LAG OM BEVARANDE AV MATERIA: EXPERIMENT OCH EXEMPEL - KEMI - 2026

Den lagen om bevarande av materia eller massa är ett som fastställer att någon kemisk reaktion, materia varken skapas eller förstöras. Denna lag bygger på det faktum att atomer är odelbara partiklar i denna typ av reaktion; medan i kärnreaktioner är atomerna fragmenterade, varför de inte betraktas som kemiska reaktioner.

Om atomerna inte förstörs måste antalet atomer före och efter reaktionen hållas konstant när ett element eller en förening reagerar; vilket översätter till en konstant mängd massa mellan reaktanterna och de involverade produkterna.

Kemisk reaktion mellan A och B2. Källa: Gabriel Bolívar

Detta är alltid fallet om det inte finns någon läcka som orsakar väsentliga förluster; men om reaktorn är hermetiskt stängd försvinner ingen atom ", och därför måste den laddade massan vara lika med massan efter reaktionen.

Om produkten är fast, å andra sidan, kommer dess massa att vara lika med summan av de involverade reaktanterna för dess bildning. Samma sak händer med flytande eller gasformiga produkter, men det är mer benäget att göra misstag när man mäter deras resulterande massor.

Denna lag föddes från experiment under tidigare århundraden, förstärkt av bidrag från olika kända kemister, till exempel Antoine Lavoisier.

Överväga reaktionen mellan A och B ₂ för att bilda AB ₂ (övre bilden). Enligt lagen om bevarande av materia, massa AB ₂ måste vara lika med summan av massorna A och B ₂ , respektive. Så om 37 g av A-reagerar med 13G B ₂ , produkten AB ₂ måste väga 50 g.

Därför, i en kemisk ekvation, massan av reaktanterna (A och B ₂ ) måste alltid vara lika med massan av de produkter (AB ₂ ).

Ett exempel som mycket liknar det som just beskrivits är det för bildandet av metalloxider, såsom rost eller rost. Rost är tyngre än järn (även om det kanske inte ser ut som det) eftersom metallen reagerade med en massa syre för att generera oxid.

Vad är lagen om bevarande av materia eller massa?

Denna lag säger att vid en kemisk reaktion är reaktanternas massa lika med produktens massa. Lagen uttrycks i frasen "materien varken skapas eller förstörs, allt förvandlas", eftersom det uttalades av Julius Von Mayer (1814-1878).

Lagen utvecklades oberoende av Mikhail Lamanosov, 1745, och av Antoine Lavoisier 1785. Trots att Lamanosovs forskningsarbeten om lagen för bevarande av massa föregick Lavoisiers, var de inte kända i Europa. för att ha skrivits på ryska.

Experimenten som genomfördes 1676 av Robert Boyle fick dem att påpeka att när ett material förbränts i en öppen behållare ökade materialet i vikt; kanske på grund av en omvandling som materialet själv upplever.

Lavoisers experiment på förbränning av material i behållare med begränsat luftintag visade viktökning. Detta resultat var i överensstämmelse med det som Boyle erhöll.

Lavoisiers bidrag

Men Lavoisiers slutsats var annorlunda. Han trodde att en mängd massa extraherades ur luften under förbränning, vilket förklarade den ökade massan som observerades i material som utsattes för förbränning.

Lavoiser trodde att massan av metaller förblev konstant under förbränning, och att minskningen i förbränning i slutna behållare inte orsakades av en minskning av ett löst (bortkastat koncept), en påstådd essens relaterad till produktion av värme.

Lavoiser påpekade att den observerade minskningen orsakades snarare av en minskning av koncentrationen av gaserna i de slutna behållarna.

Hur tillämpas denna lag i en kemisk ekvation?

Lagen om bevarande av massa är av transcendental betydelse i stökiometri, varvid den senare definieras som beräkningen av de kvantitativa förhållandena mellan reaktanter och produkter som finns i en kemisk reaktion.

Stökiometri-principerna uttalades 1792 av Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), som definierade den som vetenskapen som mäter kvantitativa proportioner eller massförhållanden mellan de kemiska elementen som är involverade i en reaktion.

I en kemisk reaktion sker en modifiering av ämnena som deltar i den. Det observeras att reaktanterna eller reaktanterna konsumeras för att komma från produkterna.

