Zachování hmoty hmoty v chemii. Podstata chemické reakce. Zákon zachování hmotnosti látek

STOICHIOMETRICKÉ ZÁKONY CHEMIE

Vše je určeno mírou, počtem a hmotností.

G. Cavendish

Zákon zachování hmotnosti látek

Zákon zachování hmoty poprvé formuloval M.V Lomonosov v roce 1748. Experimentálně jej potvrdil na příkladu hoření kovů v uzavřených nádobách v roce 1756. Lomonosov studoval výskyt chemických reakcí vážením výchozích látek a produktů v Akademii věd. vytvořená v roce 1748 chemická laboratoř v Petrohradě.

M.V Lomonosov v dopise L. Eulerovi z 5. července 1748 formuloval tento zákon takto: „Všechny změny vyskytující se v přírodě se dějí tak, že je-li něco k něčemu přidáno, je to z jiného odebráno. Tedy, kolik hmoty se přidá k jednomu tělu, stejné množství se ztratí z jiného, ​​kolik hodin strávím spánkem, stejné množství uberu z bdění atd. Protože se jedná o univerzální přírodní zákon, platí také k pravidlům pohybu: těleso, „které svým popudem podněcuje druhého k pohybu, ztrácí ze svého pohybu tolik, kolik s tím druhým, jím pohybovaným, komunikuje“.

O něco později (1789) zavedl zákon zachování hmotnosti nezávisle na Lomonosovovi A.L. Lavoisier, který ukázal, že během chemických reakcí se zachovává nejen celková hmotnost látek, ale také hmotnost každého z prvků, které tvoří interagujících látek: „Nic se neděje v umělé procesy, ani v přírodních, a lze zastávat stanovisko, že v každé operaci je stejné množství hmoty před a po, že kvalita a kvantita principů zůstala stejná, došlo pouze k přesunům a přeskupení. Celé umění dělat experimenty v chemii je založeno na tomto návrhu.“ („Základní kurz chemie“, 1789).

Moderní znění zákona:

Hmotnost látek vstupujících do chemické reakce se rovná hmotnosti látek vzniklých v důsledku reakce.

Probíhá chemická reakce jádra atomů zůstávají nezměněna. Atom však není jen jádro, ale také elektrony, které jej obklopují. V procesu chemické interakce dochází k restrukturalizaci elektronové struktury (alespoň vnějších elektronových vrstev), takže atom se mění a není vůbec zřejmé, že jeho hmotnost zůstává konstantní. Ale počet elektronů, stejně jako jader, je zachován.

Zákon zachování hmoty, stejně jako ostatní zákony zachování, je přísně dodržován, ale vyžaduje určité vysvětlení. V roce 1905 A. Einstein ukázal, že existuje vztah mezi hmotností tělesa (m) a jeho energií (E), vyjádřený vztahem:

kde c je rychlost světla ve vakuu. Tato Einsteinova rovnice platí jak pro makroskopická tělesa, tak pro částice mikrosvěta (například elektrony, protony). Při chemických reakcích se energie vždy uvolňuje nebo absorbuje, takže se mění i hmotnost látek účastnících se reakce.

Zadání pro samostatnou práci. Určete hodnotu hmotnosti odpovídající množství tepla uvolněného při reakci

H2 (g) + 1/202 (g) = H20 (g) + 241,8 kJ.

Je možné zaznamenat takovou změnu hmotnosti v chemických procesech?

U jakých procesů je patrná změna hmotnosti v důsledku uvolnění nebo absorpce energie?

Jak by měl být přeformulován zákon zachování hmoty, aby platil pro jakýkoli proces?

Příklad 2.1. Kalcinací 100 g uhličitanu vápenatého bylo získáno 56 g oxidu vápenatého a 22,4 l oxidu uhelnatého (IV) (n.s.). Odporuje to zákonu zachování hmoty látek?

