Закон збереження речовини, додатків, експериментів і прикладів

The закон збереження речовини або маси полягає в тому, що в будь-якій хімічній реакції речовина не створюється і не руйнується. Цей закон ґрунтується на тому, що атоми є неподільними частинками в цьому типі реакцій; в той час як в ядерних реакціях атоми фрагментовані, тому вони не вважаються хімічними реакціями. 

Якщо атоми не руйнуються, то коли реагує елемент або з'єднання, кількість атомів повинно бути постійним до і після реакції; що перетворюється в постійну масову кількість між реагентами і продуктами, що беруть участь.

Це завжди так, якщо немає витоку, що призводить до втрати речовини; але якщо реактор герметично закритий, атом "не зникає", і тому заряджена маса повинна бути рівною масі після реакції.

Якщо продукт є твердим, то, з іншого боку, його маса буде дорівнює сумі реагентів, задіяних для його утворення. Так само, як це відбувається з рідкими або газоподібними продуктами, але більш схильні до помилок при вимірюванні отриманих мас.

Цей закон народився в експериментах минулих століть, підкріплених внесками декількох відомих хіміків, таких як Антуан Лавуазьє..

Розглянемо реакцію між А і В₂ формувати АВ₂ (верхнє зображення) Відповідно до закону збереження речовини, маса АВ₂ має бути дорівнює сумі мас A і B₂, відповідно. Потім, якщо 37g А реагує з 13g В₂, продукт АВ₂ повинен важити 50г.

Тому в хімічному рівнянні маса реагентів (А і В₂) повинні завжди бути рівними масі продуктів (АВ₂).

Прикладом, дуже схожим на описаний, є формування оксидів металів, таких як іржа або іржа. Іржа важче заліза (хоча може і не виглядати так), оскільки метал реагував з масою кисню для одержання оксиду.

Індекс

• 1 Що таке закон збереження речовини або маси?
  • 1.1 Внесок Лавуазьє
• 2 Як цей закон застосовується в хімічному рівнянні?
  • 2.1 Основні принципи
  • 2.2 Хімічне рівняння
• 3 Експерименти, що демонструють закон
  • 3.1 Спалювання металів
  • 3.2 Вивільнення кисню
• 4 Приклади (практичні вправи)
  • 4.1 Розкладання монооксиду ртуті
  • 4.2 Спалювання магнієвої стрічки
  • 4.3 Гідроксид кальцію
  • 4.4 Оксид міді
  • 4.5 Утворення хлориду натрію
• 5 Посилання

Що таке закон збереження речовини або маси?

Цей закон стверджує, що хімічна реакція маси реагентів дорівнює масі продуктів. Закон виражається у фразі "матерія не створена і не зруйнована, все трансформується", як її проголошував Юлій фон Майер (1814-1878).

Закон був розроблений самостійно Михайлом Ламаносовим, в 1745 році, і Антуаном Лавуазьє в 1785 році. Хоча дослідження Ламаносова про Закон Збереження Маси передує дослідженням Лавуазьє, вони не були відомі в Європі. за написання російською мовою.

Експерименти, проведені в 1676 році Робертом Бойлем, привели їх до того, що, коли матеріал спалювався у відкритому контейнері, матеріал збільшив його вагу; можливо, через перетворення, яке відчуває сам матеріал.

Експерименти Лавуазера по спалюванню матеріалів у контейнерах з обмеженим надходженням повітря показали збільшення ваги. Цей результат відповідав тому, що отримав Бойл.

Вклад Лавуазьє

Однак висновок Лавуазьє був інший. Він вважав, що в процесі спалювання з маси повітря видобувається частина маси, що пояснює збільшення маси, що спостерігається в матеріалах, що піддаються спалюванню.

Лавузер вважав, що маса металів залишається незмінною під час спалювання, а зменшення спалювання в закритих контейнерах не викликане зниженням флюїсто (поняття в невикористаному), передбачуваної сутності, пов'язаної з виробництвом тепла..

Лавуазер зазначив, що спостережуване зниження було викликано, скоріше, зниженням концентрації газів у закритих контейнерах.

Як цей закон застосовується в хімічному рівнянні?

Закон збереження маси має трансцендентне значення в стехіометрії, визначаючи останнє як розрахунок кількісних співвідношень між реагентами і продуктами, присутніми в хімічній реакції..

