- En què consisteix la llei de la conservació de la matèria o massa?
- Aportació de Lavoisier
- Com s'aplica aquesta llei en una equació química?
- principis bàsics
- equació química
- balanceig
- Experiments que demostren la llei
- Incineració de metalls
- Alliberament d'oxigen
- Exemples (exercicis pràctics)
- Descomposició de l'monòxid de mercuri
- Incineració d'una cinta de magnesi
- Hidròxid de calci
- Òxid de coure
- Formació de clorur de sodi
- referències
La llei de la conservació de la matèria o massa és aquella que estableix que en tota reacció química, la matèria no es crea ni es destrueix. Aquesta es llei es basa en el fet que els àtoms són partícules indivisibles en aquest tipus de reaccions; mentre que en les reaccions nuclears els àtoms es fragmenten, raó per la qual no es consideren reaccions químiques.
Si els àtoms no es destrueixen, llavors quan un element o compost reacciona s'ha de mantenir constant el nombre d'àtoms abans i després de la reacció; la qual cosa es tradueix en una quantitat de massa constant entre els reactius i productes involucrats.
Reacció química entre A i B2. Font: Gabriel Bolívar
Això sempre és així si no hi ha una fuga que ocasioni pèrdues de matèria; però si el reactor està tancat hermèticament, no "desapareix" cap àtom, i per tant la massa carregada ha de ser igual a la massa després de la reacció.
Si el producte és sòlid, d'altra banda, la seva massa és igual a la suma dels reactius involucrats per a la seva formació. De la mateixa manera passa amb els productes líquids o gasosos, però és més propens a cometre errors a l'hora de mesurar les seves masses resultants.
Aquesta llei va néixer d'experiments de segles passats, enfortint davant les aportacions de diversos químics cèlebres, com Antoine Lavoisier.
Penseu en la reacció entre A i B 2 per formar AB 2 (imatge superior). D'acord a la llei de la conservació de la matèria, la massa d'AB 2 ha de ser igual a la sumatòria de les masses d'A i B 2, respectivament. Llavors, si 37g d'A reaccionen amb 13 g de B 2, el producte AB 2 ha de pesar 50g.
Per tant, en una equació química, la massa dels reactius (A i B 2) ha de ser sempre igual a la massa dels productes (AB 2).
Un exemple molt similar a l'acabat d'descrit és el de la formació d'òxids metàl·lics, com el rovell o rovell. La rovell és més pesada que el ferro (encara que no ho sembli) ja que el metall va reaccionar amb una massa d'oxigen per generar l'òxid.
En què consisteix la llei de la conservació de la matèria o massa?
Aquesta llei assenyala que una reacció química la massa dels reactants és igual a la massa dels productes. La llei s'expressa en la frase "la matèria ni es crea ni es destrueix, tot es transforma», tal com va ser enunciada per Julius Von Mayer (1814-1878).
La llei va ser elaborada en forma independent per Mikhaïl Lamanósov, en 1745, i per Antoine Lavoisier en 1785. Si bé els treballs de recerca de Lamanósov sobre la Llei de la Conservació de la Massa precedeixen als de Lavoisier, no van ser coneguts a Europa per estar escrits en rus.
Els experiments realitzats en 1676 per Robert Boyle els va portar a assenyalar que a l'incinerar un material en un recipient obert, el material incrementava el seu pes; potser a causa d'una transformació experimentada pel mateix material.
Els experiments de Lavoiser sobre la incineració de materials en recipients amb un ingrés limitat d'aire, mostraven un guany de pes. Aquest resultat estava en concordança amb l'obtingut per Boyle.
Aportació de Lavoisier
No obstant això, la conclusió de Lavoisier va ser diferent. Va pensar que durant la incineració una quantitat de massa era extreta de l'aire, el que explicaria l'augment de massa que s'observava en els materials sotmesos a la incineració.
Lavoiser pensava que la massa dels metalls romania constant durant la incineració, i que la disminució de la incineració en els recipients tancats no era causada per una disminució en un flojisto (concepte en desús), una suposada essència relacionada amb la producció de la calor.
Lavoiser va assenyalar que la disminució observada era causada, més aviat, per una disminució en la concentració dels gasos en els recipients tancats.
Com s'aplica aquesta llei en una equació química?
La llei de conservació de la massa és d'una importància transcendental en estequiometria, definint aquesta última com el càlcul de les relacions quantitatives entre els reactius i els productes presents en una reacció química.
Els principis de l'estequiometria van ser enunciats en 1792 per Jeremies Benjamí Richter (1762-1807), qui la va definir com la ciència que mesura les proporcions quantitatives o relacions de massa dels elements químics que estan involucrats en una reacció.
