Định luật bảo toàn vật chất, ứng dụng, thí nghiệm và ví dụ

các định luật bảo toàn vật chất hay khối lượng là trong đó nói rằng trong bất kỳ phản ứng hóa học, vật chất không được tạo ra hoặc phá hủy. Định luật này dựa trên thực tế là các nguyên tử là các hạt không thể phân chia trong loại phản ứng này; trong khi trong các phản ứng hạt nhân, các nguyên tử bị phân mảnh, đó là lý do tại sao chúng không được coi là phản ứng hóa học. 

Nếu các nguyên tử không bị phá hủy, thì khi một nguyên tố hoặc hợp chất phản ứng, số lượng nguyên tử phải được giữ không đổi trước và sau phản ứng; trong đó chuyển thành một khối lượng không đổi giữa các thuốc thử và các sản phẩm liên quan.

Đây luôn là trường hợp nếu không có rò rỉ gây mất vật chất; nhưng nếu lò phản ứng được niêm phong kín, không có nguyên tử nào "biến mất", và do đó khối lượng tích điện phải bằng khối lượng sau phản ứng.

Nếu sản phẩm là chất rắn, mặt khác, khối lượng của nó sẽ bằng tổng số thuốc thử liên quan đến sự hình thành của nó. Theo cách tương tự, nó xảy ra với các sản phẩm lỏng hoặc khí, nhưng dễ mắc sai lầm hơn khi đo khối lượng kết quả của nó.

Định luật này được sinh ra từ các thí nghiệm của các thế kỷ trước, được củng cố bởi sự đóng góp của một số nhà hóa học nổi tiếng, như Antoine Lavoisier.

Xét phản ứng giữa A và B₂ tạo thành AB₂ (ảnh trên) Theo định luật bảo toàn vật chất, khối lượng của AB₂ phải bằng tổng khối lượng của A và B₂, tương ứng. Sau đó, nếu 37g A phản ứng với 13g B₂, sản phẩm AB₂ phải nặng 50g.

Do đó, trong một phương trình hóa học, khối lượng của các chất phản ứng (A và B₂) phải luôn bằng khối lượng của sản phẩm (AB₂).

Một ví dụ rất giống với ví dụ vừa mô tả là sự hình thành các oxit kim loại, như rỉ sét hoặc rỉ sét. Các vết gỉ nặng hơn sắt (mặc dù nó có thể trông không giống như vậy) vì kim loại đã phản ứng với một khối oxy để tạo ra oxit.

Chỉ số

• 1 Định luật bảo toàn vật chất hay khối lượng là gì?
  • 1.1 Đóng góp của Lavoisier
• 2 Luật này được áp dụng như thế nào trong phương trình hóa học?
  • 2.1 Nguyên tắc cơ bản
  • 2.2 Phương trình hóa học
• 3 thí nghiệm chứng minh luật
  • 3.1 Thiêu đốt kim loại
  • 3.2 Giải phóng oxy
• 4 ví dụ (bài tập thực hành)
  • 4.1 Phân hủy thủy ngân monoxide
  • 4.2 Đốt một dải băng magiê
  • 4.3 Canxi hydroxit
  • 4.4 Ôxít đồng
  • 4.5 Hình thành natri clorua
• 5 tài liệu tham khảo

Định luật bảo toàn vật chất hay khối lượng là gì?

Định luật này quy định rằng một phản ứng hóa học khối lượng của các chất phản ứng bằng với khối lượng của sản phẩm. Luật được thể hiện trong cụm từ "vật chất không được tạo ra cũng không bị phá hủy, mọi thứ đều được biến đổi", vì nó được Julius Von Mayer (1814-1878) đưa ra..

Luật được soạn thảo độc lập bởi Mikhail Lamanosov, vào năm 1745 và bởi Antoine Lavoisier vào năm 1785. Trong khi nghiên cứu của Lamanósov về Luật Bảo tồn Thánh lễ có trước Lavoisier, họ không được biết đến ở Châu Âu. vì được viết bằng tiếng Nga.

