- ما هو قانون حفظ المادة أو الكتلة؟
- مساهمة لافوازييه
- كيف يتم تطبيق هذا القانون في معادلة كيميائية؟
- المبادئ الأساسية
- معادلة كيميائية
- يتأرجح
- التجارب التي تثبت القانون
- ترميد المعادن
- إطلاق الأكسجين
- أمثلة (تمارين عملية)
- تحلل أول أكسيد الزئبق
- ترميد حزام من المغنيسيوم
- هيدروكسيد الكالسيوم
- أكسيد النحاس
- تشكيل كلوريد الصوديوم
- المراجع
و قانون الحفاظ على المسألة أو كتلة واحد هو أن ينص على أن في أي تفاعل كيميائي، والمسألة لا خلق ولا تدميرها. يعتمد هذا القانون على حقيقة أن الذرات هي جزيئات غير قابلة للتجزئة في هذا النوع من التفاعل ؛ بينما في التفاعلات النووية تتفتت الذرات ، ولهذا لا تعتبر تفاعلات كيميائية.
إذا لم يتم تدمير الذرات ، فعندما يتفاعل عنصر أو مركب ، يجب الحفاظ على عدد الذرات قبل وبعد التفاعل ثابتًا ؛ والذي يترجم إلى كمية ثابتة من الكتلة بين المواد المتفاعلة والمنتجات المعنية.
تفاعل كيميائي بين A و B2. المصدر: غابرييل بوليفار
هذا هو الحال دائمًا إذا لم يكن هناك تسرب يسبب خسائر مادية ؛ ولكن إذا كان المفاعل مغلقًا بإحكام ، فلن "تختفي" أي ذرة ، وبالتالي يجب أن تكون الكتلة المشحونة مساوية للكتلة بعد التفاعل.
من ناحية أخرى ، إذا كان المنتج صلبًا ، فستكون كتلته مساوية لمجموع المواد المتفاعلة المستخدمة في تكوينه. يحدث الشيء نفسه مع المنتجات السائلة أو الغازية ، لكنها أكثر عرضة لارتكاب الأخطاء عند قياس كتلها الناتجة.
وُلد هذا القانون من تجارب القرون الماضية ، وعززته مساهمات العديد من الكيميائيين المشهورين ، مثل أنطوان لافوازييه.
ضع في اعتبارك التفاعل بين A و B 2 لتكوين AB 2 (الصورة العلوية). وفقًا لقانون حفظ المادة ، يجب أن تكون كتلة AB 2 مساوية لمجموع كتلي A و B 2 على التوالي. لذا إذا تفاعل 37 جم من A مع 13 جم من B 2 ، فيجب أن يزن المنتج AB 2 50 جم.
لذلك ، في معادلة كيميائية ، يجب أن تساوي كتلة المواد المتفاعلة (A و B 2) دائمًا كتلة النواتج (AB 2).
مثال مشابه جدًا للمثال الذي تم وصفه للتو هو تكوين الأكاسيد المعدنية ، مثل الصدأ أو الصدأ. الصدأ أثقل من الحديد (على الرغم من أنه قد لا يبدو مثله) لأن المعدن يتفاعل مع كتلة من الأكسجين لتوليد الأكسيد.
ما هو قانون حفظ المادة أو الكتلة؟
ينص هذا القانون على أنه في تفاعل كيميائي ، تكون كتلة المواد المتفاعلة مساوية لكتلة المنتجات. يُعبر عن القانون في عبارة "المادة لا تُخلق ولا تُدمر ، كل شيء يتحول" ، كما أعلنه يوليوس فون ماير (1814-1878).
تم تطوير القانون بشكل مستقل من قبل ميخائيل لامانوسوف ، في عام 1745 ، وأنطوان لافوازييه في عام 1785. على الرغم من أن أبحاث لامانوسوف تعمل على قانون الحفاظ على الكتلة قبل لافوازييه ، إلا أنها لم تكن معروفة في أوروبا. لكتابتها باللغة الروسية.
قادتهم التجارب التي أجراها روبرت بويل عام 1676 إلى الإشارة إلى أنه عندما يتم حرق مادة في حاوية مفتوحة ، يزداد وزن المادة ؛ ربما بسبب التحول الذي شهدته المادة نفسها.
