قانون حفظ المادة والتطبيقات والتجارب والأمثلة

ال قانون حفظ المادة أو الكتلة هو الذي ينص على أنه في أي تفاعل كيميائي ، لا يتم إنشاء المادة أو تدميرها. يستند هذا القانون إلى حقيقة أن الذرات جزيئات غير قابلة للتجزئة في هذا النوع من التفاعلات ؛ بينما في ذرات التفاعلات النووية مجزأة ، وهذا هو السبب في أنها لا تعتبر التفاعلات الكيميائية. 

إذا لم يتم تدمير الذرات ، فعندما يتفاعل عنصر أو مركب ، يجب أن يبقى عدد الذرات ثابتًا قبل التفاعل وبعده ؛ مما يترجم إلى كمية كتلة ثابتة بين الكواشف والمنتجات المعنية.

هذا هو الحال دائمًا في حالة عدم وجود تسرب يؤدي إلى فقد المادة ؛ ولكن إذا تم إغلاق المفاعل بإحكام ، فلن "تختفي" أي ذرة ، وبالتالي يجب أن تكون الكتلة المشحونة مساوية للكتلة بعد التفاعل.

إذا كان المنتج صلبًا ، من ناحية أخرى ، فإن كتلته ستكون مساوية لمجموع الكواشف المعنية لتشكيله. بالطريقة نفسها يحدث مع المنتجات السائلة أو الغازية ، ولكن أكثر عرضة لخطأ عند قياس كتلها الناتجة.

ولد هذا القانون من تجارب القرون الماضية ، معززة بمساهمات العديد من الكيميائيين المشهورين ، مثل أنطوان لافوازييه.

النظر في رد الفعل بين ألف وباء₂ لتشكيل AB₂ (الصورة العليا) وفقا لقانون حفظ المادة ، كتلة AB₂ يجب أن يكون مساويًا لمجموع كتل A و B₂, على التوالي. ثم ، إذا كان 37g من A تتفاعل مع 13g من B₂, المنتج AB₂ يجب أن تزن 50G.

لذلك ، في المعادلة الكيميائية ، كتلة المواد المتفاعلة (A و B₂) يجب أن تكون دائمًا مساوية لكتلة المنتجات (AB₂).

مثال على ذلك يشبه إلى حد بعيد المثال الموصوف للتو هو تكوين أكاسيد معدنية ، مثل الصدأ أو الصدأ. الصدأ أثقل من الحديد (على الرغم من أنه قد لا يبدو كأنه) لأن المعدن تفاعل مع كتلة من الأكسجين لتوليد أكسيد.

مؤشر

• 1 ما هو قانون حفظ المادة أو الكتلة?
  • 1.1 مساهمة لافوازييه
• 2 كيف يتم تطبيق هذا القانون في معادلة كيميائية?
  • 2.1 المبادئ الأساسية
  • 2.2 المعادلة الكيميائية
• 3 تجارب تثبت القانون
  • 3.1 حرق المعادن
  • 3.2 إطلاق الأكسجين
• 4 أمثلة (تمارين عملية)
  • 4.1 تحلل أول أكسيد الزئبق
  • 4.2 حرق الشريط المغنيسيوم
  • 4.3 هيدروكسيد الكالسيوم
  • 4.4 أكسيد النحاس
  • 4.5 تشكيل كلوريد الصوديوم
• 5 المراجع

ما هو قانون حفظ المادة أو الكتلة?

ينص هذا القانون على أن التفاعل الكيميائي تكون كتلة المواد المتفاعلة مساوية لكتلة المنتجات. يتم التعبير عن القانون في عبارة "لم يتم إنشاء المادة أو تدميرها ، كل شيء تم تحويله" ، كما أعلن عنها يوليوس فون ماير (1814-1878).

تمت صياغة القانون بشكل مستقل من قبل ميخائيل لامانوسوف ، عام 1745 ، وأنطوان لافوازييه في عام 1785. بينما بحث لامانوف عن قانون الحفاظ على القداس يسبق أبحاث لافوازييه ، لم تكن معروفة في أوروبا. لكونها مكتوبة باللغة الروسية.

