- מה חוק שימור החומר או המיסה?
- תרומתו של לבואהייה
- כיצד חוק זה מיושם במשוואה כימית?
- עקרונות בסיסיים
- משוואה כימית
- נִדנוּד
- ניסויים שמוכיחים את החוק
- שריפת מתכת
- שחרור חמצן
- דוגמאות (תרגילים מעשיים)
- פירוק חד תחמוצת כספית
- שריפת חגורת מגנזיום
- סידן הידרוקסיד
- תחמוצת נחושת
- היווצרות נתרן כלורי
- הפניות
חוק שימור החומר או מסה היא זו הגורסת כי בכל תגובה כימית, עניין לא נוצרת ולא נהרס. חוק זה מבוסס על העובדה שהאטומים הם חלקיקים בלתי ניתנים לחלוקה בסוג זה של תגובה; בעוד שבתגובות גרעיניות האטומים מפוצלים, וזו הסיבה שהם אינם נחשבים כתגובות כימיות.
אם האטומים אינם נהרסים, אז כאשר גורם או תרכובת מגיבים, יש לשמור על מספר האטומים לפני ואחרי התגובה; מה שמתרגם לכמות קבועה של מסה בין המגיבים והמוצרים המעורבים.
תגובה כימית בין A ל- B2. מקור: גבריאל בוליבר
זה תמיד המקרה אם אין דליפה הגורמת להפסדים מהותיים; אך אם הכור סגור הרמטית, שום אטום "לא נעלם", ולכן המסה הטעונה חייבת להיות שווה למסה לאחר התגובה.
אם המוצר מוצק, לעומת זאת, המסה שלו תהיה שווה לסכום המגיבים המעורבים בהיווצרותו. הדבר קורה גם עם מוצרים נוזליים או גזים, אך הוא נוטה יותר לטעות בעת מדידת ההמונים שהתקבלו.
חוק זה נולד מניסויים במאות השנים האחרונות, מחוזק על ידי תרומותיהם של כימאים מפורסמים שונים, כמו אנטואן לבואהייה.
שקול את התגובה בין A ל B 2 ליצירת AB 2 (תמונה עליונה). על פי חוק שימור החומר, המסה של AB 2 צריכה להיות שווה לסכום ההמונים של A ו- B 2 , בהתאמה. כך שאם 37 גרם A מגיב עם 13 גרם B 2 , המוצר AB 2 חייב לשקול 50 גרם.
לכן, במשוואה כימית, מסה של המגיבים (A ו- B 2 ) חייבת תמיד להיות שווה למסת התוצרים (AB 2 ).
דוגמה הדומה מאוד לזו שתוארה זה עתה להיווצרות תחמוצות מתכתיות, כמו חלודה או חלודה. חלודה כבדה יותר מברזל (אם כי היא אולי לא נראית כמוה) מכיוון שהמתכת הגיבה במסה חמצן ליצירת התחמוצת.
מה חוק שימור החומר או המיסה?
חוק זה קובע כי בתגובה כימית המסה של המגיבים שווה למסת התוצרים. החוק בא לידי ביטוי בביטוי "החומר לא נוצר ולא נהרס, הכל הופך", כפי שהוגן על ידי יוליוס פון מאייר (1814-1878).
החוק פותח באופן עצמאי על ידי מיכאיל למנוסוב, בשנת 1745, ועל ידי אנטואן לבואזייה בשנת 1785. אף על פי שעבודות המחקר של למנוסוב בנושא חוק שימור המיסה קדמו לזו של לבויסייר, הם לא היו ידועים באירופה על כך שנכתב ברוסית.
הניסויים שבוצעו בשנת 1676 על ידי רוברט בויל הובילו אותם להצביע על שכאשר שרף חומר במיכל פתוח, עלה החומר במשקל; אולי בגלל טרנספורמציה שחווה החומר עצמו.
