- Aký je zákon o zachovaní hmoty alebo hmoty?
- Príspevok spoločnosti Lavoisier
- Ako sa tento zákon uplatňuje v chemickej rovnici?
- Základné princípy
- Chemická rovnica
- kolísavý
- Experimenty preukazujúce zákon
- Spaľovanie kovov
- Uvoľňovanie kyslíka
- Príklady (praktické cvičenia)
- Rozklad oxidu uhoľnatého
- Spaľovanie horčíkového pásu
- Hydroxid vápenatý
- Oxid medi
- Tvorba chloridu sodného
- Referencie
Zákon zachovania hmoty alebo hmoty , je ten, ktorý stanovuje, že pri chemickej reakcii, hmota ani vytvorená, ani zničená. Tento zákon je založený na skutočnosti, že atómy sú pri tomto type reakcie nedeliteľné častice; zatiaľ čo v jadrových reakciách sú atómy fragmentované, preto sa nepovažujú za chemické reakcie.
Ak atómy nie sú zničené, potom, keď prvok alebo zlúčenina reaguje, počet atómov pred a po reakcii sa musí udržiavať konštantný; ktorá sa premení na konštantné množstvo hmoty medzi zahrnutými reaktantmi a produktmi.
Chemická reakcia medzi A a B2. Zdroj: Gabriel Bolívar
Toto je vždy prípad, ak nedochádza k úniku, ktorý by spôsobil materiálne straty; ale ak je reaktor hermeticky uzavretý, žiadny atóm "nezmizne", a preto sa musí nabitá hmota po reakcii rovnať hmotnosti.
Na druhej strane, ak je produkt pevný, jeho hmotnosť sa bude rovnať súčtu reakčných zložiek zahrnutých v jeho tvorbe. To isté sa deje s kvapalnými alebo plynnými výrobkami, ale pri meraní ich výslednej hmotnosti je pravdepodobnejšie robiť chyby.
Tento zákon sa zrodil z pokusov v minulých storočiach, posilnených príspevkami rôznych slávnych chemikov, ako je napríklad Antoine Lavoisier.
Predpokladajme reakcie medzi A a B 2 tvoria AB 2 (horný obrázok). Podľa zákona o ochrane hmoty sa hmotnosť AB 2 musí rovnať súčtu hmotností A a B 2 . Takže ak 37g of A reaguje s 13 g B 2 , produkt AB 2 musí vážiť 50 gramov.
Z tohto dôvodu, v chemickej rovnice, hmotnosť reakčných zložiek (A a B 2 ) musí byť vždy rovný hmotnosti produktov (AB 2 ).
Príkladom veľmi podobného príkladu, ktorý bol práve opísaný, je tvorba oxidov kovov, ako je hrdza alebo hrdza. Hrdza je ťažšia ako železo (aj keď to nemusí vyzerať), pretože kov reagoval s množstvom kyslíka za vzniku oxidu.
Aký je zákon o zachovaní hmoty alebo hmoty?
Tento zákon uvádza, že pri chemickej reakcii sa hmotnosť reaktantov rovná hmotnosti produktov. Zákon je vyjadrený vo vete „hmota nie je ani stvorená ani zničená, všetko je transformované“, ako to vypovedal Julius Von Mayer (1814-1878).
Zákon vyvinuli nezávisle Michail Lamanosov v roku 1745 a Antoine Lavoisier v roku 1785. Hoci Lamanosovove výskumné práce týkajúce sa zákona o ochrane omše predchádzali Lavoisierovi, v Európe neboli známe. za to, že bol napísaný v ruštine.
Experimenty, ktoré v roku 1676 uskutočnil Robert Boyle, viedli k tomu, že poukazovali na to, že keď bol materiál spálený v otvorenej nádobe, jeho hmotnosť sa zvýšila; možno kvôli transformácii, ktorú zažil samotný materiál.
