กฎการอนุรักษ์สสารการใช้งานการทดลองและตัวอย่าง

กฎแห่งการอนุรักษ์สสารหรือมวล เป็นสิ่งที่ระบุว่าในปฏิกิริยาทางเคมีใด ๆ สสารไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลาย กฎหมายนี้มีพื้นฐานอยู่บนความจริงที่ว่าอะตอมเป็นอนุภาคที่มองไม่เห็นในปฏิกิริยาประเภทนี้ ในขณะที่อะตอมของปฏิกิริยานิวเคลียร์กระจัดกระจายซึ่งเป็นสาเหตุที่พวกเขาไม่ถือว่าปฏิกิริยาทางเคมี. 

ถ้าอะตอมไม่ถูกทำลายดังนั้นเมื่อองค์ประกอบหรือสารประกอบตอบสนองจำนวนของอะตอมจะต้องคงที่ก่อนและหลังปฏิกิริยา ซึ่งแปลเป็นปริมาณคงที่ระหว่างรีเอเจนต์และผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง.

เป็นกรณีนี้เสมอหากไม่มีการรั่วไหลที่ทำให้เกิดการสูญเสียของสสาร แต่ถ้าเครื่องปฏิกรณ์ถูกผนึกอย่างผนึกแน่นไม่มีอะตอม "หายไป" ดังนั้นมวลที่ถูกประจุจะต้องเท่ากับมวลหลังจากปฏิกิริยา.

หากผลิตภัณฑ์นั้นมีความมั่นคงในทางกลับกันมวลของมันจะเท่ากับผลรวมของรีเอเจนต์ที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัว ในทำนองเดียวกันมันเกิดขึ้นกับผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวหรือก๊าซ แต่มีแนวโน้มที่จะทำผิดพลาดเมื่อทำการวัดมวลที่เกิดขึ้น.

กฎหมายนี้เกิดจากการทดลองในช่วงหลายศตวรรษที่ผ่านมาซึ่งได้รับความเข้มแข็งจากผลงานของนักเคมีชื่อดังหลายคนเช่น Antoine Lavoisier.

พิจารณาปฏิกิริยาระหว่าง A และ B₂ แบบฟอร์ม AB₂ (ภาพบนสุด) ตามกฎการอนุรักษ์สสารมวลชนของ AB₂ จะต้องเท่ากับผลรวมของมวลของ A และ B₂, ตามลำดับ จากนั้นถ้า 37 กรัมของ A ทำปฏิกิริยากับ 13g ของ B₂, ผลิตภัณฑ์ AB₂ ต้องมีน้ำหนัก 50 กรัม.

ดังนั้นในสมการทางเคมีมวลของสารตั้งต้น (A และ B₂) ต้องเท่ากับมวลของผลิตภัณฑ์เสมอ (AB₂).

ตัวอย่างที่คล้ายกันมากกับที่เพิ่งอธิบายคือการก่อตัวของออกไซด์โลหะเช่นสนิมหรือสนิม สนิมนั้นหนักกว่าเหล็ก (แม้ว่ามันอาจจะดูไม่เหมือน) เพราะโลหะทำปฏิกิริยากับมวลของออกซิเจนเพื่อสร้างออกไซด์.

ดัชนี

• 1 กฎการอนุรักษ์สสารหรือมวลคืออะไร?
  • 1.1 ผลงานของ Lavoisier
• 2 วิธีใช้กฎหมายนี้ในสมการทางเคมี?
  • 2.1 หลักการพื้นฐาน
  • 2.2 สมการทางเคมี
• 3 การทดลองที่แสดงให้เห็นถึงกฎหมาย
  • 3.1 การเผาโลหะ
  • 3.2 การปล่อยออกซิเจน
• 4 ตัวอย่าง (แบบฝึกหัดภาคปฏิบัติ)
  • 4.1 การสลายตัวของปรอทมอนอกไซด์
  • 4.2 การเผาของริบบิ้นแมกนีเซียม
  • 4.3 แคลเซียมไฮดรอกไซด์
  • 4.4 คอปเปอร์ออกไซด์
  • 4.5 การก่อตัวของโซเดียมคลอไรด์
• 5 อ้างอิง

กฎการอนุรักษ์สสารหรือมวลคืออะไร?