Řešení. Podle Avogadrova zákona odpovídá za normálních podmínek 1 mol této látky 22,4 litrů plynu. V důsledku toho se během reakce vytvořil 1 mol C02. Hmotnost 1 mol oxid uhličitý:

m(C02) = v(C02) M(C02); M(C02) = 44 g/mol; m(C02) = 144 = 44 (g).

Součet hmotností reakčních produktů bude:

56 + 44 = 100 (g),

která se rovná hmotnosti původního uhličitanu vápenatého. Zákon zachování hmoty je tedy splněn.

M.V. LOMONOSOV ZÁKON ZACHOVÁNÍ HMOTY LÁTEK

Jsem v 8. třídě a právě jsem začal studovat nový předmět - chemii. V hodinách chemie jsme procházeli chemickými a fyzikálními jevy. Učitel chemie nám ukázal pokus s hořící svíčkou. Tato zkušenost mě zaujala. Rozhodl jsem se dozvědět se o této zkušenosti hlouběji a zkusit to udělat. Při studiu doma jsem se dozvěděl, že tento experiment provedl velký ruský vědec M. V. Lomonosov. Rozhodl jsem se pokusit zopakovat jeho experimenty a dozvědět se více o vědci samotném a jeho dílech.

CÍLE VÝZKUMU:

Analyzovat práce M.V. Lomonosova v oblasti chemických věd;

Prostudujte si práce M.V. Lomonosova o vytvoření zákona o zachování hmoty látek;

Seznamte se s pracemi dalších vědců v oblasti zákona zachování hmotnosti látek;

Zvažte experimenty provedené M. V. Lomonosovem a dalšími vědci, aby kvantitativně dokázaly zákon zachování hmoty látek;

Proveďte experiment, abyste dokázali, že hmotnost látek, které vstoupily do chemické reakce, se rovná hmotnosti, která je výsledkem reakce

CÍLE VÝZKUMU:

Prostudujte si tištěnou literaturu ke zkoumané problematice: zákon zachování hmotnosti látek;

Analyzujte internetové stránky věnované 300. výročí narození M. V. Lomonosova;

Proveďte experiment potvrzující závěry M.V. Lomonosova, abyste dokázali zákon zachování hmoty látek;

Shrňte a vyvodte závěry o provedené práci.

Naši lidé zapsali do dějin světové vědy mnoho slavných jmen. Ale jméno Lomonosov je spojeno s rozvojem několika věd najednou. Je to největší fyzik, chemik, geolog a zároveň historik, jazykový badatel a dokonce i básník. Objevy M. V. Lomonosova neobvykle obohatily ruskou vědu. Popsal stavbu Země, vysvětlil původ mnoha minerálů, vybavil první chemickou laboratoř, napsal první učebnici ruské gramatiky v současné ruštině, vypracoval projekt rozvoje Severní mořské cesty, prováděl pokusy s elektřinou, zjistil, že planeta Venuše má atmosféru. Díky tomuto vědci se v Rusku objevila první univerzita, která existuje dodnes. Syn rolníka ze severního okraje Ruska se stal největším ruským vědcem, uznávaným v celé Evropě.

Ve škole se k M. Lomonosovovi chováme jako k něčemu mezi historikem a filologem. V našich myslích je to muž s poetickým talentem, muž, který se těší slávě „prvního ruského vědce“. O přírodovědných názorech Lomonosova se někdy ve škole úplně mlčí. To, v čem je nezměrně skvělý, je odsunuto do pozadí a zůstává ve stínu.

