- Kāds ir matērijas vai masas saglabāšanas likums?
- Lavoisier ieguldījums
- Kā šis likums tiek piemērots ķīmiskajā vienādojumā?
- Pamatprincipi
- Ķīmiskais vienādojums
- Šūpošanās
- Eksperimenti, kas pierāda likumu
- Metāla sadedzināšana
- Skābekļa izdalīšanās
- Piemēri (praktiski vingrinājumi)
- Dzīvsudraba monoksīda sadalīšanās
- Magnija jostas sadedzināšana
- Kalcija hidroksīds
- Vara oksīds
- Nātrija hlorīda veidošanās
- Atsauces
Vielas vai masas saglabāšanas likums nosaka to, ka ķīmiskās reakcijās viela netiek ne radīta, ne iznīcināta. Šis likums ir balstīts uz faktu, ka atomi ir nedalāmas daļiņas šāda veida reakcijās; kodolreakcijās atomi ir sadrumstaloti, tāpēc tos neuzskata par ķīmiskām reakcijām.
Ja atomi netiek iznīcināti, tad, kad elements vai savienojums reaģē, atomu skaitam pirms un pēc reakcijas jābūt nemainīgam; kas pārvēršas nemainīgā masas daudzumā starp iesaistītajiem reaģentiem un produktiem.
Ķīmiskā reakcija starp A un B2. Avots: Gabriel Bolívar
Tas vienmēr notiek, ja nav noplūdes, kas rada materiālus zaudējumus; bet, ja reaktors ir hermētiski noslēgts, neviens atoms "nepazūd", un tāpēc uzlādētajai masai jābūt vienādai ar masu pēc reakcijas.
No otras puses, ja produkts ir ciets, tā masa būs vienāda ar tā veidošanā iesaistīto reaģentu summu. Tas pats notiek ar šķidriem vai gāzveida izstrādājumiem, taču, nosakot to masu, ir vairāk pakļauti kļūdām.
Šis likums ir dzimis no eksperimentiem iepriekšējos gadsimtos, un to pastiprināja dažādu slavenu ķīmiķu, piemēram, Antuāna Lavoisera, ieguldījums.
Apsveriet reakciju starp A un B 2 , veidojot AB 2 (augšējais attēls). Saskaņā ar matērijas saglabāšanas likumu AB 2 masai jābūt vienādai ar attiecīgi A un B 2 masu summu . Tātad, ja 37 g A reaģē ar 13 g B 2 , produktam AB 2 jāsver 50 g.
Tāpēc ķīmiskajā vienādojumā reaģentu (A un B 2 ) masai vienmēr jābūt vienādai ar produktu masu (AB 2 ).
Tikko aprakstītajam ļoti līdzīgs piemērs ir metālu oksīdu, piemēram, rūsas vai rūsas, veidošanās. Rūsa ir smagāka par dzelzi (lai gan tā var tā neizskatīties), jo metāls reaģēja ar skābekļa masu, veidojot oksīdu.
Kāds ir matērijas vai masas saglabāšanas likums?
Šis likums nosaka, ka ķīmiskā reakcijā reaģentu masa ir vienāda ar izstrādājumu masu. Likums ir izteikts frāzē "matērija netiek ne radīta, ne iznīcināta, viss tiek pārveidots", kā to pasludināja Jūliuss fon Meijers (1814-1878).
Likumu patstāvīgi izstrādāja Mihails Lamanosovs 1745. gadā un Antuāns Lavoisjērs 1785. gadā. Lai gan Lamanosova pētījumi par Masu saglabāšanas likumu bija pirms Lavoisier, tie Eiropā nebija zināmi. par to, ka ir uzrakstīts krievu valodā.
Roberta Boila 1676. gadā veiktie eksperimenti lika viņiem norādīt, ka tad, kad materiāls tika sadedzināts atklātā traukā, materiāla svars palielinājās; iespējams, pārvērtību dēļ, ko piedzīvo pats materiāls.
