- Hvad er loven om bevarelse af stof eller masse?
- Lavoisiers bidrag
- Hvordan anvendes denne lov i en kemisk ligning?
- Grundlæggende principper
- Kemisk ligning
- Swinging
- Eksperimenter, der beviser loven
- Metalforbrænding
- Frigivelse af ilt
- Eksempler (praktiske øvelser)
- Kviksølvmonoxidnedbrydning
- Forbrænding af et magnesiumbælte
- Calciumhydroxid
- Kobberoxid
- Dannelse af natriumchlorid
- Referencer
Den lov om bevarelse af stof eller masse er en, der fastslår, at i enhver kemisk reaktion, uanset hverken skabes eller ødelægges. Denne lov er baseret på det faktum, at atomer er udelelige partikler i denne type reaktion; mens atomerne er fragmenterede i nukleare reaktioner, hvorfor de ikke betragtes som kemiske reaktioner.
Hvis atomerne ikke ødelægges, skal antallet af atomer før og efter reaktionen holdes konstant, når et element eller en forbindelse reagerer; der omsættes til en konstant mængde af masse mellem reaktanterne og de involverede produkter.
Kemisk reaktion mellem A og B2. Kilde: Gabriel Bolívar
Dette er altid tilfældet, hvis der ikke er nogen lækage, der forårsager materielt tab; men hvis reaktoren er hermetisk lukket, forsvinder intet atom ", og derfor skal den ladede masse være lig med massen efter reaktionen.
Hvis produktet er fast, på den anden side, vil dets masse være lig med summen af de involverede reaktanter til dets dannelse. Det samme sker med flydende eller luftformige produkter, men det er mere tilbøjeligt til at begå fejl, når man måler deres resulterende masser.
Denne lov blev født fra eksperimenter i tidligere århundreder, styrket af bidrag fra forskellige berømte kemikere, såsom Antoine Lavoisier.
Overveje reaktionen mellem A og B 2 til dannelse af AB 2 (top image). Ifølge loven om bevarelse af stof, massen af AB 2 skal være lig med summen af masserne af A og B 2, hhv. Så hvis 37 g af A reagerer med 13 g af B 2, produktet AB 2 må veje 50 g.
Derfor, i et reaktionsskema, massen af reaktanterne (A og B 2) skal altid være lig med massen af produkter (AB 2).
Et eksempel, der meget ligner det, der netop er beskrevet, er dannelsen af metalliske oxider, såsom rust eller rust. Rust er tungere end jern (selvom det måske ikke ser ud som det), da metallet reagerede med en masse ilt for at generere oxid.
Hvad er loven om bevarelse af stof eller masse?
Denne lov hedder, at reaktantenes masse ved en kemisk reaktion er lig med massen af produkterne. Loven udtrykkes i udtrykket "materie er hverken skabt eller ødelagt, alt transformeres", som det blev udtalt af Julius Von Mayer (1814-1878).
Loven blev udviklet uafhængigt af Mikhail Lamanosov i 1745 og af Antoine Lavoisier i 1785. Selvom Lamanosovs forskningsarbejder om loven om bevarelse af masse foregik Lavoisiers, var de ikke kendt i Europa. for at være skrevet på russisk.
Eksperimenterne udført i 1676 af Robert Boyle fik dem til at påpege, at når et materiale blev forbrændt i en åben beholder, steg materialet i vægt; måske på grund af en transformation, som materialet selv oplever.
Laviserers eksperimenter på forbrændingsmaterialer i containere med begrænset luftindtag viste vægtøgning. Dette resultat var i overensstemmelse med det opnåede af Boyle.
Lavoisiers bidrag
Lavoisiers konklusion var imidlertid anderledes. Han troede, at under forbrænding blev en mængde af masse ekstraheret fra luften, hvilket ville forklare den stigning i masse, der blev observeret i materialer, der blev udsat for forbrænding.
Lavoiser mente, at massen af metaller forblev konstant under forbrænding, og at faldet i forbrænding i lukkede containere ikke var forårsaget af et fald i et løs (ikke anvendt koncept), en formodet essens relateret til produktion af varme.
Lavoiser påpegede, at det observerede fald snarere var forårsaget af et fald i koncentrationen af gasserne i de lukkede containere.
Hvordan anvendes denne lov i en kemisk ligning?
Loven om bevarelse af masse er af transcendental betydning i støkiometri, idet sidstnævnte defineres som beregningen af de kvantitative forhold mellem reaktanter og produkter, der er til stede i en kemisk reaktion.