Experimenty Lavoisera so spaľovaním materiálov v nádobách s obmedzeným prísunom vzduchu ukázali prírastok hmotnosti. Tento výsledok bol v súlade s výsledkom získaným spoločnosťou Boyle.
Príspevok spoločnosti Lavoisier
Lavoisierov záver však bol iný. Myslel si, že počas spaľovania bolo zo vzduchu extrahované množstvo hmoty, čo by vysvetľovalo nárast hmotnosti, ktorý sa pozoroval v materiáloch podrobených spaľovaniu.
Lavoiser veril, že hmotnosť kovov zostala počas spaľovania konštantná a že pokles spaľovania v uzavretých nádobách nebol spôsobený poklesom uvoľneného (nepoužívaný koncept), predpokladanej esencie súvisiacej s výrobou tepla.
Lavoiser poukázal na to, že pozorovaný pokles bol spôsobený skôr znížením koncentrácie plynov v uzavretých nádobách.
Ako sa tento zákon uplatňuje v chemickej rovnici?
Zákon zachovania hmoty má v stechiometrii transcendentálny význam, ktorý je definovaný ako výpočet kvantitatívnych vzťahov medzi reaktantmi a produktmi prítomnými v chemickej reakcii.
Princípy stechiometrie boli stanovené v roku 1792 Jeremíasom Benjaminom Richterom (1762 - 1807), ktorý ho definoval ako vedu, ktorá meria kvantitatívne pomery alebo hmotnostné vzťahy chemických prvkov, ktoré sa podieľajú na reakcii.
Pri chemickej reakcii dochádza k modifikácii látok, ktoré sa na nej podieľajú. Zistilo sa, že reaktanty alebo reaktanty sa spotrebúvajú na výrobu produktov.
Počas chemickej reakcie dochádza k prerušeniu väzieb medzi atómami, ako aj k tvorbe nových väzieb; ale počet atómov zapojených do reakcie zostáva nezmenený. Toto je známe ako zákon o ochrane hmoty.
Základné princípy
Tento zákon predpokladá dva základné princípy:
- Celkový počet atómov každého typu je rovnaký v reakčných zložkách (pred reakciou) a vo výrobkoch (po reakcii).
- Súčet elektrických nábojov pred a po reakcii zostáva konštantný.
Je to preto, že počet subatomických častíc zostáva konštantný. Tieto častice sú neutróny bez elektrického náboja, pozitívne nabité protóny (+) a negatívne nabité elektróny (-). Takže elektrický náboj sa počas reakcie nemení.
Chemická rovnica
Keď už bolo uvedené, pri predstavovaní chemickej reakcie pomocou rovnice (ako je tá na hlavnom obrázku) musia byť dodržané základné princípy. Chemická rovnica používa symboly alebo znázornenia rôznych prvkov alebo atómov a to, ako sú zoskupené do molekúl pred alebo po reakcii.
Nasledujúca rovnica sa znova použije ako príklad:
A + B 2 => AB 2
Dolný index je číslo, ktoré je umiestnené na pravej strane prvkov (B 2 a AB 2 ) na spodnej strane, označujúci počet atómov prvku prítomného v molekule. Toto číslo nie je možné zmeniť bez výroby novej molekuly odlišnej od pôvodnej molekuly.
Stechiometrický koeficient (1, v prípade A a zvyšku druhu) je číslo, ktoré je umiestnené v ľavej časti atómov alebo molekúl, čo naznačuje počet z nich, ktoré sa zúčastňujú reakcie.
V chemickej rovnici, ak je reakcia nezvratná, je umiestnená jedna šípka, ktorá označuje smer reakcie. Ak je reakcia reverzibilná, existujú dve šípky v opačnom smere. Na ľavej strane šípok sú reakčné zložky alebo reakčný zložky (A a B 2 ), zatiaľ čo na pravej strane sú výrobky (AB 2 ).
kolísavý
Vyváženie chemickej rovnice je postup, ktorý umožňuje vyrovnať počet atómov chemických prvkov prítomných v reaktantoch s atómami produktov.
