- Mi az anyag vagy tömeg megőrzésének törvénye?
- Lavoisier hozzájárulása
- Hogyan alkalmazzák ezt a törvényt a kémiai egyenletben?
- Alapelvek
- Kémiai egyenlet
- Lengő
- Kísérletek, amelyek igazolják a törvényt
- Fémégetés
- Az oxigén felszabadulása
- Példák (gyakorlati gyakorlatok)
- Higany-monoxid bomlás
- Magnéziumöv égetése
- Kálcium hidroxid
- Réz-oxid
- Nátrium-klorid képződés
- Irodalom
Az anyag vagy a tömeg megőrzésének törvénye megállapítja, hogy bármilyen kémiai reakcióban az anyag nem keletkezik és sem pusztul el. Ez a törvény azon a tényen alapul, hogy az atomok oszthatatlan részecskék az ilyen típusú reakcióban; míg a nukleáris reakciók során az atomok fragmentálódtak, ezért nem tekintik őket kémiai reakcióknak.
Ha az atomok nem pusztulnak el, akkor amikor egy elem vagy vegyület reagál, az atomok számát a reakció előtt és után állandó értéken kell tartani; amely állandó mennyiségű tömegré alakul a résztvevő reagensek és termékek között.
Kémiai reakció az A és a B2 között. Forrás: Gabriel Bolívar
Ez mindig így van, ha nincs olyan szivárgás, amely anyagi veszteségeket okozna; de ha a reaktor légmentesen zárva van, akkor egyik atom sem "eltűnik", ezért a töltött tömegnek meg kell egyeznie a reakció utáni tömeggel.
Másrészt, ha a termék szilárd, akkor tömege megegyezik a kialakulásához szükséges reagensek összegével. Ugyanez történik a folyékony vagy gáznemű termékekkel, de hajlamosabbak hibázni, amikor mérik a kapott tömeget.
Ez a törvény az elmúlt évszázadok kísérleteiből született, amelyet számos híres vegyész, például Antoine Lavoisier hozzájárulása erősített meg.
Tekintsük a reakció között, az A és a B 2 képeznek AB 2 (felső kép). Az anyagmegőrzési törvény szerint az AB 2 tömegének meg kell egyeznie az A és B 2 tömegének összegével. Tehát ha 37 g A reagál 13g B 2-vel, akkor az AB 2 terméknek 50 g tömegűnek kell lennie.
Ezért egy kémiai egyenletben a reagensek (A és B 2) tömegének mindig meg kell egyeznie a termékek tömegével (AB 2).
A fent leírthoz nagyon hasonló példa a fém-oxidok, például rozsda vagy rozsda képződése. A rozsda nehezebb, mint a vas (bár lehet, hogy nem így néz ki), mivel a fém egy oxigén tömeggel reagált az oxid létrehozására.
Mi az anyag vagy tömeg megőrzésének törvénye?
Ez a törvény kimondja, hogy kémiai reakcióban a reagensek tömege megegyezik a termékek tömegével. A törvényt az "anyagot nem teremtik meg sem sem pusztítják el, minden átalakul" kifejezés fejezi ki, ahogyan azt Julius Von Mayer (1814-1878) jelentette.
A törvényt Mihail Lamanosov, 1745-ben és Antoine Lavoisier, 1745-ben fejlesztette ki függetlenül. Noha Lamanosovnak a tömegvédelemről szóló kutatása Lavoisierét megelőzi, Európában még nem ismertek. mert oroszul írták.
Robert Boyle 1676-ban végzett kísérletei rávilágították rájuk, hogy amikor egy anyagot egy nyitott tartályban égetnek el, az anyag súlya növekszik; talán maga az anyag által tapasztalt átalakulás miatt.
A Lavoiser kísérletei az anyagok égetésére korlátozott levegőbevitelű tartályokban súlygyarapodást mutattak. Ez az eredmény megegyezett a Boyle által elért eredményekkel.
Lavoisier hozzájárulása
Lavoisier következtetése azonban más volt. Úgy gondolta, hogy az égetés során bizonyos mennyiségű tömeget vontak ki a levegőből, ami magyarázza az égetésnek kitett anyagokban megfigyelt tömegnövekedést.
Lavoiser úgy vélte, hogy a fémek tömege változatlan marad az égetés során, és hogy a zárt tartályokban történő égetés csökkenését nem a laza (használaton kívüli koncepció) csökkenése okozta, amely feltételezhetően a hőtermeléshez kapcsolódik.
Lavoiser rámutatott, hogy a megfigyelt csökkenést inkább a zárt tartályokban lévő gázok koncentrációjának csökkenése okozta.
Hogyan alkalmazzák ezt a törvényt a kémiai egyenletben?
A tömegmegőrzési törvény transzcendentális jelentőséggel bír a sztöchiometria során, utóbbit úgy kell meghatározni, hogy a reagensek és a kémiai reakcióban jelen lévő termékek közötti mennyiségi összefüggéseket kiszámítják.