הניסויים של Lavoiser על שריפת חומרים במכולות עם צריכת אוויר מוגבלת הראו עלייה במשקל. תוצאה זו הייתה בקנה אחד עם זו שהושגה על ידי בויל.
תרומתו של לבואהייה
עם זאת, מסקנתו של לבואהייה הייתה שונה. הוא חשב שבמהלך שריפה חולצה כמות מסה מהאוויר, שתסביר את עליית המסה שנצפתה בחומרים הנתונים לשרפה.
Lavoiser האמין שמסת המתכות נותרה קבועה במהלך שריפה, וכי הירידה בעיצוב שריפה במכולות סגורות לא נגרמה כתוצאה מירידה במושג רופף (שלא נעשה בו שימוש), תמצית אמורה הקשורה לייצור חום.
Lavoiser ציין כי הירידה שנצפתה נגרמה, אלא, מירידה בריכוז הגזים במכלים הסגורים.
כיצד חוק זה מיושם במשוואה כימית?
חוק שימור המסה הוא בעל חשיבות טרנסצנדנטלית בסטואיציומטריה, כאשר האחרונים מוגדרים כחישוב היחסים הכמותיים בין מגיבים למוצרים שנמצאים בתגובה כימית.
העקרונות של הסטוכיומטריה הוטבעו בשנת 1792 על ידי ג'רמיאס בנימין ריכטר (1762-1807), שהגדיר זאת כמדע המודד את הפרופורציות הכמותיות או את יחסי ההמונים של היסודות הכימיים המעורבים בתגובה.
בתגובה כימית יש שינוי של החומרים הנוטלים בו חלק. נציין כי המגיבים או המגיבים נצרכים למקורם של המוצרים.
במהלך התגובה הכימית יש הפסקות של קשרים בין האטומים, כמו גם היווצרות קשרים חדשים; אך מספר האטומים המעורבים בתגובה נותר ללא שינוי. זה מה שמכונה חוק שימור החומר.
עקרונות בסיסיים
חוק זה מרמז על שני עקרונות יסוד:
המספר הכולל של האטומים מכל סוג זהה בריאקטנטים (לפני התגובה) ובמוצרים (אחרי התגובה).
-הסכום הכולל של המטענים החשמליים לפני ואחרי התגובה נשאר קבוע.
הסיבה לכך היא שמספר החלקיקים התת אטומיים נותר קבוע. חלקיקים אלה הם נויטרונים ללא מטען חשמלי, פרוטונים טעונים באופן חיובי (+) ואלקטרונים טעונים באופן שלילי (-). כך שהמטען החשמלי לא משתנה במהלך תגובה.
משוואה כימית
אם נאמר את האמור לעיל, כאשר מייצגים תגובה כימית באמצעות משוואה (כמו זו שבתמונה הראשית), יש לכבד את העקרונות הבסיסיים. המשוואה הכימית משתמשת בסמלים או בייצוגים של היסודות או האטומים השונים, וכיצד הם מקובצים למולקולות לפני או אחרי התגובה.
המשוואה הבאה תשמש שוב כדוגמה:
A + B 2 => AB 2
התסקיר הוא מספר שמונח בצד ימין של היסודות (B 2 ו- AB 2 ) בתחתיתו, המציין את מספר האטומים של יסוד שנמצא במולקולה. לא ניתן לשנות את המספר הזה ללא ייצור מולקולה חדשה, שונה מהמקור.
המקדם הסטואיציומטרי (1, במקרה של A ושאר המינים) הוא מספר שמונח בחלק השמאלי של האטומים או המולקולות, מה שמצביע על מספרם שלוקחים חלק בתגובה.
במשוואה כימית, אם התגובה בלתי הפיכה, ממוקם חץ יחיד, המציין את כיוון התגובה. אם התגובה הפיכה, ישנם שני חצים בכיוון ההפוך. משמאל לחצים נמצאים המגיבים או המגיבים (A ו- B 2 ) ואילו מימין המוצרים (AB 2 ).
