Zákon zachování hmoty, aplikace, experimenty a příklady

zákon zachování hmoty nebo hmoty je to to, co říká, že v žádné chemické reakci není hmota vytvořena nebo zničena. Tento zákon je založen na skutečnosti, že atomy jsou v tomto typu reakcí nedělitelnými částicemi; zatímco v jaderných reakcích jsou atomy roztříštěné, proto nejsou považovány za chemické reakce. 

Jestliže atomy nejsou zničeny, pak když prvek nebo sloučenina reaguje, počet atomů musí být udržován konstantní před a po reakci; který se promítá do konstantního množství hmoty mezi příslušnými činidly a produkty.

To je vždy případ, kdy nedochází k úniku, který způsobuje ztrátu hmoty; ale jestliže reaktor je hermeticky uzavřený, žádný atom “zmizí”, a proto musí být nabitá hmota rovna hmotnosti po reakci..

Pokud je produkt pevný, na druhé straně bude jeho hmotnost rovna součtu činidel použitých pro jeho tvorbu. Stejným způsobem se to děje s kapalnými nebo plynnými produkty, ale je více náchylné k chybám při měření jejich výsledných hmot.

Tento zákon se zrodil z experimentů minulých století, posílených příspěvky několika slavných chemiků, jako je Antoine Lavoisier.

Zvažte reakci mezi A a B₂ vytvořit AB₂ (horní obrázek) Podle zákona zachování hmoty, hmotnost AB₂ musí být roven součtu hmotností A a B₂, resp. Pokud 37 g A reaguje s 13 g B₂, produkt AB₂ musí vážit 50g.

Proto v chemické rovnici hmotnost reaktantů (A a B)₂) musí vždy odpovídat hmotnosti výrobků (AB. \ t₂).

Příkladem velmi podobným tomu, který byl popsán, je tvorba oxidů kovů, jako je rez nebo rez. Rez je těžší než železo (i když ne dost), zatímco kov nechá reagovat s kyslíkem pro vytvoření oxidu hmotnostní.

Index

• 1 Co je zákon zachování hmoty nebo hmoty?
  • 1.1 Příspěvek společnosti Lavoisier
• 2 Jak je tento zákon aplikován v chemické rovnici?
  • 2.1 Základní principy
  • 2.2 Chemická rovnice
• 3 Experimenty, které ukazují zákon
  • 3.1 Spalování kovů
  • 3.2 Uvolňování kyslíku
• 4 Příklady (praktická cvičení)
  • 4.1 Rozklad oxidu dusnatého
  • 4.2 Spalování hořčíkové pásky
  • 4.3 Hydroxid vápenatý
  • 4.4 Oxid měďnatý
  • 4.5 Tvorba chloridu sodného
• 5 Odkazy

Co je zákon zachování hmoty nebo hmoty?

Tento zákon uvádí, že chemická reakce hmotnost reaktantů se rovná hmotnosti produktů. Zákon je vyjádřen ve slově "hmota není ani stvořena, ani zničena, všechno je transformováno", jak ji formuloval Julius Von Mayer (1814-1878).

Zákon byl vyvinut nezávisle Michail Lamanósov, v roce 1745, a Antoine Lavoisier v roce 1785. I když výzkumné práce Lamanósov o právu zachování Masse předcházejí těm Lavoisier, nebyla v Evropě známa pro psaní v ruštině.

Experimenty provedené v roce 1676 Robertem Boyleem je vedly k tomu, aby poukázali na to, že když byl materiál spálen v otevřené nádobě, materiál zvýšil jeho hmotnost; možná kvůli transformaci, kterou zažívá samotný materiál.

Lavoiserovy experimenty se spalováním materiálů v nádobách s omezeným přívodem vzduchu vykazovaly nárůst hmotnosti. Tento výsledek byl v souladu s výsledkem, který získal Boyle.

Příspěvek Lavoisiera

Lavoisierův závěr však byl jiný. Myslel si, že během spalování bylo ze vzduchu odebráno množství hmoty, což by vysvětlovalo zvýšení hmotnosti, které bylo pozorováno v materiálech podrobených spalování..

Lavoiser si myslel, že hmotnost kovů zůstala během spalování konstantní a že snížení spalování v uzavřených nádobách nebylo způsobeno poklesem flojisto (koncept v nečinnosti), předpokládané podstaty související s výrobou tepla.

Lavoiser poznamenal, že pozorovaný pokles byl způsoben spíše snížením koncentrace plynů v uzavřených nádobách.

Jak tento zákon platí v chemické rovnici?