Under den kemiska reaktionen sker bindningar mellan atomerna och bildandet av nya bindningar. men antalet atomer involverade i reaktionen förblir oförändrat. Detta är vad som kallas lagen om bevarande av materien.

Grundläggande principer

Denna lag innebär två grundläggande principer:

-Det totala antalet atomer av varje typ är detsamma i reaktanterna (före reaktionen) och i produkterna (efter reaktionen).

- Summan av de elektriska laddningarna före och efter reaktionen förblir konstant.

Detta beror på att antalet subatomära partiklar förblir konstant. Dessa partiklar är neutroner utan elektrisk laddning, positivt laddade protoner (+) och negativt laddade elektroner (-). Så den elektriska laddningen förändras inte under en reaktion.

Kemisk ekvation

Med detta sagt, när de representerar en kemisk reaktion med en ekvation (som den i huvudbilden), måste de grundläggande principerna respekteras. Den kemiska ekvationen använder symboler eller representationer för de olika elementen eller atomerna och hur de grupperas i molekyler före eller efter reaktionen.

Följande ekvation kommer att användas igen som exempel:

A + B ₂ => AB ₂

Index är ett tal som är placerad på höger sida av elementen (B ₂ och AB ₂ ) vid botten, som indikerar antalet atomer av ett element som föreligger i en molekyl. Detta nummer kan inte ändras utan produktion av en ny molekyl, annorlunda än originalet.

Den stökiometriska koefficienten (1, för A och resten av arten) är ett nummer som placeras i den vänstra delen av atomerna eller molekylerna, vilket indikerar antalet av dem som deltar i en reaktion.

I en kemisk ekvation, om reaktionen är irreversibel, placeras en enda pil, som indikerar reaktionens riktning. Om reaktionen är reversibel finns det två pilar i motsatt riktning. Till vänster om pilarna är reaktanterna eller reaktanterna (A och B ₂ ), medan till höger är de produkter (AB ₂ ).

Svängande

Att balansera en kemisk ekvation är en procedur som gör det möjligt att jämföra antalet atomer i de kemiska elementen som finns i reaktanterna med produkterna.

Med andra ord måste antalet atomer i varje element vara lika på reaktantens sida (före pilen) och på reaktionsproduktens sida (efter pilen).

Det sägs att när en reaktion är balanserad respekteras lagen om massåtgärder.

Därför är det viktigt att balansera antalet atomer och de elektriska laddningarna på båda sidor av pilen i en kemisk ekvation. På samma sätt måste summan av reaktanternas massor vara lika med summan av produkternas massor.

När det gäller den representerade ekvationen är den redan balanserad (lika antal A och B på båda sidor om pilen).

Experiment som bevisar lagen

Metallförbränning

Lavoiser, som observerade förbränningen av metaller som bly och tenn i slutna behållare med ett begränsat luftintag, märkte att metallerna var täckta med en kalcinering; och dessutom att vikten av metallen vid en given uppvärmningstid var lika med den initiala.

Eftersom en viktökning observeras vid förbränning av en metall, tänkte Lavoiser att den observerade överskottsvikten kunde förklaras med en viss massa av något som tas bort från luften under förbränningen. Av denna anledning förblev massan konstant.

Denna slutsats, som kan övervägas med en oundviklig vetenskaplig grund, är inte sådan, med hänsyn till den kunskap som Lavoiser hade om förekomsten av syre vid den tidpunkt då han uttalade sin lag (1785).

Frigöring av syre

Syre upptäcktes av Carl Willhelm Scheele 1772. Senare upptäckte Joseph Priesley det självständigt och publicerade resultaten av sin forskning, tre år innan Scheele publicerade sina resultat på samma gas.

Priesley värmde kvicksilvermonoxid och samlade en gas som ökade flammans ljusstyrka. Dessutom, när mössen placerades i en behållare med gasen, blev de mer aktiva. Priesley kallade denna gas dephlogistized.

Priesley rapporterade sina observationer till Antoine Lavoiser (1775), som upprepade sina experiment som visade att gas hittades i luft och vatten. Lavoiser kände igen gas som ett nytt element och kallade det syre.