Принципи стехіометрії були проголошені в 1792 р. Джереміасом Бенджаміном Ріхтером (1762-1807), який визначив його як науку, що вимірює кількісні пропорції або масові відносини хімічних елементів, які беруть участь у реакції.

У хімічній реакції відбувається модифікація речовин, що втручаються в неї. Спостерігається, що реагенти або реагенти споживаються для отримання продуктів.

Під час хімічної реакції відбуваються розриви зв'язків між атомами, а також утворення нових зв'язків; але кількість атомів, задіяних в реакції, залишається незмінним. Це те, що відомо як закон збереження матерії.

Основні принципи

Цей Закон передбачає два основні принципи:

-Загальна кількість атомів кожного типу дорівнює в реагентах (до реакції) і в продуктах (після реакції).

-Загальна сума електричних зарядів до і після реакції залишається незмінною.

Це пояснюється тим, що кількість субатомних частинок залишається постійним. Ці частинки є нейтронами без електричного заряду, протони з позитивним зарядом (+), і електрони з негативним зарядом (-). Тому електричний заряд не змінюється під час реакції.

Хімічне рівняння

Сказавши вищезазначене, якщо представляти хімічну реакцію за допомогою рівняння (подібно до основного зображення), основні принципи повинні дотримуватися. Хімічне рівняння використовує символи або представлення різних елементів або атомів, і як вони згруповані в молекулах до або після реакції.

Наступне рівняння буде використано знову як приклад:

A + B₂    => AB₂

Індекс - це число, яке розміщується на правій стороні елементів (B₂ і AB₂) у своїй нижній частині, що вказує число атомів елемента, присутнього в молекулі. Це число не може бути змінено без виробництва нової молекули, відмінної від оригіналу.

Стехіометричний коефіцієнт (1, у випадку A і решта видів) - це число, яке розміщується в лівій частині атомів або молекул, що вказує на кількість їх, які беруть участь в реакції..

У хімічному рівнянні, якщо реакція є незворотною, поміщають одну стрілку, що вказує напрямок реакції. Якщо реакція оборотна, то дві стрілки в протилежному напрямку. Зліва від стрілок розташовані реагенти або реагенти (A і B₂), а праворуч - продукти (AB₂).

Свінг

Балансування хімічного рівняння - це процедура, яка дозволяє вирівнювати кількість атомів хімічних елементів, присутніх в реагентах, з тими продуктами.

Іншими словами, кількість атомів кожного елемента повинно бути рівним на стороні реагентів (перед стрілкою) і на стороні продукту реакції (після стрілки).

Кажуть, що, коли реакція є збалансованою, Закон Масової Акції дотримується.

Отже, важливо збалансувати число атомів і електричних зарядів з обох сторін стрілки в хімічному рівнянні. Також сума мас реагуючих речовин повинна бути дорівнює сумі мас продуктів.

Для випадку рівняння, яке представлено, воно вже збалансоване (рівне число A і B по обидві сторони стрілки).

Експерименти, які демонструють закон

Спалювання металів

Лавуазер, спостерігаючи спалювання металів, таких як свинець і олово в закритих контейнерах з обмеженим надходженням повітря, помітив, що метали були покриті кальцинатом; а також, що вага металу в певний час нагрівання був рівний початковому.

Оскільки спостерігається збільшення ваги при спалюванні металу, Лавузер вважав, що спостережувана зайва вага може бути пояснена певною масою того, що видобувається з повітря під час спалювання. З цієї причини маса залишалася постійною.

Цей висновок, який можна було б розглянути зі слабкою науковою основою, не такий, враховуючи знання Лавуазера про існування кисню до того часу, коли він проголосив свій Закон (1785)..

Виділення кисню

Кисень був відкритий Карлом Вілгельмом Шеєле в 1772 році. Згодом Джозеф Пріслі відкрив його самостійно і опублікував результати своїх досліджень за три роки до того, як Шеєле опублікував свої результати про цей же газ..

Пріслі нагрівав монооксид ртуті і збирав газ, що викликав збільшення блиску полум'я. Крім того, введення мишей у контейнер з газом зробило їх більш активними. Пріслі назвав цей дефогістичний газ.