أظهرت تجارب Lavoiser على حرق المواد في حاويات ذات كمية هواء محدودة زيادة الوزن. كانت هذه النتيجة متوافقة مع النتيجة التي حصل عليها بويل.
مساهمة لافوازييه
ومع ذلك ، كان استنتاج لافوازييه مختلفًا. كان يعتقد أنه أثناء الحرق ، يتم استخراج كمية من الكتلة من الهواء ، مما يفسر الزيادة في الكتلة التي لوحظت في المواد المعرضة للحرق.
اعتقد لافوازر أن كتلة المعادن ظلت ثابتة أثناء الحرق ، وأن الانخفاض في الحرق في الحاويات المغلقة لم يكن ناتجًا عن انخفاض في (مفهوم غير مستخدم) ، وهو جوهر مفترض يتعلق بإنتاج الحرارة.
وأشار لافوازر إلى أن الانخفاض الملحوظ كان سببه ، بالأحرى ، انخفاض في تركيز الغازات في الحاويات المغلقة.
كيف يتم تطبيق هذا القانون في معادلة كيميائية؟
قانون حفظ الكتلة له أهمية فائقة في قياس العناصر ، ويتم تعريف الأخير على أنه حساب العلاقات الكمية بين المواد المتفاعلة والمنتجات الموجودة في تفاعل كيميائي.
تم الإعلان عن مبادئ قياس العناصر الكيميائية في عام 1792 من قبل جيريمياس بنجامين ريختر (1762-1807) ، الذي عرّفها على أنها العلم الذي يقيس النسب الكمية أو العلاقات الجماعية للعناصر الكيميائية التي تشارك في التفاعل.
في تفاعل كيميائي هناك تعديل للمواد التي تشارك فيه. لوحظ أن المواد المتفاعلة أو المتفاعلة تُستهلك لتكوين المنتجات.
أثناء التفاعل الكيميائي هناك فواصل في الروابط بين الذرات ، وكذلك تكوين روابط جديدة ؛ لكن عدد الذرات المشاركة في التفاعل يظل دون تغيير. هذا ما يعرف بقانون حفظ المادة.
المبادئ الأساسية
يتضمن هذا القانون مبدأين أساسيين:
- العدد الإجمالي للذرات من كل نوع هو نفسه في المواد المتفاعلة (قبل التفاعل) وفي المنتجات (بعد التفاعل).
- مجموع الشحنات الكهربائية قبل وبعد التفاعل يظل ثابتًا.
هذا لأن عدد الجسيمات دون الذرية يظل ثابتًا. هذه الجسيمات عبارة عن نيوترونات بدون شحنة كهربائية وبروتونات موجبة الشحنة (+) وإلكترونات سالبة الشحنة (-). لذلك لا تتغير الشحنة الكهربائية أثناء التفاعل.
معادلة كيميائية
بعد قولي هذا ، عند تمثيل تفاعل كيميائي باستخدام معادلة (مثل تلك الموجودة في الصورة الرئيسية) ، يجب احترام المبادئ الأساسية. تستخدم المعادلة الكيميائية رموزًا أو تمثيلات للعناصر أو الذرات المختلفة ، وكيفية تجميعها في جزيئات قبل أو بعد التفاعل.
سيتم استخدام المعادلة التالية مرة أخرى كمثال:
أ + ب 2 => أب 2
الرمز المنخفض هو رقم يوضع على الجانب الأيمن من العناصر (B 2 و AB 2) في الأسفل ، مما يشير إلى عدد ذرات العنصر الموجود في الجزيء. لا يمكن تغيير هذا الرقم بدون إنتاج جزيء جديد يختلف عن الجزيء الأصلي.
المعامل المتكافئ (1 ، في حالة A وبقية الأنواع) هو رقم يتم وضعه في الجزء الأيسر من الذرات أو الجزيئات ، مما يدل على عدد تلك الذرات أو الجزيئات التي تشارك في التفاعل.
في معادلة كيميائية ، إذا كان التفاعل لا رجوع فيه ، يتم وضع سهم واحد يشير إلى اتجاه التفاعل. إذا كان رد الفعل قابلاً للانعكاس ، فهناك سهمان في الاتجاه المعاكس. على يسار الأسهم توجد المتفاعلات أو المتفاعلات (A و B 2) ، بينما توجد على اليمين النواتج (AB 2).
