ZÁKON ZACHOVÁNÍ ZÁLEŽITOSTÍ: EXPERIMENTY A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Zákon zachování hmoty nebo hmoty, je ten, který stanoví, že při chemické reakci, hmota ani vytvořena, ani zničena. Tento zákon je založen na skutečnosti, že atomy jsou při tomto typu reakce nedělitelné částice; zatímco v jaderných reakcích jsou atomy fragmentovány, proto se nepovažují za chemické reakce.

Pokud atomy nejsou zničeny, pak když prvek nebo sloučenina reaguje, musí být počet atomů před a po reakci udržován konstantní; což se promítá do konstantního množství hmoty mezi zúčastněnými reaktanty a produkty.

Chemická reakce mezi A a B2. Zdroj: Gabriel Bolívar

To je vždy případ, pokud nedochází k úniku, který by způsoboval materiální ztráty; ale pokud je reaktor hermeticky uzavřen, žádný atom „nezmizí“, a proto musí být nabitá hmota po reakci rovna hmotnosti.

Pokud je produkt pevný, na druhé straně se jeho hmotnost rovná součtu reakčních složek zapojených do jeho tvorby. Totéž se děje s kapalnými nebo plynnými produkty, ale při měření jejich výsledných hmot je náchylnější k chybám.

Tento zákon se zrodil z experimentů v minulých stoletích, posílenými příspěvky různých slavných chemiků, jako je Antoine Lavoisier.

Předpokládejme reakce mezi A a B ₂ tvoří AB ₂ (horní obrázek). Podle zákona o zachování hmoty se musí hmotnost AB ₂ rovnat součtu hmot A a B ₂. Pokud tedy 37 g A reaguje s 13 g B ₂, musí produkt AB ₂ vážit 50 g.

Proto se v chemické rovnici musí hmotnost reakčních složek (A a B ₂) vždy rovnat hmotnosti produktů (AB ₂).

Příklad velmi podobný tomu, který byl právě popsán, je příklad tvorby oxidů kovů, jako je rez nebo rez. Rez je těžší než železo (i když to nemusí vypadat), protože kov reagoval s hmotou kyslíku za vzniku oxidu.

Jaký je zákon zachování hmoty nebo hmoty?

Tento zákon uvádí, že při chemické reakci je hmotnost reakčních složek rovna hmotnosti produktů. Zákon je vyjádřen ve větě „hmota není ani stvořena ani zničena, vše je transformováno“, jak to vypověděl Julius Von Mayer (1814-1878).

Zákon vyvinul nezávisle Michail Lamanosov v roce 1745 a Antoine Lavoisier v roce 1785. Ačkoli Lamanosovův výzkum zákona o ochraně mše předcházel Lavoisierovi, v Evropě nebyly známy. za to, že byly napsány v ruštině.

Experimenty, které v roce 1676 provedl Robert Boyle, je vedly k poukazu na to, že když byl materiál spálen v otevřené nádobě, zvýšil se jeho hmotnost; snad kvůli transformaci, kterou zažil samotný materiál.

Experimenty Lavoisera na spalovacích materiálech v nádobách s omezeným přívodem vzduchu ukázaly nárůst hmotnosti. Tento výsledek byl v souladu s výsledkem získaným Boyleem.

Příspěvek Lavoisiera

Lavoisierův závěr však byl jiný. Myslel si, že během spalování bylo ze vzduchu extrahováno množství hmoty, což vysvětluje nárůst hmotnosti, který byl pozorován u materiálů podrobených spalování.

Lavoiser věřil, že hmotnost kovů zůstala během spalování konstantní a že pokles spalování v uzavřených nádobách nebyl způsoben poklesem volné (nepoužívané koncepce), předpokládané podstaty související s výrobou tepla.

Lavoiser poukázal na to, že pozorovaný pokles byl způsoben spíše snížením koncentrace plynů v uzavřených nádobách.

Jak je tento zákon aplikován v chemické rovnici?