Lavoisera eksperimenti par materiālu sadedzināšanu traukos ar ierobežotu gaisa ieplūdi parādīja svara pieaugumu. Šis rezultāts saskanēja ar Boila iegūto rezultātu.
Lavoisier ieguldījums
Tomēr Lavoisier secinājums bija atšķirīgs. Viņš domāja, ka sadedzināšanas laikā no gaisa tiek iegūts noteikts masas daudzums, kas izskaidro masas palielināšanos, kas novērota sadedzināšanai pakļautajos materiālos.
Lavoisers uzskatīja, ka sadedzināšanas laikā metālu masa saglabājās nemainīga un ka sadedzināšanas samazinājumu slēgtos konteineros neizraisīja brīvas (izlietotas koncepcijas) samazināšanās - domājamā būtība, kas saistīta ar siltuma ražošanu.
Lavoiser norādīja, ka novēroto samazinājumu drīzāk izraisīja gāzu koncentrācijas samazināšanās slēgtajos konteineros.
Kā šis likums tiek piemērots ķīmiskajā vienādojumā?
Masas saglabāšanas likumam ir transcendentāla nozīme stehiometrijā, pēdējo definējot kā kvantitatīvo attiecību aprēķināšanu starp reaģentiem un produktiem, kas atrodas ķīmiskajā reakcijā.
Stehiometrijas principus 1792. gadā pauda Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), kurš to definēja kā zinātni, kas mēra reakcijā iesaistīto ķīmisko elementu kvantitatīvās proporcijas vai masas attiecības.
Ķīmiskajā reakcijā mainās vielas, kas tajā piedalās. Tiek novērots, ka reaģenti vai reaģenti tiek patērēti, lai iegūtu produktus.
Ķīmiskās reakcijas laikā starp atomiem notiek saišu pārtraukumi, kā arī veidojas jaunas saites; bet reakcijā iesaistīto atomu skaits paliek nemainīgs. Tas ir tas, kas ir pazīstams kā matērijas saglabāšanas likums.
Pamatprincipi
Šis likums paredz divus pamatprincipus:
-Katru tipu atomu kopējais skaits reaģentos (pirms reakcijas) un produktos (pēc reakcijas) ir vienāds.
-Kopējā elektrisko lādiņu summa pirms un pēc reakcijas paliek nemainīga.
Tas notiek tāpēc, ka subatomisko daļiņu skaits paliek nemainīgs. Šīs daļiņas ir neitroni bez elektriskās lādiņa, pozitīvi lādēti protoni (+) un negatīvi lādēti elektroni (-). Tātad reakcijas laikā elektriskais lādiņš nemainās.
Ķīmiskais vienādojums
Ievērojot iepriekš minēto, attēlojot ķīmisku reakciju, izmantojot vienādojumu (kā tas ir galvenajā attēlā), ir jāievēro pamatprincipi. Ķīmiskajā vienādojumā tiek izmantoti dažādu elementu vai atomu simboli vai attēlojumi, kā arī tas, kā tie tiek sagrupēti molekulās pirms vai pēc reakcijas.
Kā piemērs atkal tiks izmantots šāds vienādojums:
A + B 2 => AB 2
Apakšindekss ir skaitlis, kas atrodas elementu labajā pusē (B 2 un AB 2 ) apakšā, norādot molekulā esošā elementa atomu skaitu. Šo numuru nevar mainīt bez jaunas molekulas, kas atšķiras no oriģināla, ražošanas.
Stehiometriskais koeficients (A un pārējo sugu gadījumā 1) ir skaitlis, kas ir ievietots atomu vai molekulu kreisajā pusē, norādot to skaitu, kas piedalās reakcijā.
Ja reakcija ir neatgriezeniska, ķīmiskajā vienādojumā ir novietota viena bulta, kas norāda reakcijas virzienu. Ja reakcija ir atgriezeniska, ir divas bultiņas pretējā virzienā. Pa kreisi no bultiņām ir reaģenti vai reaģenti (A un B 2 ), bet pa labi ir produkti (AB 2 ).