נִדנוּד
איזון משוואה כימית הוא הליך המאפשר להשוות את מספר האטומים של היסודות הכימיים שנמצאים במגיבים עם אלו של המוצרים.
במילים אחרות, מספר האטומים של כל יסוד צריך להיות שווה בצד המגיבים (לפני החץ) ובצד תוצרי התגובה (אחרי החץ).
נאמר שכאשר איזון בתגובה, מכבדים את חוק הפעולה ההמונית.
לכן חיוני לאזן בין מספר האטומים והמטענים החשמליים משני צידי החץ במשוואה כימית. כמו כן, סכום ההמונים של המגיבים חייב להיות שווה לסכום ההמונים של המוצרים.
במקרה של המשוואה המיוצגת, היא כבר מאוזנת (מספר שווה של A ו- B משני צידי החץ).
ניסויים שמוכיחים את החוק
שריפת מתכת
Lavoiser, התבונן על שריפת מתכות כמו עופרת ופח במיכלים סגורים עם צריכת אוויר מוגבלת, הבחין כי המתכות מכוסות בסינון; ויתרה מכך, שמשקל המתכת בזמן נתון של חימום היה שווה לזה שהיה הראשון.
כאשר נצפתה עלייה במשקל בעת שריפת מתכת, Lavoiser חשב שאפשר להסביר את המשקל העודף שנצפה על ידי מסה מסוימת של משהו שמוסר מהאוויר במהלך שריפה. מסיבה זו המסה נותרה קבועה.
מסקנה זו, שניתן היה לשקול אותה עם בסיס מדעי לא יסודי, איננה כזו, תוך התחשבות בידע שהיה ללווויסר אודות קיומו של חמצן באותה תקופה שהכריז על חוקו (1785).
שחרור חמצן
חמצן התגלה על ידי קרל ויללהם שליי בשנת 1772. מאוחר יותר גילה ג'וזף פריסלי זאת באופן עצמאי, ופרסם את תוצאות מחקריו, שלוש שנים לפני ששלה פרסם את תוצאותיו על אותו גז זה.
פריסלי חימם חד תחמוצת כספית ואסף גז שהגביר את בהירות הלהבה. בנוסף, כאשר העכברים הונחו במיכל עם הגז, הם הפכו לפעילים יותר. פריסלי כינה את הגז הזה מביטול.
פריסלי דיווח על תצפיותיו לאנטואן לבויסר (1775) שחזר על ניסוייו שהראה כי גז נמצא באוויר ובמים. Lavoiser זיהה גז כאלמנט חדש, ושמו אותו חמצן.
כאשר לבויסייר השתמש בטיעון לקביעת חוקו, כי עודף המסה שנצפה בעירה של מתכות נבע ממשהו שהוצא מהאוויר, הוא חשב על חמצן, אלמנט שמשתלב עם מתכות במהלך שריפה.
דוגמאות (תרגילים מעשיים)
פירוק חד תחמוצת כספית
אם מחוממים 232.6 של כספית חד-חמצנית (HgO), הוא מתפרק לכספית (Hg) ולחמצן מולקולרי (O 2 ). בהתבסס על חוק שימור המסה ומשקלי האטום: (Hg = 206.6 גרם / מול) ו- (O = 16 גרם / מול), ציין את המסה של Hg ו- O 2 שנוצרת.
HgO => Hg + O 2
232.6 גרם 206.6 גרם 32 גרם
החישובים מאוד פשוטים, מכיוון שמתפרק בדיוק שומה אחת של HgO.
שריפת חגורת מגנזיום
שריפת סרט מגנזיום. מקור: קפט. ג'ון יוסאריאן, מ- Wikimedia Commons
סרט מגנזיום של 1.2 גרם שרף במיכל סגור שהכיל 4 גרם חמצן. לאחר התגובה נותרו 3.2 גרם חמצן שלא הוגש. כמה נוצר תחמוצת מגנזיום?
