AINEEN SÄILYTTÄMISLAKI: KOKEET JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Säilymislaki aineen tai massan on yksi, joka osoittaa, että missä tahansa kemiallinen reaktio, asia ei synny eikä häviä. Tämä laki perustuu tosiasiaan, että atomit ovat jakamattomia hiukkasia tämän tyyppisissä reaktioissa; ydinreaktioissa atomit ovat pirstoutuneita, minkä vuoksi niitä ei pidetä kemiallisina reaktioina.

Jos atomeja ei tuhoa, silloin kun elementti tai yhdiste reagoi, atomien lukumäärän on oltava vakiona ennen ja jälkeen reaktion; joka muuttuu vakiona massamääräksi mukana olevien reagenssien ja tuotteiden välillä.

Kemiallinen reaktio A: n ja B2: n välillä. Lähde: Gabriel Bolívar

Näin on aina, jos ei ole vuotoa, joka aiheuttaisi olennaisia ​​menetyksiä; mutta jos reaktori on suljettu ilmatiiviisti, mikään atomi "ei katoa", ja siksi varautuneen massan on oltava yhtä suuri kuin reaktion jälkeinen massa.

Toisaalta, jos tuote on kiinteää, sen massa on yhtä suuri kuin sen muodostamiseen osallistuvien reagenssien summa. Sama tapahtuu nestemäisillä tai kaasumaisilla tuotteilla, mutta se on alttiimpi virheille mitattaessa niiden tuloksena olevia massoja.

Tämä laki syntyi viime vuosisatojen kokeiluista, joita vahvistivat useiden kuuluisten kemistien, kuten Antoine Lavoisierin, panokset.

Tarkastellaan reaktio A: n ja B: ₂ muodostamiseksi AB ₂ (ylin kuva). Aineen säilyvyyslain mukaan AB _2: n massan on oltava yhtä suuri kuin vastaavasti A: n ja B _2: n massojen summa. Joten jos 37 g A reagoi 13 g B _{2: n kanssa}, tuotteen AB ₂ on oltava paino 50 g.

Siksi kemiallisessa yhtälössä reagenssien (A ja B ₂) massan on aina oltava yhtä suuri kuin tuotteiden massa (AB ₂).

Äskettäin kuvatun kaltainen esimerkki on metallioksidien, kuten ruosteen tai ruosteen, muodostuminen. Ruoste on rautaa raskaampaa (vaikka se ei välttämättä näytä siltä), koska metalli reagoi hapen massan kanssa oksidin muodostamiseksi.

Mikä on aineen tai massan säilyttämislaki?

Tämän lain mukaan kemiallisessa reaktiossa reagenssien massa on yhtä suuri kuin tuotteiden massa. Laki ilmaistaan ​​lauseessa "ainetta ei luoda eikä tuhota, kaikki muuttuu", kuten julisti Julius Von Mayer (1814-1878).

Lain kehittivät itsenäisesti Mihhail Lamanosov, vuonna 1745, ja Antoine Lavoisier, vuonna 1785. Vaikka Lamanosovin massaturvalakia koskevat tutkimustyöt edeltivät Lavoisieria, niitä ei tunnetu Euroopassa. koska hän on kirjoitettu venäjäksi.

Robert Boylen vuonna 1676 suorittamat kokeet saivat heidät huomaamaan, että kun materiaalia poltettiin avoimessa astiassa, materiaalin paino kasvoi; ehkä johtuen muutoksesta, jonka itse materiaali on kokenut.

Lavoiserin kokeet materiaalien polttamisesta säiliöissä, joiden ilmanotto on rajoitettu, osoittivat painonnousua. Tämä tulos oli sopusoinnussa Boylen saaman tuloksen kanssa.

Lavoisierin panos

Lavoisierin päätelmä oli kuitenkin erilainen. Hän ajatteli, että polttamisen aikana ilmasta erotettiin tietty määrä massaa, mikä selittää massan lisääntymisen, joka havaittiin poltettavissa materiaaleissa.

Lavoiser uskoi, että metallien massa pysyi vakiona polttamisen aikana ja että suljetuissa astioissa tapahtuvan polttamisen väheneminen ei johdu irtonaisen (käytöstä poistetun käsitteen) vähentymisestä, oletetusta olemuksesta, joka liittyi lämmöntuotantoon.

Lavoiser huomautti, että havaittu lasku johtui pikemminkin kaasujen pitoisuuden laskusta suljetuissa astioissa.

Kuinka tätä lakia sovelletaan kemiallisessa yhtälössä?

Massan säilyvyyslailla on transtsendentaalinen merkitys stoikiometriassa, viimeksi mainitun määritteleessä laskemaan kemiallisessa reaktiossa olevien reagenssien ja tuotteiden väliset kvantitatiiviset suhteet.

Stökiometrian periaatteita ilmoitti vuonna 1792 Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), joka määritteli sen tieteenä, joka mittaa reaktioon osallistuvien kemiallisten elementtien kvantitatiivisia osuuksia tai massasuhteita.