Šūpošanās
Ķīmiskā vienādojuma līdzsvarošana ir procedūra, kas ļauj reaģentos esošo ķīmisko elementu atomu skaitu pielīdzināt izstrādājumu atomiem.
Citiem vārdiem sakot, katra elementa atomu skaitam jābūt vienādam reaģentu pusē (pirms bultiņas) un reakcijas produktu pusē (pēc bultiņas).
Mēdz teikt, ka tad, kad reakcija ir līdzsvarota, tiek ievērots Masu rīcības likums.
Tāpēc ķīmiskajā vienādojumā ir svarīgi līdzsvarot atomu skaitu un elektriskos lādiņus abās bultas pusēs. Tāpat reaģentu masu summai jābūt vienādai ar produktu masu summu.
Attēlotā vienādojuma gadījumā tas jau ir līdzsvarots (vienāds skaits A un B abās bultas pusēs).
Eksperimenti, kas pierāda likumu
Metāla sadedzināšana
Lavoiser, novērojot tādu metālu kā svina un alvas sadedzināšanu slēgtos traukos ar ierobežotu gaisa uzņemšanu, pamanīja, ka metāli ir pārklāti ar kalcinēšanu; un turklāt, ka metāla svars noteiktā karsēšanas laikā bija vienāds ar sākotnējo.
Tā kā, sadedzinot metālu, tiek novērots svara pieaugums, Lavoiser domāja, ka novēroto lieko svaru var izskaidrot ar noteiktu kaut ko masu, kas sadedzināšanas laikā tiek noņemta no gaisa. Šī iemesla dēļ masa palika nemainīga.
Šis secinājums, kuru varētu uzskatīt par nepamatotu zinātnisku pamatojumu, nav tāds, ņemot vērā zināšanas, kas Lavoiseram bija par skābekļa esamību laikā, kad viņš pasludināja savu likumu (1785).
Skābekļa izdalīšanās
Skābekli 1772. gadā atklāja Karls Vilhelms Šēle. Vēlāk Džozefs Prieslijs to patstāvīgi atklāja un trīs gadus pirms tam, kad Šēle publicēja savus rezultātus par šo pašu gāzi, publicēja pētījumu rezultātus.
Priesley sildīja dzīvsudraba monoksīdu un savāca gāzi, kas palielināja liesmas spilgtumu. Turklāt, kad peles tika ievietotas traukā ar gāzi, tās kļuva aktīvākas. Prieslijs šo gāzi sauca par defloģizētu.
Prieslijs ziņoja par saviem novērojumiem Antuānam Lavoiseram (1775), kurš atkārtoja savus eksperimentus, parādot, ka gāze ir atrasta gaisā un ūdenī. Lavoiser atzina gāzi kā jaunu elementu, nosaucot to par skābekli.
Kad Lavoisjērs izmantoja kā argumentu sava likuma paziņošanai, ka metālu sadedzināšanā novērotā liekā masa ir saistīta ar kaut ko tādu, kas tiek izvadīts no gaisa, viņš domāja par skābekli - elementu, kas sadedzināšanas laikā apvienojas ar metāliem.
Piemēri (praktiski vingrinājumi)
Dzīvsudraba monoksīda sadalīšanās
Ja karsē 232,6 dzīvsudraba monoksīda (HgO), tas sadalās dzīvsudrabā (Hg) un molekulārajā skābeklī (O 2 ). Balstoties uz masas un atomu svara saglabāšanas likumu: (Hg = 206,6 g / mol) un (O = 16 g / mol), norādiet Hg un O 2 masu, kas veidojas.
HgO => Hg + O 2
232,6 g 206,6 g 32 g
Aprēķini ir ļoti vienkārši, jo precīzi sadalās viens mols HgO.