En una reacció química hi ha una modificació de les substàncies que hi intervenen. S'observa que els reactius o reactants es consumeixen per originar els productes.
Durant la reacció química hi ha ruptures d'enllaços entre els àtoms, així com la formació de nous enllaços; però el nombre d'àtoms que intervenen en la reacció roman inalterat. Això és el que es coneix com la llei de conservació de la matèria.
principis bàsics
Aquesta Llei implica dos principis bàsics:
-El nombre total d'àtoms de cada tipus és igual en els reactius (abans de la reacció) i en els productes (després de la reacció).
-La suma total de les càrregues elèctriques abans i després de la reacció es manté constant.
Això és degut a que el nombre de les partícules subatòmiques roman constant. Aquestes partícules són els neutrons sense càrrega elèctrica, els protons amb càrrega positiva (+), i els electrons amb càrrega negativa (-). Pel que no canvia la càrrega elèctrica durant una reacció.
equació química
Dit això, a l'hora de representar una reacció química mitjançant una equació (com la de la imatge principal), ha de respectar-se els principis bàsics. L'equació química fa servir símbols o representacions dels diferents elements o àtoms, i com es troben agrupats en molècules abans o després de la reacció.
S'utilitzarà novament la següent equació com a exemple:
A + B 2 => AB 2
El subíndex és un nombre que es col·loca a la part dreta dels elements (B 2 i AB 2) a la part inferior, indicant el nombre d'àtoms d'un element presents en una molècula. Aquest nombre no pot ser canviat sense la producció d'una molècula nova, diferent a l'original.
El coeficient estequiomètric (1, en el cas de A i la resta de les espècies) és un nombre que es col·loca en part esquerra dels àtoms o molècules, indicatiu de l'nombre d'ells que intervenen en una reacció.
En una equació química, si la reacció és irreversible es col·loca una sola fletxa, que indica el sentit de la reacció. Si la reacció és reversible, hi ha dues fletxes en sentit oposat. A l'esquerra de les fletxes s'ubiquen els reactius o reactants (A i B 2), mentre que a la dreta es troben els productes (AB 2).
balanceig
Balancejar una equació química és un procediment que permet igualar el nombre d'àtoms dels elements químics presents en els reactius amb els dels productes.
Dit en altres termes, la quantitat d'àtoms de cada element ha de ser igual al costat dels reactius (abans de la fletxa) i en el costat de productes de la reacció (després de la fletxa).
Es diu que quan una reacció està equilibrada, s'està respectant la Llei d'acció de Massa.
Per tant, és indispensable balancejar el nombre d'àtoms i les càrregues elèctriques en ambdós costats de la fletxa en una equació química. Així mateix, la suma de les masses dels reactius, ha de ser igual a la suma de les masses dels productes.
Per al cas de l'equació representada, ja està equilibrada (igual nombre d'A i B en ambdós costats de la fletxa).
Experiments que demostren la llei
Incineració de metalls
Lavoiser, observant la incineració de metalls com el plom i l'estany en envasos tancats amb un ingrés limitat d'aire, va reparar en que els metalls es trobaven recoberts d'un calcinat; i més, que el pes de l'metall en un moment determinat de l'escalfament era igual a l'inicial.
Com a l'incinerar un metall s'observa un augment de pes, Lavoiser va pensar que l'excés de pes observat podria ser explicat per una certa massa d'alguna cosa que s'extreu de l'aire durant la incineració. És per això que la massa romania constant.
Aquesta conclusió, que podria ser considerada amb una base científica poc sòlida, no és tal, tenint en compte el coneixement que tenia Lavoiser sobre l'existència d'l'oxigen per al moment en que va enunciar la seva Llei (1785).
Alliberament d'oxigen
L'oxigen va ser descobert per Carl Willhelm Scheele en 1772. Posteriorment, Joseph Priesley el va descobrir de forma independent, i va publicar els resultats de la seva investigació, tres anys abans que Scheele publiqués els seus resultats sobre aquest mateix gas.
Priesley va escalfar monòxid de mercuri i va recollir un gas que produïa un augment de la brillantor de la flama. A més, a l'introduir els ratolins en un envàs amb el gas es tornaven més actius. Priesley va cridar a aquest gas desflogistizado.
Priesley va comunicar les seves observacions a Antoine Lavoiser (1775), que va repetir els seus experiments demostrant que el gas es trobava en l'aire i en l'aigua. Lavoiser va reconèixer a el gas com un nou element, donant-li el nom d'oxigen.
Quan Lavoisier va utilitzar com a argument per enunciar la seva llei, que l'excés de massa observat en la incineració dels metalls era causa d'alguna cosa que es va extreure de l'aire, pensava en l'oxigen, element que es combina amb els metalls durant incinaración.