กฎหมายฉบับนี้ระบุว่าปฏิกิริยาทางเคมีที่มวลของสารตั้งต้นมีค่าเท่ากับมวลของผลิตภัณฑ์ กฎหมายแสดงออกมาในวลี "สสารไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลายทุกอย่างเปลี่ยนไป" ตามที่จูเลียสฟอนเมเยอร์ประกาศใช้ (1814-1878).

กฎหมายถูกร่างโดย Mikhail Lamanosov ในปี 1745 และโดย Antoine Lavoisier ในปี 1785 ในขณะที่การวิจัยของLamanósovเกี่ยวกับกฎของการอนุรักษ์มวลชนถือกำเนิดขึ้นจาก Lavoisier พวกเขาไม่รู้จักในยุโรป สำหรับการเขียนในรัสเซีย.

การทดลองในปี 2219 โดยโรเบิร์ตบอยล์ทำให้พวกเขาชี้ให้เห็นว่าเมื่อวัสดุถูกเผาในภาชนะเปิดวัสดุจะเพิ่มน้ำหนักของมัน อาจเป็นเพราะการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นโดยวัสดุเอง.

การทดลองของ Lavoiser เกี่ยวกับการเผาวัสดุในภาชนะบรรจุที่มีปริมาณอากาศ จำกัด ทำให้น้ำหนักเพิ่มขึ้น ผลลัพธ์นี้เป็นไปตามที่ Boyle ได้รับ.

การมีส่วนร่วมของ Lavoisier

อย่างไรก็ตามข้อสรุปของ Lavoisier นั้นแตกต่างกัน เขาคิดว่าในระหว่างการเผาปริมาณของสารสกัดจากอากาศซึ่งจะอธิบายการเพิ่มขึ้นของมวลที่ถูกสังเกตในวัสดุที่ถูกเผา.

Lavoiser คิดว่ามวลของโลหะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการเผาและการลดลงของการเผาในภาชนะปิดไม่ได้เกิดจากการลดลงของ flojisto (แนวคิดในการเลิกใช้) ซึ่งเป็นสาระสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการผลิตความร้อน.

Lavoiser ตั้งข้อสังเกตว่าการลดลงของการสังเกตเกิดจากการลดลงของความเข้มข้นของก๊าซในภาชนะปิด.

กฎหมายนี้มีผลบังคับใช้ในสมการทางเคมีอย่างไร?

กฎการอนุรักษ์มวลชนมีความสำคัญยิ่งยวดในปริมาณสัมพันธ์โดยการกำหนดหลังเป็นการคำนวณความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างสารตั้งต้นกับผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่ในปฏิกิริยาเคมี.

หลักการของปริมาณสารสัมพันธ์ได้ถูกประกาศขึ้นในปี ค.ศ. 1792 โดยJeremíasBenjamín Richter (1762-1807) ซึ่งกำหนดให้เป็นวิทยาศาสตร์ที่ใช้วัดสัดส่วนเชิงปริมาณหรือความสัมพันธ์มวลขององค์ประกอบทางเคมีที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยา.

ในปฏิกิริยาทางเคมีมีการดัดแปลงของสารที่เข้ามาแทรกแซง เป็นที่สังเกตว่าสารตั้งต้นหรือสารตั้งต้นจะถูกใช้เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์.

ระหว่างปฏิกิริยาทางเคมีมีการแตกพันธะระหว่างอะตอมเช่นเดียวกับการก่อตัวของพันธะใหม่ แต่จำนวนอะตอมที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยายังคงไม่เปลี่ยนแปลง นี่คือสิ่งที่เรียกว่ากฎการอนุรักษ์สสาร.

หลักการพื้นฐาน

กฎหมายนี้มีหลักการพื้นฐานสองประการ:

-จำนวนอะตอมทั้งหมดของแต่ละประเภทเท่ากันในสารตั้งต้น (ก่อนทำปฏิกิริยา) และในผลิตภัณฑ์ (หลังจากทำปฏิกิริยา).