Magnija jostas sadedzināšana
Magnija lentes dedzināšana. Avots: kapteinis Džons Josarians no Wikimedia Commons
1,2 g magnija lente tika sadedzināta slēgtā traukā, kas satur 4 g skābekļa. Pēc reakcijas palika 3,2 g nereaģējuša skābekļa. Cik daudz magnija oksīda izveidojās?
Pirmais, kas jāaprēķina, ir skābekļa masa, kas reaģēja. To var viegli aprēķināt, izmantojot atņemšanu:
Mass O 2 , kas reaģē = sākotnējā masa no O 2 - galīgās masas O 2
(4 - 3,2) g O 2
0,8 g O 2
Balstoties uz masas saglabāšanas likumu, var aprēķināt izveidotās MgO masu.
MgO masa = Mg masa + O masa
1,2 g + 0,8 g
2,0 g MgO
Kalcija hidroksīds
14 g kalcija oksīda (CaO) masa reaģēja ar 3,6 g ūdens (H 2 O), kas reakcijā tika pilnībā iztērēts, veidojot 14,8 g kalcija hidroksīda Ca (OH) 2 :
Cik daudz kalcija oksīda reaģēja, veidojot kalcija hidroksīdu?
Cik daudz kalcija oksīda palika pāri?
Reakciju var raksturot ar šādu vienādojumu:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Vienādojums ir līdzsvarots. Tāpēc tas atbilst masu saglabāšanas likumam.
Reakcijā iesaistītā CaO masa = Ca (OH) 2 masa - H 2 O masa
14,8 g - 3,6 g
11,2 g CaO
Tāpēc CaO, kas nereaģēja (to, kas paliek pāri) aprēķina, veicot atņemšanu:
CaO pārpalikuma masa = reakcijā esošā masa - masa, kas piedalījās reakcijā.
14 g CaO - 11,2 g CaO
2,8 g CaO
Vara oksīds
Cik daudz vara oksīda (CuO) veidosies, kad 11 g vara (Cu) pilnībā reaģēs ar skābekli (O 2 )? Cik daudz skābekļa nepieciešams reakcijā?
Pirmais solis ir līdzsvarot vienādojumu. Sabalansētais vienādojums ir šāds:
2Cu + O 2 => 2CuO
Vienādojums ir līdzsvarots, tāpēc tas atbilst masas saglabāšanas likumam.
Cu atomu masa ir 63,5 g / mol, un CuO molekulmasa ir 79,5 g / mol.
Ir jānosaka, cik daudz CuO veidojas no pilnīgas 11 g Cu oksidācijas:
CuO masa = (11 g Cu) ∙ (1 mol Cu / 63,5 g Cu) ∙ (2 mol CuO / 2 mol Cu) ∙ (79,5 g CuO / mol CuO)
Izveidotā CuO masa = 13,77 g
Tāpēc masu starpība starp CuO un Cu dod reakcijā iesaistītā skābekļa daudzumu:
Skābekļa masa = 13,77 g - 11 g
1,77 g O 2
Nātrija hlorīda veidošanās
Masas, hlora (Cl 2 ) no 2,47 g tika pakļauts reakcijai ar pietiekamu nātrija (Na) un 3.82 g nātrija hlorīds (NaCl) veidojās. Cik daudz Na reaģēja?
Sabalansēts vienādojums:
2Na + Cl 2 => 2NaCl
Saskaņā ar masu saglabāšanas likumu:
Na masa = NaCl masa - masa Cl 2
3,82 g - 2,47 g
1,35 g Na
Atsauces
- Flores, J. Química (2002). Redakcija Santillana.
- Wikipedia. (2018). Materiālu saglabāšanas likums. Atgūts no: es.wikipedia.org
- Nacionālais politehniskais institūts. (sf). Masu saglabāšanas likums. CGFIE. Atgūts no: aev.cgfie.ipn.mx
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. gada 18. janvāris). Masu saglabāšanas likums. Atgūts no: domaco.com
- Šrestha B. (2018. gada 18. novembris). Materiāla saglabāšanas likums. Ķīmija LibreTexts. Atgūts no: chem.libretexts.org