Kemiallisessa reaktiossa tapahtuu muutoksia siihen osallistuviin aineisiin. On havaittu, että reagenssit tai reagenssit kulutetaan tuotteiden tuottamiseksi.

Kemiallisen reaktion aikana atomien välillä on sidosten katkeamista, samoin kuin uusien sidosten muodostumista; mutta reaktioon osallistuvien atomien lukumäärä pysyy muuttumattomana. Tätä kutsutaan aineen säilyttämislakiksi.

Perusperiaatteet

Tämä laki edellyttää kahta perusperiaatetta:

-Kummankin tyypin atomien kokonaismäärä on sama reagensseissa (ennen reaktiota) ja tuotteissa (reaktion jälkeen).

-Yleisten sähkövarausten summa ennen ja jälkeen reaktion pysyy vakiona.

Tämä johtuu siitä, että alaatomisten hiukkasten lukumäärä pysyy vakiona. Nämä hiukkaset ovat neutroneja, joissa ei ole sähkövarausta, positiivisesti varautuneita protoneja (+) ja negatiivisesti varautuneita elektroneja (-). Joten sähkövaraus ei muutu reaktion aikana.

Kemiallinen yhtälö

Edellä mainitun perusteella esittäessä kemiallista reaktiota yhtälöä käyttämällä (kuten pääkuvassa) on noudatettava perusperiaatteita. Kemiallisessa yhtälössä käytetään eri elementtien tai atomien symboleja tai esityksiä ja miten ne ryhmitellään molekyyleiksi ennen reaktiota tai sen jälkeen.

Seuraavaa yhtälöä käytetään jälleen esimerkkinä:

A + B ₂ => AB ₂

Alaindeksi on numero, joka on sijoitettu elementtien (B ₂ ja AB ₂) oikealle puolelle, osoittaen molekyylissä olevan elementin atomien lukumäärän. Tätä lukua ei voida muuttaa ilman uuden molekyylin tuotantoa, joka eroaa alkuperäisestä.

Stökiometrinen kerroin (1, A: n ja muiden lajien tapauksessa) on luku, joka on sijoitettu atomien tai molekyylien vasemmalle puolelle osoittaen niiden reaktiossa mukana olevien lukumäärän.

Kemiallisessa yhtälössä, jos reaktio on peruuttamaton, asetetaan yksi nuoli, joka osoittaa reaktion suunnan. Jos reaktio on palautuva, on kaksi nuolet vastakkaiseen suuntaan. Nuolien vasemmalla puolella ovat reagenssit tai reagenssit (A ja B ₂), kun taas oikealla ovat tuotteet (AB ₂).

svengaava

Kemiallisen yhtälön tasapainotus on menetelmä, joka mahdollistaa reagoivissa aineissa olevien kemiallisten alkuaineiden atomien lukumäärän tasaamisen tuotteiden atomien lukumäärän kanssa.

Toisin sanoen, kunkin elementin atomien lukumäärän on oltava yhtä suuri reagenssien puolella (ennen nuolet) ja reaktiotuotteiden puolella (nuolen jälkeen).

Sanotaan, että kun reaktio on tasapainoinen, joukkotoimintaa koskevaa lakia noudatetaan.

Siksi on välttämätöntä tasapainottaa atomien lukumäärä ja sähkövaraukset nuolen molemmilla puolilla kemiallisessa yhtälössä. Samoin reagenssien massajen summan on oltava yhtä suuri kuin tuotteiden massojen summa.

Esitetyn yhtälön tapauksessa se on jo tasapainotettu (sama määrä A: ta ja B: tä nuolen molemmilla puolilla).

Kokeet, jotka todistavat lain

Metallin polttaminen

Lavoiser havaitsi metallien, kuten lyijyn ja tinan polttamisen suljetuissa astioissa, joissa ilmanvaihto oli rajoitettua, ja huomasi, että metallit peitettiin kalsinoinnilla; ja lisäksi, että metallin paino tietyllä kuumennushetkellä oli yhtä suuri kuin alkuperäinen.

Koska metallin polttamisessa havaitaan painonnousua, Lavoiser ajatteli, että havaittu ylipaino voitaisiin selittää tietyllä massalla jotain, joka poistuu ilmasta polttamisen aikana. Tästä syystä massa pysyi vakiona.

Tämä johtopäätös, jota voidaan pitää perusteettoman tieteellisen perustan perusteella, ei ole sellainen, kun otetaan huomioon tieto, joka Lavoiserilla oli hapen olemassaolosta hänen lainsa julistamishetkellä (1785).

Hapen vapautuminen

Carl Willhelm Scheele löysi hapen vuonna 1772. Myöhemmin Joseph Priesley löysi sen itsenäisesti ja julkaisi tutkimuksensa tulokset kolme vuotta ennen kuin Scheele julkaisi tuloksensa samasta kaasusta.

Priesley lämmitti elohopeamonoksidia ja keräsi kaasun, joka lisäsi liekin kirkkautta. Lisäksi, kun hiiret laitettiin säiliöön kaasun kanssa, ne aktivoituivat. Priesley kutsui tätä kaasua deflogisoiduksi.