-จำนวนรวมของประจุไฟฟ้าก่อนและหลังปฏิกิริยายังคงที่.

นี่เป็นเพราะจำนวนของอนุภาคในอนุภาคคงที่ อนุภาคเหล่านี้เป็นนิวตรอนโดยไม่มีประจุไฟฟ้าโปรตอนที่มีประจุเป็นบวก (+) และอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ (-) ดังนั้นประจุไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างปฏิกิริยา.

สมการทางเคมี

เมื่อกล่าวถึงปฏิกิริยาทางเคมีโดยใช้สมการ (เช่นเดียวกับภาพหลัก) ต้องเคารพหลักการพื้นฐาน สมการทางเคมีใช้สัญลักษณ์หรือการแทนขององค์ประกอบหรืออะตอมที่แตกต่างกันและวิธีการจัดกลุ่มในโมเลกุลก่อนหรือหลังปฏิกิริยา.

สมการต่อไปนี้จะถูกใช้อีกครั้งเป็นตัวอย่าง:

A + B₂    => AB₂

ตัวห้อยคือตัวเลขที่วางไว้ทางด้านขวาขององค์ประกอบ (B₂ และ AB₂) ในส่วนล่างของมันซึ่งระบุจำนวนอะตอมขององค์ประกอบที่มีอยู่ในโมเลกุล จำนวนนี้ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้หากไม่มีการผลิตโมเลกุลใหม่ซึ่งแตกต่างจากของเดิม.

ค่าสัมประสิทธิ์ stoichiometric (1 ในกรณีของ A และส่วนที่เหลือของสปีชีส์) คือตัวเลขที่อยู่ในส่วนด้านซ้ายของอะตอมหรือโมเลกุลซึ่งบ่งบอกถึงจำนวนของพวกเขาที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา.

ในสมการทางเคมีถ้าปฏิกิริยาไม่สามารถย้อนกลับได้ลูกศรเดี่ยวจะถูกวางไว้เพื่อระบุทิศทางของปฏิกิริยา หากปฏิกิริยาย้อนกลับได้จะมีลูกศรสองอันในทิศทางตรงกันข้าม ด้านซ้ายของลูกศรคือรีเอเจนต์หรือสารตั้งต้น (A และ B₂) ในขณะที่ด้านขวาเป็นผลิตภัณฑ์ (AB₂).

โยก

สมดุลสมการทางเคมีเป็นกระบวนการที่ช่วยให้จำนวนอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่มีอยู่ในสารตั้งต้นมีความเท่ากันกับผลิตภัณฑ์.

กล่าวอีกนัยหนึ่งปริมาณของอะตอมของธาตุแต่ละตัวจะต้องเท่ากันที่ด้านข้างของสารตั้งต้น (ก่อนลูกศร) และที่ด้านผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา (หลังจากลูกศร).

ว่ากันว่าเมื่อปฏิกิริยามีความสมดุลกฎของแอ็คชั่นกำลังได้รับการเคารพ.

ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องสร้างสมดุลจำนวนอะตอมและประจุไฟฟ้าทั้งสองด้านของลูกศรในสมการทางเคมี นอกจากนี้ผลรวมของมวลของสารตั้งต้นจะต้องเท่ากับผลรวมของมวลของผลิตภัณฑ์.

สำหรับกรณีของสมการที่เป็นตัวแทนมันมีความสมดุลอยู่แล้ว (จำนวน A และ B ที่เท่ากันทั้งสองด้านของลูกศร).

การทดลองที่แสดงให้เห็นถึงกฎหมาย

การเผาโลหะ

Lavoiser สังเกตการเผาโลหะเช่นตะกั่วและดีบุกในภาชนะปิดที่มีปริมาณอากาศ จำกัด พบว่าโลหะนั้นถูกปกคลุมด้วยแคลเซียม และว่าน้ำหนักของโลหะ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งของการให้ความร้อนเท่ากับค่าเริ่มต้น.