Zákon zachování hmoty má v stechiometrii transcendentní význam, který definuje jako kvantitativní vztah mezi reaktanty a produkty přítomnými v chemické reakci..

Principy stechiometrie byly vyhlášeny v roce 1792 Jeremíasem Benjamínem Richterem (1762-1807), který ji definoval jako vědu, která měří kvantitativní proporce nebo hmotnostní vztahy chemických prvků, které jsou součástí reakce..

V chemické reakci dochází k modifikaci látek, které do ní zasahují. Bylo pozorováno, že reaktanty nebo reaktanty jsou spotřebovávány k vytvoření produktů.

Během chemické reakce dochází k roztržkám vazeb mezi atomy a také k tvorbě nových vazeb; ale počet atomů v reakci zůstává nezměněn. To je to, co je známo jako zákon zachování hmoty.

Základní principy

Tento zákon předpokládá dva základní principy:

-Celkový počet atomů každého typu je stejný v reaktantech (před reakcí) a v produktech (po reakci).

-Celkový součet elektrických nábojů před a po reakci zůstává konstantní.

Je to proto, že počet subatomárních částic zůstává konstantní. Tyto částice jsou neutrony bez elektrického náboje, protony s kladným nábojem (+) a elektrony se záporným nábojem (-). Takže elektrický náboj se během reakce nemění.

Chemická rovnice

Když jsme uvedli výše uvedené, když reprezentujeme chemickou reakci pomocí rovnice (podobně jako u hlavního obrazu), musí být respektovány základní principy. Chemická rovnice používá symboly nebo reprezentace různých elementů nebo atomů a jak oni jsou seskupeni v molekulách před nebo po reakci.

Jako příklad bude opět použita následující rovnice:

A + B₂    => AB₂

Index je číslo, které je umístěno na pravé straně prvků (B₂ a AB₂) v dolní části, označující počet atomů prvku přítomného v molekule. Toto číslo nemůže být změněno bez výroby nové molekuly odlišné od originálu.

Stechiometrický koeficient (1, v případě A a zbytek druhu) je číslo, které je umístěno v levé části atomů nebo molekul, což udává počet z nich, které se účastní reakce..

V chemické rovnici, pokud je reakce nevratná, je umístěna jedna šipka, která ukazuje směr reakce. Pokud je reakce reverzibilní, jsou v opačném směru dvě šipky. Na levé straně šipek jsou činidla nebo reaktanty (A a B)₂), zatímco vpravo jsou výrobky (AB₂).

Swing

Vyvažování chemické rovnice je postup, který umožňuje vyrovnat počet atomů chemických prvků přítomných v reaktantech s těmi z produktů..

Jinými slovy, množství atomů každého prvku musí být stejné na straně reaktantů (před šipkou) a na straně produktu reakce (po šipce).

Říká se, že když je reakce vyvážená, je respektován zákon hromadné akce.

Proto je nezbytné vyrovnat počet atomů a elektrických nábojů na obou stranách šipky v chemické rovnici. Součet hmotností reaktantů musí být roven součtu hmotností produktů.

Pro případ reprezentované rovnice je již vyrovnaný (stejný počet A a B na obou stranách šipky).

Experimenty, které ukazují zákon

Spalování kovů

Lavoiser, když pozoroval spalování kovů, jako je olovo a cín, v uzavřených nádobách s omezeným přívodem vzduchu, všiml si, že kovy jsou pokryty kalcinátem; a také, že hmotnost kovu v určitém čase ohřevu byla rovna počáteční.

Vzhledem k tomu, že při spalování kovu je pozorováno zvýšení hmotnosti, Lavoiser si myslel, že pozorovanou nadměrnou hmotnost lze vysvětlit určitou hmotností něčeho, co se během spalování extrahuje ze vzduchu. Z tohoto důvodu zůstala hmota konstantní.

Tento závěr, který mohl být považován za slabý vědecký základ, není takový, daný Lavoiser je znalost o existenci kyslíku v době on on formuloval jeho zákon (1785) \ t.

Uvolňování kyslíku

Kyslík byl objeven Carl Willhelm Scheele v 1772. Následně, Joseph Priesley objevil to nezávisle, a publikoval výsledky jeho výzkumu, tři roky předtím Scheele publikoval jeho výsledky o tomto stejném plynu..

Priesley zahříval oxid rtuťnatý a sbíral plyn, který způsobil zvýšení brilance plamene. Navíc zavedení myší do nádoby s plynem je učinilo aktivnějšími. Priesley nazval tento defogistizovaný plyn.