Priesley kertoi havainnoistaan ​​Antoine Lavoiserille (1775), joka toisti kokeilunsa osoittaen, että kaasua löytyi ilmasta ja vedestä. Lavoiser tunnisti kaasun uutena elementtinä ja antoi sille happea.

Kun Lavoisier käytti perusteena lainsa ilmoittamista, jonka mukaan metallien polttamisessa havaittu ylimääräinen massa johtui jostakin, joka oli uutettu ilmasta, hän ajatteli happea, alkuainetta, joka yhdistyy metalleihin polttamisen aikana.

Esimerkkejä (käytännön harjoitukset)

Elohopeamonoksidin hajoaminen

Jos 232,6 elohopeamonoksidia (HgO) lämmitetään, se hajoaa elohopeaksi (Hg) ja molekyylin happeksi (O ₂). Massojen ja atomipainojen säilyvyyslain perusteella: (Hg = 206,6 g / mol) ja (O = 16 g / mol) ilmoitetaan muodostuneen Hg: n ja O _2: n massa.

HgO => Hg + O ₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Laskelmat ovat erittäin yksinkertaisia, koska tarkalleen yksi mooli HgO: ta hajoaa.

Magneettihihnan polttaminen

Magnesiumnauhan polttaminen. Lähde: Capt. John Yossarian, Wikimedia Commonsista

1,2 g magnesiumnauhaa poltettiin suljetussa astiassa, joka sisälsi 4 g happea. Reaktion jälkeen jäljellä oli 3,2 g reagoimatonta happea. Kuinka paljon magnesiumoksidia muodostui?

Ensimmäinen asia laskettaessa on reagoineen hapen massa. Tämä voidaan helposti laskea vähentämällä:

Massa O ₂, joka saatetaan reagoimaan = alkuperäinen massa O ₂ - lopullinen massa O ₂

(4-3,2) g O ₂

0,8 g O ₂

Massan säilyvyyslain perusteella muodostuneen MgO: n massa voidaan laskea.

MgO massa = Mg massa + O massa

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Kalsiumhydroksidi

Massa 14 g kalsiumoksidia (CaO) saatetaan reagoimaan 3,6 g: lla vettä (H ₂ O), joka oli täysin kulutettu, jolloin muodostuu 14,8 g kalsiumhydroksidia, Ca (OH) ₂:

Kuinka paljon kalsiumoksidia reagoi muodostaen kalsiumhydroksidia?

Kuinka paljon kalsiumoksidia oli jäljellä?

Reaktio voidaan hahmotella seuraavalla yhtälöllä:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Yhtälö on tasapainossa. Siksi se noudattaa massan säilyttämistä koskevaa lakia.

Massa CaO osallistuu reaktioon = massa Ca (OH) ₂ - massa H ₂ O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Siksi CaO, joka ei reagoinut (jäljellä oleva), lasketaan tekemällä vähennys:

Yli CaO: n massa = reaktiossa läsnä oleva massa - reaktioon osallistunut massa.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Kuparioksidi

Kuinka paljon kuparioksidia (CuO) muodostuu, kun 11 g kuparia (Cu) reagoi täysin hapen (O ₂) kanssa? Kuinka paljon happea tarvitaan reaktiossa?

Ensimmäinen askel on tasapainottaa yhtälö. Tasapainotettu yhtälö on seuraava:

2 Cu + O ₂ => 2CuO

Yhtälö on tasapainossa, joten se noudattaa massan säilyttämistä koskevaa lakia.

Cu: n atomipaino on 63,5 g / mol ja CuO: n molekyylipaino on 79,5 g / mol.

On tarpeen määrittää, kuinka paljon CuO: ta muodostuu 11 g: n Cu: n täydellisestä hapetuksesta:

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

Muodostuneen CuO: n massa = 13,77 g

Siksi CuO: n ja Cu: n välinen massaero antaa reaktiossa mukana olevan määrän happea:

Hapen massa = 13,77 g - 11 g

1,77 g O ₂

Natriumkloridin muodostuminen

Massa klooria (Cl ₂) ja 2,47 g saatettiin reagoimaan riittävän natrium (Na) ja 3,82 g natriumkloridia (NaCl) muodostettiin. Kuinka paljon Na reagoi?

Tasapainotettu yhtälö:

2Na + CI ₂ => 2NaCl

Massan säilyttämistä koskevan lain mukaan:

Massa Na = massa NaCI - massa Cl ₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

Viitteet

1. Flores, J. Química (2002). Toimituksellinen Santillana.
2. Wikipedia. (2018). Aineen säilyttämislaki. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org
3. Kansallinen ammattikorkeakoulu. (SF). Massan säilyttämistä koskeva laki. CGFIE. Palautettu: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, tohtori Anne Marie (18. tammikuuta 2019). Massan suojelulaki. Palautettu osoitteesta: thinkco.com
5. Shrestha B. (18. marraskuuta 2018). Aineen säilyttämislaki. Kemia LibreTexts. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org