أدت التجارب التي أجراها روبرت بويل في عام 1676 إلى توضيح أنه عندما تم حرق مادة في حاوية مفتوحة ، زادت المادة من وزنها ؛ ربما بسبب تحول واجهته المادة نفسها.

أظهرت تجارب Lavoiser على حرق المواد في الحاويات ذات كمية محدودة من الهواء زيادة في الوزن. وكانت هذه النتيجة وفقا لتلك التي حصلت عليها بويل.

مساهمة لافوازييه

ومع ذلك ، كان استنتاج لافوازييه مختلفًا. لقد اعتقد أنه خلال عملية الحرق ، يتم استخراج كمية من الكتلة من الهواء ، وهو ما يفسر الزيادة في الكتلة التي لوحظت في المواد المعرضة للحرق.

اعتقد Lavoiser أن كتلة المعادن ظلت ثابتة أثناء عملية الحرق ، وأن انخفاض الحرق في الحاويات المغلقة لم يكن بسبب انخفاض في flojisto (مفهوم قيد الاستخدام) ، وهو جوهر مفترض يتعلق بإنتاج الحرارة.

أشار لافوايزر إلى أن الانخفاض الملحوظ كان بسبب انخفاض تركيز الغازات في الحاويات المغلقة.

كيف ينطبق هذا القانون في المعادلة الكيميائية?

قانون الحفاظ على الكتلة له أهمية فائقة في قياس العناصر المتفاعلة ، ويعرف الأخير بأنه حساب العلاقات الكمية بين المواد المتفاعلة والمنتجات الموجودة في التفاعل الكيميائي.

تم الإعلان عن مبادئ الكيمياء في عام 1792 من قبل جيريماس بنيامين 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 تتدخل فيه. لوحظ أن المواد المتفاعلة أو المتفاعلات تستهلك لتكوين المنتجات.

أثناء التفاعل الكيميائي ، هناك تمزق في الروابط بين الذرات ، وكذلك تكوين روابط جديدة ؛ لكن عدد الذرات المتورطة في التفاعل لم يتغير. هذا هو ما يعرف بقانون حفظ المادة.

المبادئ الأساسية

يتضمن هذا القانون مبدأين أساسيين:

-إجمالي عدد ذرات كل نوع يساوي في المواد المتفاعلة (قبل التفاعل) وفي المنتجات (بعد التفاعل).

-لا يزال مجموع الشحنات الكهربائية قبل وبعد التفاعل ثابتًا.

وذلك لأن عدد الجسيمات دون الذرية لا يزال ثابتًا. هذه الجزيئات هي نيوترونات بدون شحنة كهربائية ، وبروتونات ذات شحنة موجبة (+) ، وإلكترونات ذات شحنة سالبة (-). وبالتالي فإن الشحنة الكهربائية لا تتغير أثناء التفاعل.

المعادلة الكيميائية

بعد قول ما سبق ، عند تمثيل تفاعل كيميائي عن طريق معادلة (مثل تلك الموجودة في الصورة الرئيسية) ، يجب احترام المبادئ الأساسية. تستخدم المعادلة الكيميائية رموزًا أو تمثيلات للعناصر أو الذرات المختلفة ، وكيف يتم تجميعها في جزيئات قبل التفاعل أو بعده.

سيتم استخدام المعادلة التالية مرة أخرى كمثال:

A + B₂    => أب₂

الرمز المنخفض هو رقم يتم وضعه على الجانب الأيمن من العناصر (B₂ و AB₂في الجزء السفلي منه ، يشير إلى عدد ذرات عنصر موجود في جزيء. لا يمكن تغيير هذا الرقم دون إنتاج جزيء جديد مختلف عن الأصل.

المعامل الكيميائي المتماثل (1 ، في حالة A وبقية الأنواع) هو رقم يتم وضعه في الجزء الأيسر من الذرات أو الجزيئات ، مما يدل على عدد منهم المتورطين في تفاعل.

في المعادلة الكيميائية ، إذا كان التفاعل لا رجعة فيه ، يتم وضع سهم واحد ، يشير إلى اتجاه التفاعل. إذا كان رد الفعل قابلاً للانعكاس ، فهناك سهمان في الاتجاه المعاكس. على يسار الأسهم الكواشف أو الكواشف (أ و ب)₂) ، بينما على اليمين هي المنتجات (AB₂).