När Lavoisier använde som ett argument för att säga sin lag, att den överskottmassa som observerades vid förbränning av metaller berodde på något som extraherades från luften, tänkte han på syre, ett element som kombineras med metaller under förbränning.

Exempel (praktiska övningar)

Kvicksilvermonoxidnedbrytning

Om 232,6 kvicksilver monoxid (HgO) upphettas, sönderdelas den i kvicksilver (Hg) och molekylärt syre (O ₂ ). Baserat på lagen om bevarande av massa och de atomvikter: (Hg = 206,6 g / mol) och (O = 16 g / mol), state massan av Hg och O ₂ som bildas.

HgO => Hg + O ₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Beräkningarna är mycket enkla, eftersom exakt en mol HgO sönderdelas.

Förbränning av ett magnesiumbälte

Förbränning av magnesiumband. Källa: Capt. John Yossarian, från Wikimedia Commons

Ett 1,2 g magnesiumband förbrändes i en sluten behållare innehållande 4 g syre. Efter reaktionen återstod 3,2 g oreagerat syre. Hur mycket magnesiumoxid bildades?

Det första man beräknar är massan av syre som reagerade. Detta kan enkelt beräknas med hjälp av en subtraktion:

Massa av O ₂ som reagerade = ursprunglig massa av O ₂ - slutlig massa av O ₂

(4 - 3,2) g O ₂

0,8 g O ₂

Baserat på lagen om bevarande av massa kan massan av bildad MgO beräknas.

Massa av MgO = massa av Mg + massa av O

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Kalcium hydroxid

En massa av 14 g kalciumoxid (CaO) reagera med 3,6 g vatten (H ₂ O), som var helt förbrukas i reaktionen för att bilda 14,8 g kalciumhydroxid, Ca (OH) ₂ :

Hur mycket kalciumoxid reagerade och bildade kalciumhydroxid?

Hur mycket kalciumoxid kvar?

Reaktionen kan beskrivas med följande ekvation:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Ekvationen är balanserad. Därför följer den lagen om bevarande av massa.

Massan av CaO involverade i reaktionen = massan av Ca (OH) ₂ - massa av H ₂ O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Därför beräknas CaO som inte reagerade (den som är kvar) genom att göra en subtraktion:

Massa av överskott CaO = massa närvarande i reaktionen - massa som deltog i reaktionen.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Kopparoxid

Hur mycket kopparoxid (CuO) kommer att bildas när 11 g koppar (Cu) reagerar helt med syre (O ₂ )? Hur mycket syre behövs i reaktionen?

Det första steget är att balansera ekvationen. Den balanserade ekvationen är följande:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Ekvationen är balanserad, så den överensstämmer med lagen om bevarande av massa.

Cu-atomens vikt är 63,5 g / mol och molekylvikten för CuO är 79,5 g / mol.

Det är nödvändigt att bestämma hur mycket CuO som bildas från den fullständiga oxidationen av 11 g Cu:

CuO-massa = (11 g Cu) ∙ (1 mol Cu / 63,5 g Cu) ∙ (2 mol CuO / 2 mol Cu) ∙ (79,5 g CuO / mol CuO)

CuO-massan bildades = 13,77 g

Därför ger skillnaden i massor mellan CuO och Cu mängden syre som är involverad i reaktionen:

Syremassa = 13,77 g - 11 g

1,77 g O ₂

Bildning av natriumklorid

En massa av klor (Cl ₂ ) av 2,47 g omsattes med tillräcklig natrium (Na) och 3,82 g natriumklorid (NaCl) bildades. Hur mycket Na reagerade?

Balanserad ekvation:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

Enligt lagen om bevarande av massa:

Massa av Na = massan av NaCl - massan Cl ₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

referenser

1. Flores, J. Química (2002). Redaktör Santillana
2. Wikipedia. (2018). Lag för bevarande av materien. Återställd från: es.wikipedia.org
3. National Polytechnic Institute. (Sf). Lag för bevarande av massa. CGFIE. Återställd från: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 januari 2019). Lag om bevarande av massa. Återställas från: thoughtco.com
5. Shrestha B. (18 november 2018). Lagen om bevarande av materien. Kemi LibreTexts. Återställd från: chem.libretexts.org