Je pro nás těžké posoudit, které vědy Lomonosovovo srdce leží nejvíce. Blíže své době náš největší básník Puškin vyzdvihuje jeho přírodovědné výzkumy. Lomonosovovy aktivity charakterizuje takto: „Kombinací mimořádné síly vůle s mimořádnou silou konceptu Lomonosov obsáhl všechna odvětví vzdělávání. Touha po vědě byla nejsilnější vášní této duše, naplněné vášněmi. Vše zažil a do všeho pronikl... První se noří do historie Otce vlasti, potvrzuje pravidla jejího veřejného jazyka, uvádí zákony a příklady klasické výmluvnosti; předjímá Franklinovy ​​objevy, zakládá továrnu, sám staví stroje, obdarovává umění mozaikovými díly a nakonec nám odhaluje skutečné zdroje našeho poetického jazyka."

Jako teoretický chemik i jako výzkumný chemik stál M. V. Lomonosov hlavou a rameny nad svými současníky. Jedním ze specifických projevů univerzálního přírodního zákona byl Lomonosovem objevený a experimentálně potvrzený zákon zachování hmoty při chemických přeměnách, jehož vznik na dlouhou dobu zcela nespravedlivě připisován francouzskému chemikovi Antoine Laurentovi Lavoisierovi. Univerzální přírodní zákon navržený M. Lomonosovem zahrnuje i zákon zachování energie, který vstoupil do vědy teprve v polovině 19. století: „Ale jako všechny změny, ke kterým v přírodě dochází, jsou to takové stavy, že cokoli je odebráno jednomu tělu, tolik bude přidáno jinému. Takže když se někde ztratí malá hmota, rozmnoží se na jiném místě.“

M.V Lomonosov se řídil zákonem zachování hmoty a pohybu nejen při konstrukci atomově-molekulární teorie, ale i v. experimentální studie. Velký význam přikládal měření hmotnosti výchozích látek a látek pocházejících z chemických operací, věřil, že pouze kvantitativním měřením lze proniknout do tajů chemických přeměn.

V některých svých klasických experimentech byl Lomonosov dlouho před některými evropskými vědci. Zahříváním olova a cínu v uzavřených skleněných trubicích se tedy Lomonosov přesvědčil, že hmotnost kovů se nemění; z toho usoudil, že obvyklý nárůst hmotnosti vůbec nezávisí na bájném „flogistonu“, ale na kontaktu žhavých kovů se vzduchem, který nedostatečným zanášením pronikal do retort.

V roce 1673 vyšla kniha R. Boyla „New Experiments on How to Make Fire and Flame Persistent and Significant“, ve které anglický chemik popsal experimenty s kalcinací kovů. Vědec umístil kov do retorty, utěsnil jej, zvážil, kalcinoval, dokud se z kovu nevytvořilo „vápno“, načež retortu otevřel a znovu zvážil, čímž přirozeně získal zvýšení „hmotnosti“. Přestože byl R. Boyle dobře obeznámen s díly R. Hooka a D. Mayova, vysvětloval nárůst hmotnosti kovů při výpalu přidáním nejjemnější „ohnivé hmoty“, která pronikla póry. ze skla.

V roce 1756 M. V. Lomonosov zopakoval Boyleovy experimenty se změnou, že před vážením neotvíral retorty „vápnem“. Výsledkem bylo přesně to, co vědec očekával na základě svých teoretických představ: „ohnivá hmota“ neexistuje. Krátký vstup experimentů bylo následující: „...mezi různými chemické pokusy... experimenty byly prováděny ve skleněných nádobách, které byly pevně roztaveny, aby se zjistilo, zda se zvyšuje hmotnost kovů.“

O 17 let později, v roce 1773, experimenty R. Boyla zopakoval A. Lavoisier s přesně stejnými výsledky jako M. Lomonosov. Učinil však nový, velmi důležitý poznatek, a sice, že pouze část vzduchu v uzavřené retortě se sloučila s kovem a že nárůst hmotnosti kovu, který se změnil na okuje, se rovná poklesu hmotnosti vzduch v retortě.

Ale bohužel! Tyto Lomonosovovy experimenty zůstaly bez povšimnutí. A když je o osmnáct let později Lavoisier zopakoval, sklidil vavříny, které M. Lomonosovovi právem patřily.