เมื่อน้ำหนักเพิ่มขึ้นจะถูกตรวจพบเมื่อทำการเผาโลหะ Lavoiser คิดว่าน้ำหนักส่วนเกินที่สังเกตสามารถอธิบายได้ด้วยมวลของสิ่งที่สกัดจากอากาศในระหว่างการเผา ด้วยเหตุนี้มวลจึงคงที่.

ข้อสรุปนี้ซึ่งอาจนำมาพิจารณาด้วยพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่อ่อนแอนั้นไม่เป็นเช่นนั้นเนื่องจากความรู้ของ Lavoiser เกี่ยวกับการดำรงอยู่ของออกซิเจนตามเวลาที่เขาประกาศกฎของเขา (1785).

ปล่อยออกซิเจน

ออกซิเจนถูกค้นพบโดย Carl Willhelm Scheele ในปีค. ศ. 1772 ต่อจากนั้น Joseph Priesley ค้นพบอิสระและเผยแพร่ผลงานวิจัยของเขาเมื่อสามปีก่อน Scheele เผยแพร่ผลลัพธ์ของเขาเกี่ยวกับก๊าซเดียวกันนี้.

Priesley ทำให้ปรอทมอนนอกไซด์อุ่นขึ้นและเก็บก๊าซที่ทำให้เกิดเปลวไฟเพิ่มขึ้น ยิ่งกว่านั้นการแนะนำหนูเข้าไปในภาชนะที่มีแก๊สทำให้พวกมันใช้งานได้มากขึ้น Priesley เรียกว่าแก๊สที่ทำให้เกิดการ defogistized.

Priesley สื่อสารการสังเกตการณ์ของเขากับ Antoine Lavoiser (1775) ผู้ทำการทดลองซ้ำ ๆ ของเขาแสดงว่าก๊าซอยู่ในอากาศและในน้ำ Lavoiser รับรู้ก๊าซเป็นองค์ประกอบใหม่ทำให้ชื่อของออกซิเจน.

เมื่อ Lavoisier ใช้เป็นข้อโต้แย้งเพื่อประกาศกฎของเขาว่ามวลส่วนเกินที่สังเกตได้ในการเผาโลหะเกิดจากสิ่งที่สกัดจากอากาศเขาคิดถึงออกซิเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบที่รวมกับโลหะระหว่างการเผา.

ตัวอย่าง (แบบฝึกหัดภาคปฏิบัติ)

การสลายตัวของปรอทมอนอกไซด์

ถ้า 232.6 ของปรอท monoxide (HgO) ได้รับความร้อนมันจะสลายตัวเป็นปรอท (Hg) และออกซิเจนโมเลกุล (O)₂) ตามกฎของการอนุรักษ์น้ำหนักและมวลอะตอม: (Hg = 206.6 g / mol) และ (O = 16 g / mol) ระบุน้ำหนักของ Hg และ O₂ ที่เกิดขึ้น.

HgO => Hg + O₂

232.6 กรัม 206.6 กรัม 32 กรัม

การคำนวณนั้นตรงมากเนื่องจากหนึ่งโมลของ HgO กำลังถูกย่อยสลาย.

การเผาผนึกด้วยริบบิ้นแมกนีเซียม

ริบบิ้นแมกนีเซียมขนาด 1.2 กรัมถูกเผาในภาชนะปิดที่บรรจุออกซิเจน 4 กรัม หลังจากทำปฏิกิริยายังคงมีออกซิเจนที่ไม่ทำปฏิกิริยา 3.2 กรัม แมกนีเซียมออกไซด์เกิดขึ้นมากแค่ไหน?

สิ่งแรกที่ต้องคำนวณคือมวลของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา สามารถคำนวณได้ง่ายโดยใช้การลบ:

มวลของ O₂ ซึ่งตอบสนอง = มวลเริ่มต้นของ O₂ - มวลสุดท้ายของ O₂

(4 - 3.2) กรัม O₂

0.8 กรัมของ O₂

ตามกฎการอนุรักษ์มวลนั้นสามารถคำนวณมวลของ MgO ที่เกิดขึ้นได้.