تأرجح

إن موازنة المعادلة الكيميائية هي إجراء يسمح بمعادلة عدد ذرات العناصر الكيميائية الموجودة في المواد المتفاعلة مع تلك الموجودة في المنتجات.

بمعنى آخر ، يجب أن تكون كمية ذرات كل عنصر مساوية على جانب المواد المتفاعلة (قبل السهم) وعلى جانب منتج التفاعل (بعد السهم).

يقال أنه عندما يكون رد الفعل متوازنا ، يتم احترام قانون العمل الجماهيري.

لذلك ، من الضروري موازنة عدد الذرات والشحنات الكهربائية على جانبي السهم في معادلة كيميائية. أيضا ، يجب أن يكون مجموع كتل المواد المتفاعلة مساويا لمجموع كتل المنتجات.

في حالة المعادلة الممثلة ، تكون متوازنة بالفعل (عدد متساوٍ من A و B على جانبي السهم).

التجارب التي تثبت القانون

حرق المعادن

لاحظ لافوايزر ، الذي يحرق حرق المعادن مثل الرصاص والقصدير في حاويات مغلقة مع كمية محدودة من الهواء ، أن المعادن مغطاة بالكلسات ؛ وأيضا ، أن وزن المعدن في وقت معين من التدفئة كان مساويا للوزن الأولي.

نظرًا لزيادة الوزن عند حرق المعدن ، فقد اعتقد Lavoiser أن الوزن الزائد الملحوظ يمكن تفسيره من خلال كتلة معينة من شيء ما يتم استخراجه من الهواء أثناء عملية الترميد. لهذا السبب ظلت الكتلة ثابتة.

هذا الاستنتاج ، الذي يمكن اعتباره على أساس علمي ضعيف ، ليس كذلك ، بالنظر إلى معرفة Lavoiser بوجود الأوكسجين في الوقت الذي أعلن فيه قانونه (1785).

إطلاق الأكسجين

اكتشف كارل ويلهيل شيل الأوكسجين في عام 1772. وبعد ذلك اكتشف جوزيف برايسلي ذلك بشكل مستقل ، ونشر نتائج بحثه ، قبل ثلاث سنوات من نشر سكيل نتائجه حول هذا الغاز نفسه..

قام بريسلي بتسخين أول أكسيد الزئبق وجمع الغاز الذي أنتج زيادة في تألق الشعلة. علاوة على ذلك ، فإن إدخال الفئران في حاوية بها غاز جعلها أكثر نشاطًا. ودعا بريسلي هذا الغاز defogistized.

أبلغ بريسلي ملاحظاته إلى أنطوان لافوايزر (1775) ، الذي كرر تجاربه التي تبين أن الغاز كان في الهواء وفي الماء. اعترف Lavoiser الغاز كعنصر جديد ، ويعطيها اسم الأكسجين.

عندما استخدم لافوازييه كحجة للإفصاح عن قانونه ، أن الكتلة الزائدة التي لوحظت في حرق المعادن ترجع إلى شيء تم انتزاعه من الهواء ، فكر في الأكسجين ، وهو عنصر يجمع مع المعادن أثناء حرقه.

أمثلة (تمارين عملية)

تحلل أول أكسيد الزئبق

إذا تم تسخين 232.6 من أول أكسيد الزئبق (HgO) ، فإنه يتحلل إلى الزئبق (Hg) والأكسجين الجزيئي (O₂). وفقًا لقانون حفظ الكتلة والأوزان الذرية: (الزئبق = 206.6 جم / مول) و (O = 16 جم / مول) ، يرجى الإشارة إلى كتلة الزئبق والأكسجين₂ التي يتم تشكيلها.

HgO => Hg + O₂

232.6 جم 206.6 جم 32 جم

الحسابات مباشرة للغاية ، حيث يتم تحلل جزيء واحد من الزئبق.

ترميد شريط المغنيسيوم

تم حرق شريط المغنيسيوم من 1.2 غرام في حاوية مغلقة تحتوي على 4 غرام من الأكسجين. بعد التفاعل ، بقي 3.2 غرام من الأكسجين غير المتفاعل. كم تشكل أكسيد المغنسيوم?