يتأرجح
موازنة المعادلة الكيميائية إجراء يجعل من الممكن مساواة عدد ذرات العناصر الكيميائية الموجودة في المواد المتفاعلة مع تلك الموجودة في المنتجات.
بمعنى آخر ، يجب أن يكون عدد ذرات كل عنصر متساويًا على جانب المواد المتفاعلة (قبل السهم) وعلى جانب نواتج التفاعل (بعد السهم).
يقال أنه عندما يكون رد الفعل متوازنًا ، يتم احترام قانون العمل الجماهيري.
لذلك ، من الضروري موازنة عدد الذرات والشحنات الكهربائية على جانبي السهم في معادلة كيميائية. وبالمثل ، يجب أن يكون مجموع كتل المواد المتفاعلة مساويًا لمجموع كتل المنتجات.
بالنسبة لحالة المعادلة الممثلة ، فهي متوازنة بالفعل (عدد متساوٍ من A و B على جانبي السهم).
التجارب التي تثبت القانون
ترميد المعادن
لاحظ لافوازر ، الذي لاحظ ترميد المعادن مثل الرصاص والقصدير في حاويات مغلقة ذات كمية محدودة من الهواء ، أن المعادن كانت مغطاة بعملية تكليس ؛ وعلاوة على ذلك ، فإن وزن المعدن في وقت معين من التسخين كان مساوياً للوزن الأولي.
نظرًا لزيادة الوزن عند حرق المعدن ، اعتقد لافوازر أن الوزن الزائد الملحوظ يمكن تفسيره من خلال كتلة معينة لشيء يتم إزالته من الهواء أثناء الحرق. لهذا السبب ظلت الكتلة ثابتة.
هذا الاستنتاج ، الذي يمكن اعتباره على أساس علمي غير سليم ، ليس كذلك ، مع الأخذ في الاعتبار المعرفة التي كان لدى لافوازر حول وجود الأكسجين في الوقت الذي أعلن فيه قانونه (1785).
إطلاق الأكسجين
اكتشف كارل ويلهيلم شيل الأكسجين في عام 1772. وفي وقت لاحق ، اكتشفه جوزيف بريسلي بشكل مستقل ، ونشر نتائج بحثه ، قبل ثلاث سنوات من نشر شيل نتائجه عن نفس الغاز.
قام بريسلي بتسخين أول أكسيد الزئبق وجمع غازًا أدى إلى زيادة سطوع اللهب. بالإضافة إلى ذلك ، عندما وضعت الفئران في حاوية بها الغاز ، أصبحت أكثر نشاطًا. أطلق بريسلي على هذا الغاز اسم dephlogistized
أبلغ بريسلي ملاحظاته إلى أنطوان لافوايزر (1775) ، الذي كرر تجاربه التي أظهرت أن الغاز موجود في الهواء والماء. اعترف لافوازر بالغاز كعنصر جديد ، وأطلق عليه اسم الأكسجين.
عندما استخدم لافوازييه كحجة لذكر قانونه ، أن الكتلة الزائدة التي لوحظت في حرق المعادن كانت بسبب شيء تم استخراجه من الهواء ، كان يفكر في الأكسجين ، وهو عنصر يتحد مع المعادن أثناء الحرق.
أمثلة (تمارين عملية)
تحلل أول أكسيد الزئبق
إذا تم تسخين 232.6 من أول أكسيد الزئبق (HgO) ، فإنه يتحلل إلى زئبق (Hg) وأكسجين جزيئي (O 2). بناءً على قانون الحفاظ على الكتلة والأوزان الذرية: (Hg = 206.6 جم / مول) و (O = 16 جم / مول) ، حدد كتلة Hg و O 2 التي تم تكوينها.
HgO => Hg + O 2
232.6 جم 206.6 جم 32 جم
الحسابات واضحة جدًا ، حيث يتم تحلل مول واحد من HgO.