มวลของ MgO = มวลของ Mg + มวลของ O

1.2 กรัม + 0.8 กรัม

2.0 กรัม MgO

แคลเซียมไฮดรอกไซด์

มวลแคลเซียม 14 กรัม (CaO) ทำปฏิกิริยากับน้ำ 3.6 กรัม (เอช₂O) ซึ่งถูกบริโภคอย่างสมบูรณ์ในปฏิกิริยาเพื่อสร้างแคลเซียมไฮดรอกไซด์ 14.8 กรัม, Ca (OH)₂:

ปฏิกิริยาของแคลเซียมออกไซด์ในรูปของแคลเซียมไฮดรอกไซด์เท่าใด?

แคลเซียมออกไซด์เหลืออยู่เท่าไหร่?

ปฏิกิริยาสามารถกำหนดโดยสมการต่อไปนี้:

CaO + H₂O => Ca (OH)₂

สมการมีความสมดุล ดังนั้นจึงเป็นไปตามกฎหมายการอนุรักษ์ของมวล.

มวลของ CaO เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา = มวลของ Ca (OH)₂ - มวล H₂O

14.8 กรัม - 3.6 กรัม

11.2 กรัม CaO

ดังนั้น CaO ที่ไม่ตอบสนอง (อันที่เหลืออยู่) ถูกคำนวณโดยการลบ:

มวล CaO ที่เหลือ = มวลที่มีอยู่ในปฏิกิริยา - มวลที่ถูกแทรกเข้าไปในปฏิกิริยา.

14 กรัมของ CaO - 11.2 กรัมของ CaO

CaO 2.8 กรัม

คอปเปอร์ออกไซด์

จะมีทองแดงออกไซด์ (CuO) เท่าไรเมื่อทองแดง 11 กรัม (Cu) ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน (O)₂)? จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนในการทำปฏิกิริยา?

ขั้นตอนแรกคือการสร้างสมดุลของสมการ สมการที่สมดุลมีดังนี้:

2Cu + O₂ => 2CuO

สมการนั้นมีความสมดุลดังนั้นจึงเป็นไปตามกฎหมายการอนุรักษ์ของมวล.

น้ำหนักอะตอมของ Cu คือ 63.5 g / mol และน้ำหนักโมเลกุลของ CuO เป็น 79.5 g / mol.

มีความจำเป็นต้องกำหนดว่าจะเกิด CuO เท่าใดจากการเกิดออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของ 11 กรัมของ Cu:

มวล CuO = (11 กรัม Cu) ∙ (1 mol Cu / 63.5 g Cu) ∙ (2 mol CuO / 2 mol Cu) ∙ (79.5 กรัม CuO / mol CuO)

ก้อน CuO ที่มีรูปร่าง = 13.77 กรัม

ดังนั้นความแตกต่างของมวลระหว่าง CuO และ Cu จึงให้ปริมาณของออกซิเจนที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยา:

มวลออกซิเจน = 13.77 กรัม - 11 กรัม

1.77 กรัม₂

การก่อตัวของโซเดียมคลอไรด์

มวลคลอรีน (Cl₂) ที่มีน้ำหนัก 2.47 กรัมทำปฏิกิริยากับโซเดียม (Na) ที่เพียงพอและโซเดียมคลอไรด์ 3.82 กรัมเกิดขึ้น เท่าไหร่ปฏิกิริยาตอบสนอง?

สมการที่สมดุล:

2Na + Cl₂ => 2NaCl

ตามกฎของการอนุรักษ์ของมวล:

มวลของ Na = มวลของ NaCl - มวล Cl₂

3.82 กรัม - 2.47 กรัม

1.35 กรัมนา

การอ้างอิง

1. Flores, J. Química (2002) บรรณาธิการ Santillana.
2. วิกิพีเดีย (2018) กฎแห่งการอนุรักษ์สสาร สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. สถาบันโพลีเทคนิคแห่งชาติ ( N.d. ) กฎแห่งการอนุรักษ์ของมวลชน CGFIE ดึงจาก: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 มกราคม 2019) กฎแห่งการอนุรักษ์มวลชนที่ดึงมาจาก: thoughtco.com
5. Shrestha B. (18 พฤศจิกายน 2018) กฎแห่งการอนุรักษ์สสาร เคมีเคมี ดึงมาจาก: chem.libretexts.org