Các thí nghiệm được thực hiện vào năm 1676 bởi Robert Boyle đã khiến họ chỉ ra rằng khi một vật liệu được đốt trong một thùng chứa mở, vật liệu này đã tăng trọng lượng của nó; có lẽ do một sự biến đổi kinh nghiệm của chính vật liệu.

Các thí nghiệm của Lavoiser về việc đốt các vật liệu trong các thùng chứa với lượng không khí hạn chế cho thấy trọng lượng tăng lên. Kết quả này phù hợp với kết quả thu được của Boyle.

Đóng góp của Lavoisier

Tuy nhiên, kết luận của Lavoisier thì khác. Ông nghĩ rằng trong quá trình đốt, một khối lượng được chiết xuất từ ​​không khí, điều này sẽ giải thích sự gia tăng khối lượng được quan sát thấy trong các vật liệu chịu sự thiêu đốt.

Lavoiser nghĩ rằng khối lượng của các kim loại không đổi trong quá trình đốt, và việc giảm độ cháy trong các thùng kín không phải do sự sụt giảm của flojisto (khái niệm không sử dụng), một bản chất được cho là liên quan đến việc sản xuất nhiệt.

Lavoiser lưu ý rằng sự giảm quan sát được gây ra, thay vào đó, do sự giảm nồng độ khí trong các thùng chứa kín.

Luật này áp dụng như thế nào trong một phương trình hóa học?

Định luật bảo toàn khối lượng có tầm quan trọng siêu việt trong phép cân bằng hóa học, định nghĩa cái sau là tính toán các mối quan hệ định lượng giữa các chất phản ứng và các sản phẩm có trong phản ứng hóa học.

Các nguyên tắc của phép cân bằng hóa học đã được Jeremías Stewamín Richter (1762-1807) đưa ra vào năm 1792, người đã định nghĩa nó là khoa học đo lường tỷ lệ định lượng hoặc mối quan hệ khối lượng của các nguyên tố hóa học có liên quan đến phản ứng.

Trong một phản ứng hóa học có sự điều chỉnh các chất can thiệp vào nó. Nó được quan sát thấy rằng các chất phản ứng hoặc chất phản ứng được tiêu thụ để tạo ra các sản phẩm.

Trong phản ứng hóa học, có sự phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử, cũng như sự hình thành liên kết mới; nhưng số lượng nguyên tử tham gia phản ứng vẫn không thay đổi. Đây là những gì được gọi là định luật bảo toàn vật chất.

Nguyên tắc cơ bản

Luật này bao hàm hai nguyên tắc cơ bản:

-Tổng số nguyên tử của mỗi loại bằng nhau trong các chất phản ứng (trước phản ứng) và trong các sản phẩm (sau phản ứng).

-Tổng các điện tích trước và sau phản ứng không đổi.

Điều này là do số lượng các hạt hạ nguyên tử không đổi. Những hạt này là neutron không có điện tích, proton có điện tích dương (+) và electron có điện tích âm (-). Vì vậy, điện tích không thay đổi trong một phản ứng.

Phương trình hóa học

Như đã nói ở trên, khi biểu diễn một phản ứng hóa học bằng phương trình (giống như của hình ảnh chính), các nguyên tắc cơ bản phải được tôn trọng. Phương trình hóa học sử dụng các ký hiệu hoặc biểu diễn của các nguyên tố hoặc nguyên tử khác nhau và cách chúng được nhóm lại trong các phân tử trước hoặc sau phản ứng.

Phương trình sau đây sẽ được sử dụng lại làm ví dụ:

A + B₂    => AB₂

Chỉ số là một số được đặt ở phía bên phải của các phần tử (B₂ và AB₂) ở phần dưới của nó, cho biết số lượng nguyên tử của một nguyên tố có trong phân tử. Số này không thể thay đổi nếu không tạo ra một phân tử mới, khác với bản gốc.

Hệ số cân bằng hóa học (1, trong trường hợp A và phần còn lại của loài) là một số được đặt ở phần bên trái của các nguyên tử hoặc phân tử, cho biết số lượng chúng có liên quan đến phản ứng.