أول شيء يجب حسابه هو كتلة الأكسجين التي تفاعلت. يمكن حساب ذلك بسهولة باستخدام الطرح:

قداس يا₂ الذي كان رد فعل = الكتلة الأولية من O₂ - الكتلة النهائية من O₂

(4 - 3.2) غ₂

0.8 غرام من O₂

بناءً على قانون الحفاظ على الكتلة ، يمكن حساب كتلة MgO المشكلة.

كتلة MgO = كتلة Mg + كتلة O

1.2 جم + 0.8 غرام

2.0 غرام المغنيسيوم

هيدروكسيد الكالسيوم

تتفاعل كتلة من 14 جم من أكسيد الكالسيوم (CaO) مع 3.6 غرام من الماء (H₂O) ، الذي تم استهلاكه بالكامل في رد الفعل على شكل 14.8 جم من هيدروكسيد الكالسيوم ، Ca (OH)₂:

مقدار تفاعل أكسيد الكالسيوم لتشكيل هيدروكسيد الكالسيوم?

مقدار أكسيد الكالسيوم المتبقي?

يمكن تخطيط التفاعل بواسطة المعادلة التالية:

كا + ح₂O => Ca (OH)₂

المعادلة متوازنة. لذلك يتوافق مع قانون حفظ الكتلة.

كتلة CaO المشاركة في التفاعل = كتلة Ca (OH)₂ - ح الشامل₂O

14.8 غرام - 3.6 غرام

11.2 جم كاو

لذلك ، يتم حساب CaO التي لم تتفاعل (تلك التي بقيت) من خلال طرح:

الكتلة CaO المتبقية = الكتلة الموجودة في التفاعل - الكتلة التي تدخل في التفاعل.

14 جم من CaO - 11.2 جم من CaO

2.8 غرام كاو

أكسيد النحاس

مقدار أكسيد النحاس (CuO) الذي سيتم تشكيله عند تفاعل 11 غ من النحاس (Cu) بالكامل مع الأكسجين (O)₂)؟ كمية الأكسجين اللازمة في رد الفعل?

الخطوة الأولى هي تحقيق التوازن بين المعادلة. المعادلة المتوازنة هي كما يلي:

2Cu + O₂ => 2CuO

المعادلة متوازنة ، لذا فهي تتوافق مع قانون الحفاظ على الكتلة.

الوزن الذري لـ Cu هو 63.5 جم / مول ، والوزن الجزيئي لـ CuO هو 79.5 جم / مول.

من الضروري تحديد مقدار تشكيل CuO من الأكسدة الكاملة لـ 11 جم من Cu:

كتلة CuO = (11 جم Cu) ∙ (1 مول Cu / 63.5 جم Cu) ∙ (2 مول CuO / 2 مول Cu) ∙ (79.5 جم CuO / مول CuO)

كتلة CuO على شكل = 13.77 جم

لذلك ، فإن اختلاف الكتل بين CuO و Cu يعطي مقدار الأكسجين المتضمن في التفاعل:

كتلة الأكسجين = 13.77 جم - 11 جم

1.77 غرام₂

تشكيل كلوريد الصوديوم

كتلة من الكلور (Cl₂) من 2.47 جم تفاعل مع الصوديوم الكافي (Na) وتم تشكيل 3.82 جم من كلوريد الصوديوم (NaCl). كم كان رد فعل نا?

معادلة متوازنة:

2Na + Cl₂ => 2NaCl

وفقًا لقانون حفظ الكتلة:

كتلة Na = كتلة NaCl - كتلة Cl₂

3.82 جم - 2.47 جم

1.35 غ

مراجع

1. فلوريس ، ج. كيميكا (2002). افتتاحية سانتيانا.
2. ويكيبيديا. (2018). قانون حفظ المادة. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. المعهد الوطني للفنون التطبيقية. (بدون تاريخ). قانون حفظ الكتلة. CGFIE. تم الاسترجاع من: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine ، آن ماري ، دكتوراه (18 يناير 2019). قانون حفظ القداس ، تم استرجاعه من: thinkco.com
5. شريستا ب. (18 نوفمبر 2018). قانون حفظ المادة. كيمياء LibreTexts. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org