реагентах (до реакции) и в продуктах (после реакции).

-Сумма электрических зарядов до и после реакции остается постоянной.

Это потому, что количество субатомных частиц остается постоянным. Эти частицы представляют собой нейтроны без электрического заряда, положительно заряженные протоны (+) и отрицательно заряженные электроны (-). Таким образом, электрический заряд не меняется во время реакции.

Химическое уравнение

Сказав вышесказанное, при представлении химической реакции с помощью уравнения (например, на основном изображении) необходимо соблюдать основные принципы. В химическом уравнении используются символы или представления различных элементов или атомов, а также то, как они группируются в молекулы до или после реакции.

Следующее уравнение будет снова использовано в качестве примера:

А + В ₂ => АВ ₂

Нижний индекс - это число, которое помещается справа от элементов (B ₂ и AB ₂ ) внизу, указывая количество атомов элемента, присутствующего в молекуле. Это число нельзя изменить без образования новой молекулы, отличной от исходной.

Стехиометрический коэффициент (1 в случае A и остальных разновидностей) представляет собой число, которое помещается в левой части атомов или молекул, указывающее количество из них, которые принимают участие в реакции.

В химическом уравнении, если реакция необратима, помещается одиночная стрелка, которая указывает направление реакции. Если реакция обратимая, есть две стрелки в противоположном направлении. Слева от стрелок показаны реагенты или реагенты (A и B ₂ ), а справа - продукты (AB ₂ ).

качающийся

Уравновешивание химического уравнения - это процедура, которая позволяет уравнять количество атомов химических элементов, присутствующих в реагентах, с атомами продуктов.

Другими словами, количество атомов каждого элемента должно быть одинаковым на стороне реагентов (перед стрелкой) и на стороне продуктов реакции (после стрелки).

Говорят, что когда реакция уравновешена, соблюдается Закон действия масс.

Следовательно, важно сбалансировать количество атомов и электрические заряды по обе стороны стрелки в химическом уравнении. Точно так же сумма масс реагентов должна быть равна сумме масс продуктов.

В случае представленного уравнения, оно уже сбалансировано (равное количество A и B по обе стороны от стрелки).

Эксперименты, подтверждающие закон

Сжигание металлов

Лавуазер, наблюдая за сжиганием металлов, таких как свинец и олово, в закрытых контейнерах с ограниченным поступлением воздуха, заметил, что металлы были покрыты прокаливанием; Причем, чтобы вес металла при заданном времени нагрева был равен исходному.

Поскольку при сжигании металла наблюдается увеличение веса, Лавуазер полагал, что наблюдаемый избыточный вес может быть объяснен определенной массой чего-то, что удаляется из воздуха во время сжигания. По этой причине масса оставалась постоянной.

Этот вывод, который можно считать необоснованным с научной точки зрения, не является таковым, принимая во внимание знания, которые Лавуазер имел о существовании кислорода в то время, когда он провозгласил свой Закон (1785 г.).

Выпуск кислорода

Кислород был открыт Карлом Вильгельмом Шееле в 1772 году. Позже Джозеф Присли открыл его независимо и опубликовал результаты своего исследования за три года до того, как Шееле опубликовал свои результаты для того же газа.

Присли нагрел окись ртути и собрал газ, увеличивавший яркость пламени. Кроме того, когда мышей помещали в емкость с газом, они становились более активными. Присли назвал этот газ дефлогистированным.

Присли сообщил о своих наблюдениях Антуану Лавуазеру (1775 г.), который повторил свои эксперименты, показав, что газ был обнаружен в воздухе и в воде. Лавуазер признал газ новым элементом, назвав его кислородом.

Когда Лавуазье использовал в качестве аргумента для утверждения своего закона, что избыточная масса, наблюдаемая при сжигании металлов, была вызвана чем-то, что было извлечено из воздуха, он имел в виду кислород, элемент, который соединяется с металлами во время сжигания.