Trong một phương trình hóa học, nếu phản ứng là không thể đảo ngược, một mũi tên duy nhất được đặt, chỉ ra hướng của phản ứng. Nếu phản ứng thuận nghịch, có hai mũi tên ngược chiều. Bên trái mũi tên là thuốc thử hoặc chất phản ứng (A và B₂), trong khi bên phải là các sản phẩm (AB₂).

Xích đu

Cân bằng phương trình hóa học là một quy trình cho phép cân bằng số lượng nguyên tử của các nguyên tố hóa học có trong các chất phản ứng với các sản phẩm.

Nói cách khác, lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố phải bằng nhau ở phía bên của chất phản ứng (trước mũi tên) và ở phía sản phẩm của phản ứng (sau mũi tên).

Người ta nói rằng khi một phản ứng được cân bằng, Luật hành động đại chúng đang được tôn trọng.

Do đó, điều cần thiết là phải cân bằng số lượng nguyên tử và điện tích ở cả hai phía của mũi tên trong một phương trình hóa học. Ngoài ra, tổng khối lượng của chất phản ứng phải bằng tổng khối lượng của sản phẩm.

Đối với trường hợp phương trình được biểu diễn, nó đã được cân bằng (số A và B bằng nhau ở cả hai phía của mũi tên).

Thí nghiệm chứng minh luật

Thiêu đốt kim loại

Lavoiser, quan sát quá trình đốt các kim loại như chì và thiếc trong các thùng chứa kín với lượng khí nạp hạn chế, nhận thấy rằng các kim loại được phủ một lớp vôi hóa; và đồng thời, trọng lượng của kim loại tại một thời điểm cụ thể của lò sưởi bằng với ban đầu.

Khi tăng trọng lượng được quan sát thấy khi đốt một kim loại, Lavoiser nghĩ rằng trọng lượng vượt quá quan sát được có thể được giải thích bằng một khối lượng nhất định của một thứ gì đó được chiết xuất từ ​​không khí trong quá trình đốt. Vì lý do này, khối lượng không đổi.

Kết luận này, có thể được xem xét với một nền tảng khoa học yếu, không phải như vậy, đã cho kiến ​​thức của Lavoiser về sự tồn tại của oxy vào thời điểm ông đưa ra Luật của mình (1785).

Giải phóng oxy

Oxy được Carl Willmus Scheele phát hiện vào năm 1772. Sau đó, Joseph Priesley đã phát hiện ra nó một cách độc lập và công bố kết quả nghiên cứu của mình, ba năm trước khi Scheele công bố kết quả của mình về loại khí này..

Priesley làm nóng thủy ngân monoxide và thu được một loại khí tạo ra sự gia tăng độ rực rỡ của ngọn lửa. Hơn nữa, việc đưa chuột vào một thùng chứa khí đốt khiến chúng hoạt động mạnh hơn. Priesley gọi đây là khí khử khí.

Priesley đã truyền đạt những quan sát của mình cho Antoine Lavoiser (1775), người đã lặp lại thí nghiệm của mình cho thấy khí ở trong không khí và trong nước. Lavoiser nhận ra khí là một nguyên tố mới, đặt cho nó tên của oxy.

Khi Lavoisier sử dụng như một lý lẽ để đưa ra luật của mình, rằng khối lượng dư thừa quan sát được trong quá trình đốt kim loại là do thứ gì đó được chiết xuất từ ​​không khí, anh ta đã nghĩ đến oxy, một nguyên tố được kết hợp với kim loại trong quá trình đốt cháy.

Ví dụ (bài tập thực hành)

Phân hủy thủy ngân monoxide

Nếu 232,6 thủy ngân monoxide (HgO) được đun nóng, nó sẽ phân hủy thành thủy ngân (Hg) và oxy phân tử (O₂). Dựa trên định luật bảo toàn khối lượng và khối lượng nguyên tử: (Hg = 206,6 g / mol) và (O = 16 g / mol), chỉ ra khối lượng của Hg và O₂ nó được hình thành.