Pod vedením učitele chemie jsem provedl pokusy potvrzující závěry M.V. Lomonosova. K tomu jsem vzal Landoltovy nádoby, z nichž jedna obsahovala kyselina chlorovodíková a zinek a ve druhé - hydroxid sodný a síran měďnatý ( fotka 1). Vyrovnal váhy. Po vypuštění roztoků ( fotka 2) došlo k chemické reakci. Viděl jsem, že se v jedné nádobě vytvořil sediment modrá barva a plyn se uvolňuje v jiné nádobě ( fotka 3). Jehla stupnice zůstala po chemické reakci na stejné úrovni. Byl jsem tedy přesvědčen, že hmotnost látek, které vstoupily do chemické reakce, se rovná hmotnosti látek vzniklých po reakci.

2

3

K provedení druhého experimentu jsem potřeboval hermeticky uzavřenou baňku, do které jsme umístili hořící svíčku. Váhy jsou vyrovnané ( fotka 4). Zapálili svíčku a spustili ji do baňky, pevně ji zakryli zátkou ( fotka 5). Během hoření svíčka, která spotřebovala všechen kyslík z baňky, zhasla. Stalo chemický jev. Váhy zůstaly po reakci vyrovnané. Z toho vyplývá, že hmota látek, která vstoupila do chemické reakce, zůstala po jejím skončení nezměněna.

4

5

Závěr: Takže úkoly, které jsem si stanovil, byly splněny. Dozvěděl jsem se hodně o velkém ruském vědci M. V. Lomonosovovi, o jeho úspěších v různých oblastech vědy. Experimentálně byl potvrzen jeden z jeho zákonů, zákon zachování hmoty látek.

Taková je všestranná činnost ruského génia, který dokázal – nejen ve svých vědeckých odhaleních, ale i v nevyhnutelných omylech – zanechat nesmazatelné stopy velkého, neúnavného myšlení a práce ve prospěch vědy, pro jejíž rozkvět v jeho rodnou zemi, kterou tak horlivě a tak nezištně obhajoval.

Produkty jakékoli chemické reakce se skládají ze stejných atomů, které tvořily původní látky. Při chemických reakcích jsou atomy zachovány, což znamená, že hmotnost všech atomů musí být zachována. V tomto případě musí mít produkty jakékoli chemické reakce stejnou hmotnost jako výchozí látky.

Po některých pokusech se může zdát, že tvrzení o hmotnosti látek je nesprávné. Například při kalcinaci se kovy mění na křehké šupiny, jejichž hmotnost je vždy větší než hmotnost kovů před experimentem. Ale proč? Je možné, že se nějaké částice ze vzduchu přichytí na kov? M.V. Lomonosov našel odpověď na tuto otázku: kalcinoval kovy v uzavřených nádobách. Kov se proměnil v okuje a hmotnost nádoby s vahou zůstala stejná jako hmotnost nádoby s kovem. Ukazuje se, že hmotnost obsažená ve vzduchové nádobě se snížila o tolik, jako se zvýšila hmotnost kovu.

Hmotnost látek, které vstupují do chemické reakce, se vždy rovná hmotnosti výsledných látek.

Tento jeden ze základních zákonů chemie se nazývá zákon zachování hmoty hmoty. Tento zákon poprvé formuloval M.V. Lomonosov takto:

„Všechny změny, k nimž dochází v přírodě, jsou v takovém stavu, že jak mnoho z něčeho je odebráno jednomu tělu, tolik bude přidáno jinému, takže pokud se někde ztratí malá hmota, znásobí se na jiném místě. “

Ze zákona zachování hmoty hmoty vyplývá, že látky nemohou vznikat odnikud a z ničeho ani se v nic proměnit. I když se nám zdá, že chemickou reakcí vzniká nadbytečné množství látky nebo že se hmotnost látky po chemické reakci zmenšila, znamená to, že jsme nevzali v úvahu všechny látky účastnící se reakce, resp. výsledné látky.