Priesley sdělil jeho pozorování Antoine Lavoiser (1775), kdo opakoval jeho experimenty ukazovat, že plyn byl ve vzduchu a ve vodě. Lavoiser rozpoznal plyn jako nový prvek, který mu dal název kyslíku.

Když Lavoisier použil jako argument k vyjádření svého zákona, že přebytečná hmota pozorovaná při spalování kovů byla způsobena něčím, co bylo extrahováno ze vzduchu, pomyslel si na kyslík, což je prvek, který je kombinován s kovy během spalování..

Příklady (praktická cvičení)

Rozklad oxidu rtuťnatého

Pokud se zahřívá 232,6 oxidu měďnatého (HgO), rozkládá se na rtuť (Hg) a molekulární kyslík (O₂). Na základě zákona zachování hmotnosti a atomových hmotností (Hg = 206,6 g / mol) a (O = 16 g / mol) uveďte hmotnost Hg a O₂ který je tvořen.

HgO => Hg + O₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Výpočty jsou velmi přímé, protože přesně jeden mol HgO je rozložen.

Spalování hořčíkové pásky

V uzavřené nádobě obsahující 4 g kyslíku se spálil hořčíkový pás o hmotnosti 1,2 g. Po reakci zůstalo 3,2 g nezreagovaného kyslíku. Kolik oxidu hořečnatého se tvoří?

První věc, kterou je třeba spočítat, je hmotnost kyslíku, který reagoval. To lze snadno vypočítat pomocí odčítání:

Hmotnost O₂ který reagoval = počáteční hmotnost O₂ - konečná hmotnost O₂

(4 - 3,2) g O₂

0,8 g O₂

Na základě zákona zachování hmoty lze vypočítat hmotnost vytvořeného MgO.

Hmotnost MgO = hmotnost Mg + hmotnost O

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Hydroxid vápenatý

Hmotnost 14 g oxidu vápenatého (CaO) reagovala s 3,6 g vody (H)₂O), který byl kompletně spotřebován při reakci za vzniku 14,8 g hydroxidu vápenatého, Ca (OH)₂:

Kolik oxidu vápenatého reaguje za vzniku hydroxidu vápenatého?

Kolik oxidu vápenatého bylo ponecháno?

Reakce může být schematizována následující rovnicí:

CaO + H₂O => Ca (OH)₂

Rovnice je vyvážená. Je tedy v souladu se zákonem zachování hmoty.

Hmotnost CaO v reakci = hmotnost Ca (OH)₂ - Hmotnost H₂O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Proto CaO, který nereagoval (ten, který je zbývající) se vypočítá odečtením:

Zbývající hmota CaO = hmotnost přítomná v reakční hmotě, která zasáhla do reakce.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Oxid měďnatý

Kolik oxidu měďnatého (CuO) se vytvoří, když 11 g mědi (Cu) zcela reaguje s kyslíkem (O₂)? Kolik kyslíku je zapotřebí v reakci?

Prvním krokem je vyvážení rovnice. Vyvážená rovnice je následující:

2Cu + O₂ => 2CuO

Rovnice je vyvážená, takže splňuje zákon zachování hmoty.

Atomová hmotnost Cu je 63,5 g / mol a molekulová hmotnost CuO je 79,5 g / mol.

Je nutné určit, kolik CuO vzniká z úplné oxidace 11 g Cu:

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

Tvarovaná hmotnost CuO = 13,77 g

Proto rozdíl hmotností mezi CuO a Cu udává množství kyslíku v reakci:

Hmotnost kyslíku = 13,77 g - 11 g

1,77 g O₂

Tvorba chloridu sodného

Hmotnost chloru (Cl₂) 2,47 g se nechá reagovat s dostatečným množstvím sodíku (Na) a 3,82 g chloridu sodného (NaCl). Kolik Na reagovalo?

Vyvážená rovnice:

2Na + Cl₂ => 2NaCl

Podle zákona zachování hmoty:

Hmotnost Na = hmotnost NaCl - hmotnost Cl₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

Odkazy

1. Flores, J. Química (2002). Redakční Santillana.
2. Wikipedia. (2018). Zákon zachování hmoty. Zdroj: en.wikipedia.org
3. Národní polytechnický institut. (s.f.). Zákon zachování hmoty. CGFIE. Zdroj: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18. ledna 2019). Zákon zachování masy Citováno z: thoughtco.com
5. Shrestha B. (18. listopadu 2018). Zákon zachování hmoty. Chemie LibreTexts. Zdroj: chem.libretexts.org