Jelenías Benjamin Richter (1762-1807) 1792-ben hirdeti a sztöchiometria alapelveit, aki azt a tudományt határozta meg, amely a reakcióban részt vevő kémiai elemek mennyiségi arányát vagy tömegviszonyát méri.
Egy kémiai reakció során módosulnak az abban részt vevő anyagok. Megfigyelték, hogy a reagenseket vagy reagenseket a termékek előállításához használják fel.
A kémiai reakció során kötések megszakadnak az atomok között, és új kötések képződnek; de a reakcióban részt vevő atomok száma változatlan marad. Ezt nevezik az anyag megőrzésének törvénye.
Alapelvek
Ez a törvény két alapelvet von le:
- Az egyes atomok teljes száma azonos a reagensekben (a reakció előtt) és a termékekben (a reakció után).
- A reakció előtti és utáni elektromos töltések összege állandó marad.
Ennek oka az, hogy a szubatomi részecskék száma állandó marad. Ezek a részecskék elektromos töltés nélküli neutronok, pozitív töltésű protonok (+) és negatív töltésű elektronok (-). Tehát az elektromos töltés nem változik a reakció során.
Kémiai egyenlet
A fentiek szerint a kémiai reakció egy egyenlettel történő ábrázolásakor (mint például a főképen) az alapvető elveket be kell tartani. A kémiai egyenlet a különféle elemek vagy atomok szimbólumait vagy ábrázolásait használja, és azt, hogyan csoportosíthatók molekulákba a reakció előtt vagy után.
A következő egyenletet ismét példaként fogjuk használni:
A + B 2 => AB 2
Az alindex egy olyan szám, amelyet az elemek jobb oldalán (B 2 és AB 2) helyeznek el az alján, jelezve egy molekula egy elemének atomszámát. Ezt a számot nem lehet megváltoztatni egy új, az eredetitől eltérő molekula előállítása nélkül.
A sztöchiometrikus együttható (1, A és a többi faj esetében) az atomok vagy molekulák bal oldalán elhelyezkedő szám, amely jelzi a reakcióban részt vevők számát.
A kémiai egyenletben, ha a reakció visszafordíthatatlan, egyetlen nyíl helyezkedik el, amely jelzi a reakció irányát. Ha a reakció megfordítható, akkor két nyíl van ellentétes irányban. A nyilaktól balra a reagensek vagy reagensek (A és B 2), jobbra a termékek (AB 2) vannak.
Lengő
A kémiai egyenlet kiegyensúlyozása olyan eljárás, amely lehetővé teszi a reagensekben lévő kémiai elemek atomszámának a termékek atomokkal való egyenlőségét.
Más szavakkal, az egyes elemek atomszámának azonosnak kell lennie a reagensek oldalán (a nyíl előtt) és a reakciótermékek oldalán (a nyíl után).
Azt mondják, hogy ha a reakció kiegyensúlyozott, akkor tiszteletben tartják a tömeges törvényt.
Ezért elengedhetetlen az atomok számának és az elektromos töltéseknek a nyíl mindkét oldalán egyensúlyba állítása. Hasonlóképpen, a reagensek tömegének összegének meg kell egyeznie a termékek tömegének összegével.
A bemutatott egyenlet esetében ez már kiegyensúlyozott (egyenlő számú A és B nyíl mindkét oldalán).
Kísérletek, amelyek igazolják a törvényt
Fémégetés
A Lavoiser megfigyelt olyan fémek, mint az ólom és az ón égetését zárt tartályokban, korlátozott mennyiségű levegőbevitel mellett, észrevette, hogy a fémeket kalcinálják; és továbbá, hogy a fém tömege egy adott hevítési időpontban megegyezik a kezdeti súlyával.
Mivel a fém égetésekor súlygyarapodást figyelnek meg, Lavoiser úgy gondolta, hogy a megfigyelt többlet megmagyarázható valami bizonyos tömegével, amelyet az égés során eltávolítanak a levegőből. Ezért a tömeg állandó maradt.
Ez a következtetés, amelyet megalapozatlan tudományos megalapozással lehet figyelembe venni, nem olyan, figyelembe véve azt a tudást, amely Lavoisernek az oxigén létezéséről volt a törvénye (1785) bejelentésekor.
Az oxigén felszabadulása
Carl Willhelm Scheele 1772-ben fedezte fel az oxigént. Később Joseph Priesley önállóan fedezte fel, és három évvel azelőtt közzétette kutatásainak eredményeit, mielőtt Scheele ugyanezen gázra vonatkozóan közzétette eredményeit.
Priesley melegítette a higanymonoxidot, és olyan gázt gyűjtött össze, amely növeli a láng fényerejét. Ezen túlmenően, amikor az egereket egy tartályba helyezték a gázzal, aktívabbak lettek. Priesley ezt a gázt deflogistizáltnak hívta.
Priesley észrevételeiről Antoine Lavoisernek (1775) számolt be, aki megismételte kísérleteit, amelyek kimutatták, hogy a gáz a levegőben és a vízben található. A Lavoiser új elemként ismerte el a gázt, oxigénnek nevezi azt.