Zákon zachování hmoty má ve stechiometrii transcendentální význam, který je definován jako výpočet kvantitativních vztahů mezi reaktanty a produkty přítomnými v chemické reakci.

Principy stechiometrie vylíčil v roce 1792 Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), který jej definoval jako vědu, která měří kvantitativní proporce nebo hmotnostní vztahy chemických prvků, které se účastní reakce.

Při chemické reakci dochází k úpravě látek, které se jí účastní. Je pozorováno, že reaktanty nebo reaktanty jsou spotřebovávány k výrobě produktů.

Během chemické reakce dochází k přerušení vazeb mezi atomy a také k tvorbě nových vazeb; ale počet atomů zapojených do reakce zůstává nezměněn. Toto je známé jako zákon zachování hmoty.

Základní principy

Tento zákon předpokládá dva základní principy:

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

- Součet elektrických nábojů před a po reakci zůstává konstantní.

Je to proto, že počet subatomických částic zůstává konstantní. Tyto částice jsou neutrony bez elektrického náboje, kladně nabité protony (+) a záporně nabité elektrony (-). Takže elektrický náboj se během reakce nemění.

Chemická rovnice

Jak bylo uvedeno výše, při reprezentování chemické reakce pomocí rovnice (jako je ta na hlavním obrázku) musí být dodrženy základní principy. Chemická rovnice používá symboly nebo reprezentace různých prvků nebo atomů a jak jsou seskupeny do molekul před nebo po reakci.

Následující příklad bude znovu použit jako příklad:

A + B ₂ => AB ₂

Dolní index je číslo, které je umístěno na pravé straně prvků (B ₂ a AB ₂) na spodní straně, označující počet atomů prvku přítomného v molekule. Toto číslo nelze změnit bez produkce nové molekuly, odlišné od původní.

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

V chemické rovnici, pokud je reakce nevratná, je umístěna jediná šipka, která označuje směr reakce. Pokud je reakce reverzibilní, existují dvě šipky v opačném směru. Na levé straně šipek jsou reakční složky nebo reakční složky (A a B ₂), zatímco na pravé straně jsou výrobky (AB ₂).

Houpání

Vyvažování chemické rovnice je postup, který umožňuje vyrovnat počet atomů chemických prvků přítomných v reakčních složkách s atomy produktů.

Jinými slovy, počet atomů každého prvku musí být stejný na straně reakčních složek (před šipkou) a na straně reakčních produktů (za šipkou).

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

Proto je nezbytné v chemické rovnici vyrovnat počet atomů a elektrické náboje na obou stranách šipky. Stejně tak se součet hmotností reakčních složek musí rovnat součtu hmotností produktů.

Pro reprezentovanou rovnici je již vyrovnaná (stejný počet A a B na obou stranách šipky).

Experimenty prokazující zákon

Spalování kovů

Lavoiser, pozorující spalování kovů, jako je olovo a cín v uzavřených nádobách s omezeným přívodem vzduchu, si všiml, že kovy byly pokryty kalcinací; a dále, že hmotnost kovu v daném okamžiku zahřívání byla stejná jako původní.

Protože při spalování kovu je pozorován přírůstek hmotnosti, Lavoiser si myslel, že pozorovanou nadměrnou hmotnost lze vysvětlit určitou hmotou něčeho, co se během spalování odstraní ze vzduchu. Z tohoto důvodu zůstala hmota konstantní.

Tento závěr, který lze považovat za neopodstatněný vědecký základ, není takový, berouc v úvahu poznatky, které měl Lavoiser o existenci kyslíku v době, kdy vydal svůj zákon (1785).

Uvolňování kyslíku

Kyslík objevil Carl Willhelm Scheele v roce 1772. Později jej Joseph Priesley objevil nezávisle a zveřejnil výsledky svého výzkumu tři roky předtím, než Scheele zveřejnil své výsledky na stejném plynu.