הדבר הראשון שיש לחשב הוא מסת החמצן שהגיבה. ניתן לחשב זאת בקלות בעזרת חיסור:
מסה של O 2 שהגיבה = מסה ראשונית של O 2 - מסה סופית של O 2
(4 - 3.2) g O 2
0.8 גרם O 2
על סמך חוק שימור המסה, ניתן לחשב את מסת ה- MgO שנוצרה.
מסה של MgO = מסה של Mg + מסה של O
1.2 גרם + 0.8 גרם
2.0 גרם MgO
סידן הידרוקסיד
מסה של 14 גרם של תחמוצת סידן (CAO) הגיבו עם 3.6 גרם של מים (H 2 O), אשר היה נצרך לחלוטין התגובה להקים 14.8 גרם של סידן הידרוקסיד, Ca (OH) 2 :
כמה הגיב תחמוצת הסידן ליצירת סידן הידרוקסיד?
כמה נותר תחמוצת הסידן?
ניתן לתאר את התגובה על ידי המשוואה הבאה:
CaO + H 2 O => Ca (OH) 2
המשוואה מאוזנת. לכן הוא תואם את חוק שימור ההמונים.
Mass של קאו המעורב בתגובה = מסה של Ca (OH) 2 - המונית של H 2 O
14.8 גרם - 3.6 גרם
11.2 גרם CaO
לכן, CaO שלא הגיב (זה שנשאר) מחושב על ידי ביצוע חיסור:
מסה של עודף CaO = מסה שנמצאת בתגובה - מסה שלקחה חלק בתגובה.
14 גרם CaO - 11.2 גרם CaO
2.8 גרם CaO
תחמוצת נחושת
כמה תחמוצת נחושת (CuO) תיווצר כאשר 11 גרם נחושת (Cu) יגיבו לחלוטין עם חמצן (O 2 )? כמה חמצן נחוץ בתגובה?
השלב הראשון הוא לאזן את המשוואה. המשוואה המאוזנת היא כדלקמן:
2Cu + O 2 => 2CuO
המשוואה מאוזנת, כך שהיא תואמת את חוק שימור המסה.
המשקל האטומי של Cu הוא 63.5 גרם / מול, והמשקל המולקולרי של CuO הוא 79.5 גרם / מול.
יש לקבוע כמה נוצר CuO מהתחמצנות מוחלטת של 11 גרם של Cu:
המונית CuO = (11 גרם Cu) ∙ (1 mol Cu / 63.5 גרם Cu) ∙ (2 mol CuO / 2 mol Cu) ∙ (79.5 גרם CuO / mol CuO)
המסה של CuO נוצרה = 13.77 גרם
לכן ההבדל בהמונים בין CuO לקו נותן את כמות החמצן המעורבת בתגובה:
מסת חמצן = 13.77 גרם - 11 גרם
1.77 גרם O 2
היווצרות נתרן כלורי
מסה של כלור (Cl 2 ) של 2.47 גרם הועברה עם נתרן מספיק (Na) ונוצרו 3.82 גרם נתרן כלורי (NaCl). כמה הגיבה נא?
משוואה מאוזנת:
2Na + Cl 2 => 2NaCl
על פי חוק שימור המסה:
מסה של Na = מסה של NaCl - מסה Cl 2
3.82 גרם - 2.47 גרם
1.35 גרם Na
הפניות
- פלורס, ג'יי קווימיקה (2002). סנטילנה העריכה.
- ויקיפדיה. (2018). חוק שימור החומר. התאושש מ: es.wikipedia.org
- המכון הפוליטכני הלאומי. (sf). חוק שימור המסה. CGFIE. התאושש מ: aev.cgfie.ipn.mx
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (18 בינואר, 2019). חוק שימור המסה. התאושש מ-: hugsco.com
- שרסטה ב (18 בנובמבר 2018). חוק שימור החומר. כימיה LibreTexts. התאושש מ: chem.libretexts.org