Inými slovami, počet atómov každého prvku musí byť rovnaký na strane reaktantov (pred šípkou) a na strane reakčných produktov (za šípkou).
Hovorí sa, že keď je reakcia vyvážená, dodržiava sa zákon o hromadnej činnosti.
Preto je nevyhnutné v chemickej rovnici vyrovnať počet atómov a elektrické náboje na oboch stranách šípky. Podobne sa musí súčet hmotností reaktantov rovnať súčtu hmotností produktov.
V prípade reprezentovanej rovnice je už vyrovnaná (rovnaký počet A a B na oboch stranách šípky).
Experimenty preukazujúce zákon
Spaľovanie kovov
Lavoiser, ktorý pozoroval spaľovanie kovov ako olovo a cín v uzavretých nádobách s obmedzeným prívodom vzduchu, si všimol, že kovy boli kalcinované; a okrem toho, že hmotnosť kovu v danom čase zahrievania bola rovnaká ako pôvodná.
Pretože pri spaľovaní kovu sa pozoroval prírastok hmotnosti, Lavoiser si myslel, že pozorovanú nadmernú hmotnosť možno vysvetliť určitou hmotou niečoho, čo sa počas spaľovania odstráni zo vzduchu. Z tohto dôvodu hmotnosť zostala konštantná.
Tento záver, ktorý by sa mohol považovať za neopodstatnený vedecký základ, nie je taký, berúc do úvahy vedomosti, ktoré mal Lavoiser o existencii kyslíka v čase, keď vyhlásil svoj zákon (1785).
Uvoľňovanie kyslíka
Kyslík objavil Carl Willhelm Scheele v roku 1772. Neskôr ho Joseph Priesley objavil nezávisle a zverejnil výsledky svojho výskumu tri roky predtým, ako Scheele zverejnil svoje výsledky na rovnakom plyne.
Priesley zahrieval oxid uhoľnatý a zbieral plyn, ktorý zvyšoval jas plameňa. Okrem toho, keď boli myši umiestnené do nádoby s plynom, stali sa aktívnejšími. Priesley nazval tento plyn delogistizovaným.
Priesley oznámil svoje pozorovania Antoine Lavoiserovi (1775), ktorý opakoval svoje experimenty a ukázal, že plyn sa nachádza vo vzduchu a vo vode. Lavoiser rozpoznal plyn ako nový prvok a nazval ho kyslíkom.
Keď Lavoisier použil ako argument na vyjadrenie svojho zákona, že nadmerná hmota pozorovaná pri spaľovaní kovov bola spôsobená niečoho, čo bolo extrahované zo vzduchu, myslel na kyslík, prvok, ktorý sa počas spaľovania kombinuje s kovmi.
Príklady (praktické cvičenia)
Rozklad oxidu uhoľnatého
Pokiaľ 232.6 ortuti uhoľnatého (HgO) sa zahrieva, sa rozkladá na ortuť (Hg) a molekulárneho kyslíka (O 2 ). Na zákona o zachovaní hmoty a atómových hmotností základe: (Hg = 206,6 g / mol) a (O = 16 g / mol), stav hmotnosť Hg a O 2 , ktorý je vytvorený.
HgO => Hg + O 2
232,6 g 206,6 g 32 g
Výpočty sú veľmi priame, pretože sa rozkladá presne jeden mól HgO.
Spaľovanie horčíkového pásu
Horenie horčíkovej pásky. Zdroj: Capt. John Yossarian, z Wikimedia Commons
1,2 g horčíkovej pásky sa spálilo v uzavretej nádobe obsahujúcej 4 g kyslíka. Po reakcii zostalo 3,2 g nezreagovaného kyslíka. Koľko sa vytvoril oxid horečnatý?