ترميد حزام من المغنيسيوم
حرق شريط المغنيسيوم. المصدر: Capt. جون يوسريان ، من ويكيميديا كومنز
تم حرق شريط مغنيسيوم بسعة 1.2 جم في حاوية مغلقة تحتوي على 4 جم من الأكسجين. بعد التفاعل ، بقي 3.2 جرام من الأكسجين غير المتفاعل. كم تشكل أكسيد المغنيسيوم؟
أول شيء يجب حسابه هو كتلة الأكسجين التي تفاعلت. يمكن حساب ذلك بسهولة باستخدام الطرح:
كتلة O 2 التي تفاعلت = الكتلة الأولية لـ O 2 - الكتلة النهائية لـ O 2
(4-3،2) ز O 2
0.8 جرام O 2
بناءً على قانون الحفاظ على الكتلة ، يمكن حساب كتلة MgO المتكونة.
كتلة MgO = كتلة Mg + كتلة O
1.2 جرام + 0.8 جرام
2.0 جرام MgO
هيدروكسيد الكالسيوم
تفاعلت كتلة مقدارها 14 جم من أكسيد الكالسيوم (CaO) مع 3.6 جم من الماء (H 2 O) ، والتي تم استهلاكها تمامًا في التفاعل لتكوين 14.8 جم من هيدروكسيد الكالسيوم ، Ca (OH) 2:
ما مقدار تفاعل أكسيد الكالسيوم لتكوين هيدروكسيد الكالسيوم؟
كم بقي من أكسيد الكالسيوم؟
يمكن تحديد التفاعل بالمعادلة التالية:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
المعادلة متوازنة. لذلك فهو يتوافق مع قانون الحفاظ على الكتلة.
كتلة CaO المتضمنة في التفاعل = كتلة Ca (OH) 2 - كتلة H 2 O
14.8 جم - 3.6 جم
11.2 جم CaO
لذلك ، يتم حساب CaO التي لم تتفاعل (الزيادة) عن طريق طرح:
كتلة CaO الزائدة = الكتلة الموجودة في التفاعل - الكتلة التي شاركت في التفاعل.
14 جم CaO - 11.2 جم CaO
2.8 جرام CaO
أكسيد النحاس
ما مقدار أكسيد النحاس (CuO) الذي سيتشكل عندما يتفاعل 11 جم من النحاس (Cu) تمامًا مع الأكسجين (O 2)؟ ما مقدار الأكسجين المطلوب في التفاعل؟
الخطوة الأولى هي موازنة المعادلة. المعادلة المتوازنة هي كما يلي:
2Cu + O 2 => 2CuO
المعادلة متوازنة ، لذا فهي تتوافق مع قانون الحفاظ على الكتلة.
الوزن الذري للنحاس هو 63.5 جم / مول ، والوزن الجزيئي لـ CuO هو 79.5 جم / مول.
من الضروري تحديد مقدار CuO الذي يتكون من الأكسدة الكاملة لـ 11 جم من النحاس:
كتلة نحاس = (11 جم نحاس) ∙ (1 مول نحاس / 63.5 جم نحاس) ∙ (2 مول نحاس / 2 مول نحاس) ∙ (79.5 جم نحاس / مول نحاس)
كتلة النحاس المتكونة = 13.77 جم
لذلك ، فإن الاختلاف في الكتل بين CuO و Cu يعطي كمية الأكسجين المشاركة في التفاعل:
كتلة الأكسجين = 13.77 جم - 11 جم
1.77 ز O 2
تشكيل كلوريد الصوديوم
تم تفاعل كتلة من الكلور (Cl 2) مقدارها 2.47 جم مع كمية كافية من الصوديوم (Na) وتم تكوين 3.82 جم من كلوريد الصوديوم (NaCl). كم رد فعل نا؟
معادلة متوازنة:
2Na + Cl 2 => 2NaCl
وفقًا لقانون حفظ الكتلة:
كتلة Na = كتلة NaCl - كتلة Cl 2
3.82 جرام - 2.47 جرام
1.35 جرام Na
المراجع
- فلوريس ، جيه كيميكا (2002). الافتتاحية Santillana.
- ويكيبيديا. (2018). قانون حفظ المادة. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org
- المعهد الوطني للفنون التطبيقية. (سادس). قانون حفظ الكتلة. CGFIE. تم الاسترجاع من: aev.cgfie.ipn.mx
- هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (18 يناير 2019). قانون حفظ الكتلة تم الاسترجاع من: thinkco.com
- شريستا ب. (18 نوفمبر 2018). قانون حفظ المادة. الكيمياء LibreTexts. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org