Примеры (практические упражнения)

Разложение монооксида ртути

При нагревании 232,6 г оксида ртути (HgO) он разлагается на ртуть (Hg) и молекулярный кислород (O ₂ ). Основываясь на законе сохранения массы и атомных весах: (Hg = 206,6 г / моль) и (O = 16 г / моль), укажите массу образующихся Hg и O ₂ .

HgO => Hg + O ₂

232,6 г 206,6 г 32 г

Расчеты очень просты, так как разлагается ровно один моль HgO.

Сжигание магниевой ленты

Горение магниевой ленты. Источник: Capt. Джон Йоссариан, из Wikimedia Commons

Ленту 1,2 г магния сжигают в закрытом контейнере, содержащем 4 г кислорода. После реакции осталось 3,2 г непрореагировавшего кислорода. Сколько образовалось оксида магния?

Первое, что нужно вычислить, - это масса вступившего в реакцию кислорода. Это можно легко вычислить с помощью вычитания:

Масса прореагировавшего O ₂ = начальная масса O ₂ - конечная масса O ₂

(4 - 3,2) г O ₂

0,8 г O ₂

Основываясь на законе сохранения массы, можно рассчитать массу образующегося MgO.

Масса MgO = масса Mg + масса O

1,2 г + 0,8 г

2,0 г MgO

Гидроксид кальция

Масса 14 г оксида кальция (CaO) прореагировала с 3,6 г воды (H ₂ O), которая была полностью израсходована в реакции с образованием 14,8 г гидроксида кальция, Ca (OH) ₂ :

Сколько оксида кальция прореагировало с образованием гидроксида кальция?

Сколько оксида кальция осталось?

Реакцию можно описать следующим уравнением:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Уравнение сбалансировано. Следовательно, он соответствует закону сохранения массы.

Масса CaO, участвующего в реакции = масса Ca (OH) ₂ - масса H ₂ O

14,8 г - 3,6 г

11,2 г CaO

Следовательно, CaO, который не прореагировал (тот, что остался), вычисляется путем вычитания:

Масса избытка CaO = масса, присутствующая в реакции - масса, принявшая участие в реакции.

14 г CaO - 11,2 г CaO

2,8 г CaO

Оксид меди

Сколько оксида меди (CuO) образуется, когда 11 г меди (Cu) полностью прореагируют с кислородом (O ₂ )? Сколько кислорода необходимо для реакции?

Первый шаг - сбалансировать уравнение. Сбалансированное уравнение выглядит следующим образом:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Уравнение сбалансировано, поэтому соответствует закону сохранения массы.

Атомный вес Cu составляет 63,5 г / моль, а молекулярный вес CuO составляет 79,5 г / моль.

Необходимо определить, сколько CuO образуется при полном окислении 11 г Cu:

Масса CuO = (11 г Cu) ∙ (1 моль Cu / 63,5 г Cu) ∙ (2 моль CuO / 2 моль Cu) ∙ (79,5 г CuO / моль CuO)

Масса образовавшегося CuO = 13,77 г

Следовательно, разница в массах CuO и Cu дает количество кислорода, участвующего в реакции:

Масса кислорода = 13,77 г - 11 г

1,77 г O ₂

Образование хлорида натрия

Масса хлора (Cl ₂ ) 2,47 г прореагировала с достаточным количеством натрия (Na), и образовалось 3,82 г хлорида натрия (NaCl). Как сильно На отреагировала?

Сбалансированное уравнение:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

По закону сохранения массы:

Масса Na = масса NaCl - масса Cl ₂

3,82 г - 2,47 г

1,35 г Na

Ссылки

1. Флорес, Дж. Кимика (2002). От редакции Сантильяна.
2. Wikipedia. (2018). Закон сохранения материи. Получено с: es.wikipedia.org
3. Национальный политехнический институт. (SF). Закон сохранения массы. CGFIE. Получено с: aev.cgfie.ipn.mx
4. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (18 января 2019 г.). Закон сохранения массы. Получено с: thinkco.com
5. Шреста Б. (18 ноября 2018 г.). Закон сохранения материи. Химия LibreTexts. Получено с: chem.libretexts.org