Prvá vec, ktorú treba počítať, je množstvo kyslíka, ktoré reagovalo. Toto sa dá ľahko vypočítať pomocou odpočtu:
Hmotnosť O 2 , ktorý reaguje = počiatočná hmotnosť O 2 - konečné množstvo O 2
(4-3,2) g O 2
0,8 g O 2
Na základe zákona o zachovaní hmoty sa môže vypočítať hmotnosť vytvoreného MgO.
Hmotnosť MgO = hmotnosť Mg + hmotnosť O
1,2 g + 0,8 g
2,0 g MgO
Hydroxid vápenatý
Hmotnosť 14 g oxidu vápenatého (CaO), nechá reagovať s 3,6 g vody (H 2 O), ktorý bol úplne spotrebovaný pri reakcii za vzniku 14,8 g hydroxidu vápenatého, Ca (OH) 2 :
Koľko oxidu vápenatého reagovalo za vzniku hydroxidu vápenatého?
Koľko oxidu vápenatého zostalo?
Reakciu možno načrtnúť pomocou nasledujúcej rovnice:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
Rovnica je vyrovnaná. Preto je v súlade so zákonom o zachovaní hmotnosti.
Hmotnosť CaO zúčastňuje reakcie = hmotnosť Ca (OH) 2 - hmotnosť H 2 O
14,8 g - 3,6 g
11,2 g CaO
Preto sa CaO, ktorý nereagoval (ten, ktorý zostal), vypočíta odčítaním:
Prebytok CaO = hmotnosť prítomná v reakcii - hmotnosť, ktorá sa zúčastnila na reakcii.
14 g CaO - 11,2 g CaO
2,8 g CaO
Oxid medi
Koľko oxidu meďnatého (CuO) sa vytvorí, keď 11 g medi (Cu) úplne reaguje s kyslíkom (O 2 )? Koľko kyslíka je potrebné pri reakcii?
Prvým krokom je vyrovnanie rovnice. Vyvážená rovnica je nasledovná:
2Cu + O 2 => 2CuO
Rovnica je vyrovnaná, takže je v súlade so zákonom o zachovaní hmoty.
Atómová hmotnosť Cu je 63,5 g / mol a molekulová hmotnosť CuO je 79,5 g / mol.
Je potrebné určiť, koľko CuO sa tvorí z úplnej oxidácie 11 g Cu:
Hmotnosť CuO = (11 g Cu) ∙ (1 mol Cu / 63,5 g Cu) ∙ (2 mol CuO / 2 mol Cu) ∙ (79,5 g CuO / mol CuO)
Hmotnosť vytvoreného CuO = 13,77 g
Preto rozdiel v hmotnosti medzi CuO a Cu udáva množstvo kyslíka zúčastneného na reakcii:
Hmotnosť kyslíka = 13,77 g - 11 g
1,77 g O 2
Tvorba chloridu sodného
Hmotnosť chlóru (Cl 2 ), 2,47 g sa nechá reagovať s dostatočným množstvom sodíka (Na) a 3,82 g chloridu sodného (NaCl), boli vytvorené. Koľko Na reagoval?
Vyvážená rovnica:
2Na + Cl 2 => 2NaCl
Podľa zákona o zachovaní hmotnosti:
Hmotnosť Na = hmotnosť NaCl - hmota Cl 2
3,82 g - 2,47 g
1,35 g Na
Referencie
- Flores, J. Química (2002). Editorial Santillana.
- Wikipedia. (2018). Zákon o konzervovaní látok. Obnovené z: es.wikipedia.org
- Národný polytechnický inštitút. (SF). Zákon zachovania hmotnosti. CGFIE. Získané z: aev.cgfie.ipn.mx
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18. januára 2019). Zákon o zachovaní omše Zotavené z: thinkco.com
- Shrestha B. (18. november 2018). Zákon o ochrane hmoty. Chémia LibreTexts. Obnovené z: chem.libretexts.org