Amikor Lavoisier érvelésként állította be törvényét, miszerint a fémek égetésében megfigyelt tömeg többletének oka a levegőből származik, az oxigénre gondolt, egy elemre, amely az égetés során fémekkel kombinálódik.
Példák (gyakorlati gyakorlatok)
Higany-monoxid bomlás
Ha 232,6 higany-monoxid (HgO) melegítjük, bomlik le higany (Hg) és a molekuláris oxigén (O 2). A tömegmegőrzési törvény és az atomsúlyok alapján: (Hg = 206,6 g / mol) és (O = 16 g / mol), adja meg a képződött Hg és O 2 tömegét.
HgO => Hg + O 2
232,6 g 206,6 g 32 g
A számítás nagyon egyszerű, mivel pontosan egy mol HgO bomlik.
Magnéziumöv égetése
Magnézium szalag égés. Forrás: Capt. John Yossarian, a Wikimedia Commonsból
1,2 g magnéziumszalagot 4 g oxigént tartalmazó zárt tartályban égettek el. A reakció után 3,2 g nem reagált oxigén maradt. Mennyi magnézium-oxid képződött?
Az első dolog, amelyet kiszámítani kell, az reagált oxigén tömege. Ez könnyen kiszámítható, kivonással:
Mass O 2, amely reagált = kezdeti tömege O 2 - végső tömege O 2
(4 - 3,2) g O 2
0,8 g O 2
A tömegmegőrzési törvény alapján kiszámítható a képződött MgO tömege.
MgO tömege = Mg tömege + O tömege
1,2 g + 0,8 g
2,0 g MgO
Kálcium hidroxid
14 g kalcium-oxid (CaO) reagált 3,6 g vízzel (H 2 O), amelyet a reakció teljes mértékben felhasznált, hogy 14,8 g kalcium-hidroxidot (Ca (OH) 2) képezzen:
Mennyi kalcium-oxid reagált, hogy kalcium-hidroxidot képezzen?
Mennyi kalcium-oxid maradt fenn?
A reakció a következő egyenlettel vázolható fel:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Az egyenlet kiegyensúlyozott. Ezért megfelel a tömegmegőrzési törvénynek.
A reakcióban részt vevő CaO tömege = Ca (OH) 2 tömege - H 2 O tömege
14,8 g - 3,6 g
11,2 g CaO
Ezért azt a CaO-t, amely nem reagált (azt, amelyik megmarad), kivonással kell kiszámítani:
A CaO felesleges tömege = a reakcióban jelen lévő tömeg - a reakcióban részt vevő tömeg.
14 g CaO - 11,2 g CaO
2,8 g CaO
Réz-oxid
Mennyi réz-oxid (CuO) képződik, ha 11 g réz (Cu) teljesen reagál oxigénnel (O 2)? Mennyi oxigénre van szükség a reakcióban?
Az első lépés az egyenlet kiegyensúlyozása. A kiegyensúlyozott egyenlet a következő:
2Cu + O 2 => 2CuO
Az egyenlet kiegyensúlyozott, tehát megfelel a tömegmegőrzési törvénynek.
A Cu atomtömege 63,5 g / mol, a CuO molekulatömege pedig 79,5 g / mol.
Meg kell határozni, hogy mennyi CuO képződik a 11 g Cu teljes oxidációjából:
CuO tömeg = (11 g Cu) ∙ (1 mol Cu / 63,5 g Cu) ∙ (2 mol CuO / 2 mol Cu) ∙ (79,5 g CuO / mol CuO)
A képződött CuO tömege = 13,77 g
Ezért a CuO és Cu közötti tömegkülönbség adja a reakcióban részt vevő oxigén mennyiségét:
Oxigén tömege = 13,77 g - 11 g
1,77 g O 2
Nátrium-klorid képződés
2,47 g klór (Cl 2) elegyét elegendő mennyiségű nátriummal (Na) reagáltatjuk, és 3,82 g nátrium-kloridot (NaCl) képezünk. Mennyi Na reagált?
Kiegyensúlyozott egyenlet:
2Na + Cl 2 => 2NaCl
A tömegmegőrzési törvény szerint:
Na tömege = NaCl tömege - Cl 2 tömege
3,82 g - 2,47 g
1,35 g Na
Irodalom
- Flores, J. Química (2002). Szerkesztő Santillana.
- Wikipedia. (2018). Az anyagmegőrzési törvény. Helyreállítva: es.wikipedia.org
- Nemzeti Politechnikai Intézet. (Sf). A tömegmegőrzési törvény. CGFIE. Helyreállítva: aev.cgfie.ipn.mx
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. január 18.). A tömegmegőrzési törvény. Helyreállítva: gondolat.com
- Shrestha B. (2018. november 18.) Az anyag megőrzésének törvénye. Kémia LibreTexts. Helyreállítva: chem.libretexts.org