Principperne for støkiometri blev udtalt i 1792 af Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), der definerede det som den videnskab, der måler de kvantitative proportioner eller masseforhold mellem de kemiske elementer, der er involveret i en reaktion.
I en kemisk reaktion sker der en ændring af de stoffer, der deltager i den. Det observeres, at reaktanterne eller reaktanterne konsumeres for at stamme produkterne.
Under den kemiske reaktion er der brud på bindinger mellem atomerne såvel som dannelsen af nye bindinger; men antallet af atomer involveret i reaktionen forbliver uændret. Dette er, hvad der er kendt som loven om bevarelse af stof.
Grundlæggende principper
Denne lov indebærer to grundlæggende principper:
-Det samlede antal atomer af hver type er det samme i reaktanterne (før reaktionen) og i produkterne (efter reaktionen).
- Summen af de elektriske ladninger før og efter reaktionen forbliver konstant.
Dette skyldes, at antallet af subatomære partikler forbliver konstant. Disse partikler er neutroner uden elektrisk ladning, positivt ladede protoner (+) og negativt ladede elektroner (-). Så den elektriske ladning ændres ikke under en reaktion.
Kemisk ligning
Når det er sagt, skal de grundlæggende principper respekteres, når man repræsenterer en kemisk reaktion ved hjælp af en ligning (som den i hovedbilledet). Den kemiske ligning bruger symboler eller repræsentationer af de forskellige elementer eller atomer, og hvordan de grupperes i molekyler før eller efter reaktionen.
Følgende ligning bruges igen som et eksempel:
A + B 2 => AB 2
Indexbetegnelsen er et tal, der er placeret på højre side af elementerne (B 2 og AB 2) ved bunden, der angiver antallet af atomer af et grundstof til stede i et molekyle. Dette nummer kan ikke ændres uden produktionen af et nyt molekyle, forskellig fra det originale.
Den støkiometriske koefficient (1, for A og resten af arten) er et tal, der er placeret i venstre del af atomer eller molekyler, hvilket angiver antallet af dem, der deltager i en reaktion.
I en kemisk ligning, hvis reaktionen er irreversibel, anbringes en enkelt pil, der angiver reaktionens retning. Hvis reaktionen er reversibel, er der to pile i den modsatte retning. Til venstre af pilene er reaktanterne eller reaktanter (A og B 2), mens til højre er de produkter (AB 2).
Swinging
Afbalancering af en kemisk ligning er en procedure, der gør det muligt at svare til antallet af atomer i de kemiske elementer, der er til stede i reaktanterne, med dem i produkterne.
Med andre ord skal antallet af atomer i hvert element være lig på reaktantsiden (før pilen) og på reaktionsproduktets side (efter pilen).
Det siges, at når en reaktion er afbalanceret, overholdes loven om masseaktion.
Derfor er det vigtigt at afbalancere antallet af atomer og de elektriske ladninger på begge sider af pilen i en kemisk ligning. Ligeledes skal summen af masserne af reaktanterne være lig med summen af masserne af produkterne.
For tilfældet med den repræsenterede ligning er den allerede afbalanceret (lige antal A og B på begge sider af pilen).
Eksperimenter, der beviser loven
Metalforbrænding
Lavoiser, der observerede forbrænding af metaller såsom bly og tin i lukkede containere med et begrænset indtag af luft, bemærkede, at metallerne var dækket med en kalcinering; og endvidere, at vægten af metallet på et givet opvarmningstidspunkt var lig med det oprindelige.
Da der observeres en vægtøgning ved forbrænding af et metal, troede Lavoiser, at den observerede overskydende vægt kunne forklares med en bestemt masse af noget, der fjernes fra luften under forbrænding. Af denne grund forblev massen konstant.
Denne konklusion, der kunne overvejes med et usund videnskabeligt grundlag, er ikke sådan, idet der tages hensyn til den viden, som Lavoiser havde om eksistensen af ilt på det tidspunkt, han udråbte sin lov (1785).
Frigivelse af ilt
Oxygen blev opdaget af Carl Willhelm Scheele i 1772. Senere opdagede Joseph Priesley det uafhængigt og offentliggjorde resultaterne af sin forskning, tre år før Scheele offentliggjorde sine resultater på den samme gas.
Priesley opvarmede kviksølvmonoxid og opsamlede en gas, der øgede flammens lysstyrke. Når musene blev placeret i en beholder med gassen, blev de desuden mere aktive. Priesley kaldte denne gas deflogistiseret.
Priesley rapporterede sine observationer til Antoine Lavoiser (1775), der gentog sine eksperimenter, der viste, at der blev fundet gas i luft og i vand. Lavoiser genkendte gas som et nyt element og kaldte det ilt.