Priesley zahříval oxid rtuti a shromažďoval plyn, který způsoboval zvýšení jasu plamene. Navíc, když byly myši umístěny do nádoby s plynem, staly se aktivnějšími. Priesley nazval tento plyn dephlogistizovaným.

Priesley ohlásil svá pozorování Antoine Lavoiserovi (1775), který opakoval své experimenty a ukázal, že se ve vzduchu a ve vodě nachází plyn. Lavoiser poznal plyn jako nový prvek a pojmenoval ho kyslík.

Když Lavoisier použil jako argument k vyjádření svého zákona, že nadměrná hmotnost pozorovaná při spalování kovů byla způsobena něčím, co bylo extrahováno ze vzduchu, myslel na kyslík, prvek, který se při spalování kombinuje s kovy.

Příklady (praktická cvičení)

Rozklad oxidu rtuti

Pokud se zahřeje 232,6 oxidu rtuti (HgO), rozloží se na rtuť (Hg) a molekulární kyslík (O ₂). Na zákona o zachování hmoty a atomových hmotností základě: (Hg = 206,6 g / mol) a (O = 16 g / mol), stav hmotnost Hg a O ₂, který je vytvořen.

HgO => Hg + O ₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Výpočty jsou velmi jednoduché, protože se právě rozkládá přesně jeden mol HgO.

Spalování hořčíkového pásu

Hořící hořčíková stuha. Zdroj: Capt. John Yossarian, z Wikimedia Commons

1,2 g hořčíkový pás byl spálen v uzavřené nádobě obsahující 4 g kyslíku. Po reakci zůstalo 3,2 g nezreagovaného kyslíku. Kolik oxidu hořečnatého bylo vytvořeno?

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

Hmotnost O _2, která reagovala = počáteční hmotnost O ₂ - konečná hmotnost O ₂

(4-3,2) g O ₂

0,8 g O ₂

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), nechá reagovat s 3,6 g vody (H ₂ O), který byl zcela spotřebován při reakci za vzniku 14,8 g hydroxidu vápenatého, Ca (OH) ₂:

Kolik oxidu vápenatého reagovalo na hydroxid vápenatý?

Kolik oxidu vápenatého zbylo?

Reakci lze nastínit pomocí následující rovnice:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Rovnice je vyrovnaná. Proto je v souladu se zákonem o zachování hmoty.

Hmotnost CaO účastní reakce = hmotnost Ca (OH) ₂ - hmotnost H ₂ O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

CaO, který nereagoval (přebytek), se proto počítá odečtením:

Hmotnost nadbytku CaO = hmotnost přítomná v reakci - hmota, která se účastnila reakce.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Oxid mědi

Kolik oxidu mědi (CuO) se vytvoří, když 11 g mědi (Cu) zcela reaguje s kyslíkem (O ₂)? Kolik kyslíku je zapotřebí při reakci?

Prvním krokem je vyrovnání rovnice. Vyvážená rovnice je následující:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Rovnice je vyrovnaná, takže je v souladu se zákonem zachování hmoty.

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

Je nutné stanovit, kolik CuO se tvoří z úplné oxidace 11 g Cu:

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

Hmotnost vytvořeného CuO = 13,77 g

Proto rozdíl hmotností mezi CuO a Cu udává množství kyslíku zapojeného do reakce:

Hmotnost kyslíku = 13,77 g - 11 g

1,77 g O ₂

Tvorba chloridu sodného

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

Vyvážená rovnice:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

Podle zákona o zachování hmoty:

Hmotnost Na = hmotnost NaCl - hmota Cl ₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

Reference

1. Flores, J. Química (2002). Redakční Santillana.
2. Wikipedia. (2018). Zákon zachování látek. Obnoveno z: es.wikipedia.org
3. Národní polytechnický institut. (sf). Zákon zachování hmoty. CGFIE. Obnoveno z: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18. ledna 2019). Zákon zachování mše Obnovené z: thinkco.com
5. Shrestha B. (18. listopadu 2018). Zákon zachování hmoty. Chemistry LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org