Exemples (exercicis pràctics)
Descomposició de l'monòxid de mercuri
Si s'escalfen 232,6 de monòxid de mercuri (HgO), es descompon en mercuri (Hg) i oxigen molecular (O 2). Basant-se en la llei de conservació de la massa i en els pesos atòmics: (Hg = 206,6 g / mol) i (O = 16 g / mol), assenyali la massa d'Hg i O 2 que es forma.
HgO => Hg + O 2
232,6 g 206,6 g 32 g
Els càlculs són molt directes, ja que s'està descomponent exactament un mol d'HgO.
Incineració d'una cinta de magnesi
Cinta de magnesi cremant. Font: Capt. John Yossarian, from Wikimedia Commons
Una cinta de magnesi de 1,2 g es va incinerar en un recipient tancat que contenia 4 g d'oxigen. Després de la reacció van quedar 3,2 g d'oxigen sense reaccionar. Quant d'òxid de magnesi es va formar?
El primer que cal calcular és la massa d'oxigen que va reaccionar. Això es pot calcular fàcilment, mitjançant una sostracció:
Massa d'O 2 que va reaccionar = massa inicial d'O 2 - massa final d'O 2
(4 - 3,2) g O 2
0,8 g d'O 2
Basant-se en la llei de la conservació de la massa, es pot calcular la massa de MgO formada.
Massa de MgO = massa de Mg + massa d'O
1,2 g + 0,8 g
2,0 g MgO
Hidròxid de calci
Una massa de 14 g d'òxid de calci (CaO) va reaccionar amb 3,6 g d'aigua (H 2 O), que es va consumir totalment a la reacció per formar 14,8 g d'hidròxid de calci, Ca (OH) 2:
Quina quantitat d'òxid de calci va reaccionar per formar hidròxid de calci?
Quina quantitat d'òxid de calci va sobrar?
La reacció pot ser esquematitzada mitjançant l'equació següent:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
L'equació està balancejada. Per tant compleix amb la llei de conservació de la massa.
Massa de CaO que intervé en la reacció = massa de Ca (OH) 2 - massa d'H 2 O
14,8 g - 3,6 g
11,2 g CaO
Per tant, el CaO que no va reaccionar (el que sobra) es calcula fent una resta:
Massa de CaO sobrant = massa present en la reacció - massa que va intervenir en la reacció.
14 g de CaO - 11,2 g de CaO
2,8 g CaO
Òxid de coure
Quina quantitat d'òxid de coure (CuO) es formarà quan reaccionin completament 11 g de coure (Cu) amb l'oxigen (O 2)? Quina quantitat d'oxigen es necessiten en la reacció?
El primer pas és balancejar l'equació. L'equació balancejada queda de la manera següent:
2Cu + O 2 => 2CuO
L'equació està equilibrada, de manera que compleix amb la llei de la conservació de la massa.
El pes atòmic de l'Cu és 63,5 g / mol, i el pes molecular de CuO és 79,5 g / mol.
Cal determinar quant CuO es forma a partir de l'oxidació completa dels 11 g de Cu:
Massa CuO = (11 g de Cu) ∙ (1mol de Cu / 63,5 g Cu) ∙ (2 mol CuO / 2mol Cu) ∙ (79,5 g CuO / mol CuO)
Massa de CuO format = 13,77 g
Per tant, la diferència de les masses entre el CuO i el Cu dóna la quantitat d'oxigen que intervé en la reacció:
Massa de l'oxigen = 13,77 g - 11 g
1,77 g O 2
Formació de clorur de sodi
Una massa de clor (Cl 2) de 2,47 g es va fer reaccionar amb suficient sodi (Na) i es van formar 3,82 g de clorur de sodi (NaCl). Quina quantitat de Na va reaccionar?
Equació balancejada:
2Na + Cl 2 => 2NaCl
Segons la llei de la conservació de la massa:
Massa de l'Na = massa de l'NaCl - massa Cl 2
3,82 g - 2,47 g
1,35 g Na
referències
- Flors, J. Química (2002). Editorial Santillana.
- Wikipedia. (2018). Llei de conservació de la matèria. Recuperat de: es.wikipedia.org
- Institut Politècnic Nacional. (Sf). Llei de la conservació de la massa. CGFIE. Recuperat de: aev.cgfie.ipn.mx
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 de gener de al 2019). Law of Conservation of Mass. Recuperat de: thoughtco.com
- Shrestha B. (18 de novembre del 2018). The law of conservation of matter. Chemistry LibreTexts. Recuperat de: chem.libretexts.org