Da Lavoisier bruges som et argument til at anføre sin lov, at den overskydende masse, der blev observeret ved forbrænding af metaller, skyldtes noget, der blev udvundet fra luften, tænkte han på ilt, et element, der kombineres med metaller under forbrænding.
Eksempler (praktiske øvelser)
Kviksølvmonoxidnedbrydning
Hvis 232,6 kviksølv monoxide (HgO) opvarmes, det nedbrydes til kviksølv (Hg) og molekylært oxygen (O 2). Baseret på loven om bevarelse af masse og de atomvægte: (Hg = 206,6 g / mol) og (O = 16 g / mol), tilstand massen af Hg og O 2, som dannes.
HgO => Hg + O 2
232,6 g 206,6 g 32 g
Beregningerne er meget ligetil, da nøjagtigt en mol HgO nedbrydes.
Forbrænding af et magnesiumbælte
Magnesiumbåndforbrænding. Kilde: Capt. John Yossarian, fra Wikimedia Commons
Et 1,2 g magnesiumbånd blev forbrændt i en lukket beholder indeholdende 4 g oxygen. Efter reaktionen forblev 3,2 g ureageret oxygen. Hvor meget magnesiumoxid blev dannet?
Den første ting, der skal beregnes, er massen af ilt, der reagerede. Dette kan let beregnes ved hjælp af en subtraktion:
Massen af O 2 der omsættes = oprindelige masse af O 2 - endelige masse af O 2
(4 - 3,2) g O 2
0,8 g O 2
Baseret på loven om bevarelse af masse kan massen af dannet MgO beregnes.
Masse MgO = masse Mg + masse O
1,2 g + 0,8 g
2,0 g MgO
Calciumhydroxid
En masse af 14 g calciumoxid (CaO) omsat med 3,6 g vand (H 2 O), som blev fuldstændig forbrugt i reaktionen til dannelse 14,8 g calciumhydroxid, Ca (OH) 2:
Hvor meget calciumoxid reagerede på dannelse af calciumhydroxid?
Hvor meget calciumoxid var tilbage?
Reaktionen kan skitseres ved følgende ligning:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Ligningen er afbalanceret. Derfor er det i overensstemmelse med loven om bevarelse af masse.
Masse af CaO er involveret i reaktionen = massen af Ca (OH) 2 - masse af H 2 O
14,8 g - 3,6 g
11,2 g CaO
Derfor beregnes CaO, der ikke reagerede (den, der er tilbage) ved at udføre en subtraktion:
Masse overskydende CaO = masse til stede i reaktionen - masse, der deltog i reaktionen.
14 g CaO - 11,2 g CaO
2,8 g CaO
Kobberoxid
Hvor meget kobberoxid (CuO) dannes, når 11 g kobber (Cu) reagerer fuldstændigt med ilt (O 2)? Hvor meget ilt er der behov for i reaktionen?
Det første trin er at afbalancere ligningen. Den afbalancerede ligning er som følger:
2Cu + O 2 => 2CuO
Ligningen er afbalanceret, så den er i overensstemmelse med loven om bevarelse af masse.
Cu-atomens vægt er 63,5 g / mol, og molekylvægten af CuO er 79,5 g / mol.
Det er nødvendigt at bestemme, hvor meget CuO der dannes fra den komplette oxidation af de 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 af CuO dannet = 13,77 g
Derfor giver forskellen i masser mellem CuO og Cu mængden af ilt involveret i reaktionen:
Oxygenmasse = 13,77 g - 11 g
1,77 g O 2
Dannelse af natriumchlorid
En masse af chlor (Cl 2) af 2,47 g blev omsat med tilstrækkelig natrium (Na) og 3,82 g natriumchlorid (NaCl) dannet. Hvor meget Na reagerede?
Afbalanceret ligning:
2Na + Cl 2 => 2NaCl
I henhold til loven om bevarelse af masse:
Mass af Na = masse NaCl - masse Cl 2
3,82 g - 2,47 g
1,35 g Na
Referencer
- Flores, J. Química (2002). Redaktionel Santillana.
- Wikipedia. (2018). Lov om bevarelse af sagen. Gendannet fra: es.wikipedia.org
- National Polytechnic Institute. (Sf). Lov om bevarelse af masse. CGFIE. Gendannes fra: aev.cgfie.ipn.mx
- Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (18. januar 2019). Lov om konservering af masse Gendannes fra: thoughtco.com
- Shrestha B. (18. november 2018). Loven om bevarelse af sagen. Kemi LibreTexts. Gendannes fra: chem.libretexts.org