HgO => Hg + O₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Các tính toán rất trực tiếp, vì chính xác một mol HgO đang bị phân hủy.

Thiêu đốt một dải băng magiê

Một dải băng magiê 1,2 g đã được đốt trong một hộp kín chứa 4 g oxy. Sau phản ứng, vẫn còn 3,2 g oxy không phản ứng. Bao nhiêu oxit magiê đã được hình thành?

Điều đầu tiên để tính toán là khối lượng oxy đã phản ứng. Điều này có thể dễ dàng tính toán, sử dụng phép trừ:

Thánh lễ của O₂ mà đã phản ứng = khối lượng ban đầu của O₂ - khối lượng cuối cùng của O₂

(4 - 3.2) g O₂

0,8 g O₂

Dựa trên định luật bảo toàn khối lượng, có thể tính được khối lượng của MgO.

Khối lượng MgO = khối lượng Mg + khối lượng O

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Canxi hydroxit

Một khối lượng 14 g canxi oxit (CaO) đã phản ứng với 3,6 g nước (H₂O), được tiêu thụ hoàn toàn trong phản ứng tạo thành 14,8 g canxi hydroxit, Ca (OH)₂:

Bao nhiêu canxi oxit đã phản ứng để tạo thành canxi hydroxit?

Bao nhiêu canxi oxit còn lại?

Phản ứng có thể được mô phỏng theo phương trình sau:

CaO + H₂O => Ca (OH)₂

Phương trình được cân bằng. Do đó tuân thủ luật bảo tồn quần chúng.

Khối lượng CaO tham gia vào phản ứng = khối lượng Ca (OH)₂ - Khối lượng H₂Ôi

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Do đó, CaO không phản ứng (cái còn lại) được tính bằng cách trừ:

Khối lượng CaO còn lại = khối lượng có trong phản ứng - khối lượng can thiệp vào phản ứng.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Ôxít đồng

Bao nhiêu oxit đồng (CuO) sẽ được hình thành khi 11 g đồng (Cu) phản ứng hoàn toàn với oxy (O₂)? Cần bao nhiêu oxy trong phản ứng?

Bước đầu tiên là cân bằng phương trình. Phương trình cân bằng như sau:

2Cu + O₂ => 2Cu

Phương trình được cân bằng, vì vậy nó tuân thủ định luật bảo toàn khối lượng.

Trọng lượng nguyên tử của Cu là 63,5 g / mol và trọng lượng phân tử của CuO là 79,5 g / mol.

Cần xác định lượng CuO được tạo thành từ quá trình oxy hóa hoàn toàn 11 g Cu:

Khối lượng CuO = (11 g Cu) (1 mol Cu / 63,5 g Cu) (2 mol CuO / 2 mol Cu) (79,5 g CuO / mol CuO)

Khối lượng CuO định hình = 13,77 g

Do đó, sự khác biệt về khối lượng giữa CuO và Cu cho lượng oxy tham gia vào phản ứng:

Khối lượng oxy = 13,77 g - 11 g

1,77 g O₂

Hình thành natri clorua

Một khối lượng clo (Cl₂) 2,47 g đã được phản ứng với đủ natri (Na) và 3,82 g natri clorua (NaCl) được tạo thành. Bao nhiêu Na đã phản ứng?

Phương trình cân bằng:

2Na + Cl₂ => 2NaCl

Theo định luật bảo toàn quần chúng:

Khối lượng Na = khối lượng NaCl - khối lượng Cl₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

Tài liệu tham khảo

1. Flores, J. Química (2002). Biên tập Santillana.
2. Wikipedia. (2018). Định luật bảo toàn vật chất. Lấy từ: en.wikipedia.org
3. Học viện Bách khoa Quốc gia. (s.f.). Luật bảo tồn số đông. CGFIE. Lấy từ: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Tiến sĩ (Ngày 18 tháng 1 năm 2019). Luật bảo tồn khối lượng. Lấy từ: thinkco.com
5. Shrestha B. (ngày 18 tháng 11 năm 2018). Định luật bảo toàn vật chất. Hóa học LibreTexts. Lấy từ: chem.libretexts.org