Пріслі повідомляв про свої спостереження Антуану Лавуазеру (1775), який повторював свої експерименти, які показували, що газ знаходиться у повітрі і у воді. Лавуазер визнавав газ як новий елемент, даючи йому назву кисню.

Коли Лавуазьє використовував як аргумент для виголошення свого закону, що надмірна маса, що спостерігається при спалюванні металів, була обумовлена ​​тим, що було витягнуто з повітря, він думав про кисень, елемент, який поєднується з металами під час спалювання.

Приклади (практичні вправи)

Розкладання монооксиду ртуті

Якщо 232,6 р окису ртуті (HgO) нагрівається, то він розкладається на ртуть (Hg) і молекулярний кисень (O₂). Виходячи з закону збереження маси і атомних ваг: (Hg = 206,6 г / моль) і (O = 16 г / моль), вкажіть масу Hg і O₂ що формується.

HgO => Hg + O₂

232,6 г 206,6 г 32 р

Розрахунки дуже прямі, оскільки розкладається рівно один моль HgO.

Спалювання магнієвої стрічки

Магнієву стрічку 1,2 г спалювали в закритій ємності, що містить 4 г кисню. Після реакції залишається 3,2 г непрореагировавшего кисню. Скільки оксиду магнію утворилося?

Перше, що потрібно розрахувати, це маса кисню, що реагував. Це можна легко обчислити, використовуючи віднімання:

Маса O₂ які реагували = початкова маса O₂ - кінцева маса O₂

(4 - 3.2) g O₂

0,8 г O₂

На основі закону збереження маси можна розрахувати масу утвореного MgO.

Маса MgO = маса Mg + маса O

1,2 г + 0,8 г

2,0 г MgO

Гідроксид кальцію

Масу 14 г оксиду кальцію (CaO) вступали в реакцію з 3,6 г води (H₂O), який повністю споживався в реакції з утворенням 14,8 г гідроксиду кальцію, Ca (OH)₂:

Скільки оксиду кальцію реагує з утворенням гідроксиду кальцію?

Скільки оксиду кальцію залишилося?

Реакцію можна схематизувати наступним рівнянням: \ t

CaO + H₂O => Ca (OH)₂

Рівняння збалансоване. Тому дотримується закон збереження маси.

Маса CaO, що бере участь в реакції = маса Ca (OH)₂ - Н мас₂O

14,8 г - 3,6 г

11,2 г CaO

Тому CaO, який не реагував (той, що залишився), обчислюється шляхом віднімання:

Маса, що залишилася CaO = маса, присутня в реакції - маса, яка втручалася в реакцію.

14 г CaO - 11,2 г CaO

2,8 г CaO

Оксид міді

Скільки оксиду міді (CuO) буде утворюватися, коли 11 г міді (Cu) повністю реагує з киснем (O₂)? Скільки кисню потрібно в реакції?

Першим кроком є ​​збалансування рівняння. Збалансоване рівняння виглядає наступним чином:

2Cu + O₂ => 2CuO

Рівняння збалансоване, тому воно відповідає закону збереження маси.

Атомна маса Cu становить 63,5 г / моль, а молекулярна маса CuO становить 79,5 г / моль.

Необхідно визначити, скільки CuO утворюється від повного окислення 11 г Cu:

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

Формована маса CuO = 13,77 г

Тому різниця мас між CuO і Cu дає кількість кисню, залученого в реакцію:

Киснева маса = 13,77 г - 11 г

1,77 г O₂

Утворення хлориду натрію

Маса хлору (Cl₂) 2,47 г прореагували з достатньою кількістю натрію (Na) і утворили 3,82 г хлориду натрію (NaCl). Скільки реакцій Na?

Збалансоване рівняння:

2Na + Cl₂ => 2NaCl

Відповідно до закону про збереження маси:

Маса Na = маса NaCl - маса Cl₂

3,82 г - 2,47 г

1,35 г Na

Список літератури

1. Flores, J. Química (2002). Редакційна Santillana.
2. Вікіпедія. (2018). Закон збереження речовини. Отримано з: en.wikipedia.org
3. Національний політехнічний інститут. (s.f.). Закон збереження маси. CGFIE. Отримано з: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 січня 2019). Закон збереження меси. Отримано з: thoughtco.com
5. Шрестя Б. (18 листопада 2018 р.). Закон збереження речовини. Хімія LibreTexts. Отримано з: chem.libretexts.org