Například při hoření dřeva se nám zdá, že látky, ze kterých vzniká, beze stopy mizí. Při pečlivém prostudování reakce však můžete vidět, že tomu tak není: hmotnost látek spotřebovaných při spalování dřeva (dřevo + kyslík) se rovná hmotnosti vody, popela a oxidu uhličitého, které vznikly při spalování.

Pomocí zákona zachování hmotnosti můžete vypočítat hmotnost buď jedné reagující látky, nebo jedné z výsledných látek, pokud jsou známy hmotnosti všech ostatních. Pokud tedy potřebujeme zjistit hmotnost kyslíku vzniklého rozkladem určitého množství oxidu rtuťnatého, pak k tomu nepotřebujeme sbírat kyslík pro vážení. Stačí určit hmotnost oxidu rtuťnatého účastnícího se reakce a hmotnost rtuti, která se uvolní v důsledku reakce. Podle zákona zachování hmotnosti se součet hmotností rtuti a kyslíku rovná hmotnosti rozloženého oxidu rtuťnatého. Následně odečtením hmotnosti výsledné rtuti od hmotnosti oxidu rtuťového získáme hmotnost uvolněného kyslíku.

Řešíme například následující problém: vzali jsme 2,56 g oxidu rtuťnatého a po reakci jsme dostali 1,95 g rtuti. Jaká je hmotnost kyslíku vzniklého v důsledku reakce?

Oxid rtuťnatý = rtuť + kyslík

2,56 = 1,95 + x

x = 2,56 – 1,95

webové stránky, při kopírování celého materiálu nebo jeho části je vyžadován odkaz na zdroj.

Lekce #14. Zákon zachování hmotnosti hmoty. Chemické rovnice

Zákon zachování hmotnosti látek

Problematická otázka: Změní se hmotnost reaktantů ve srovnání s hmotností reakčních produktů?

Chcete-li odpovědět na tuto otázku, sledujte následující experiment.

Video experiment: .

Popis experimentu: Vložte 2 gramy drcené mědi do Erlenmeyerovy baňky. Baňku pevně uzavřete a zvažte. Pamatujte na hmotnost baňky. Jemně zahřívejte baňku po dobu 5 minut a pozorujte změny, ke kterým dochází. Přestaňte zahřívat a když baňka vychladne, zvažte ji. Porovnejte hmotnost baňky před zahřátím s hmotností baňky po zahřátí.

Závěr: Hmotnost baňky se po zahřátí nezměnila.

Pojďme se podívat na další video experimenty:

Závěr: Hmotnost látek před a po reakci se nezměnila.

Formulace zákon zachování hmoty: Hmotnost látek, které vstoupily do reakce, se rovná hmotnosti vzniklých látek.

Z hlediska atomově-molekulární vědy se tento zákon vysvětluje tím, že při chemických reakcích celkový atomy se nemění, ale dochází pouze k jejich přeskupení.

Zákon zachování hmotnosti látek je základním zákonem chemie všechny výpočty pro chemické reakce. Právě s objevem tohoto zákona je spojen vznik moderní chemie jako exaktní vědy.

Zákon zachování hmoty byl teoreticky objeven v roce 1748 a experimentálně potvrzen v roce 1756 ruským vědcem M.V. Lomonosov.

Francouzský vědec Antoine Lavoisier v roce 1789 konečně přesvědčil vědecký svět o univerzálnosti tohoto zákona. Lomonosov i Lavoisier používali při svých experimentech velmi přesné váhy. Zahřívali kovy (olovo, cín a rtuť) v uzavřených nádobách a vážili výchozí materiály a reakční produkty.

Chemické rovnice

Zákon zachování hmotnosti látek se používá při sestavování rovnic chemických reakcí.

Chemická rovnice je konvenční zápis chemické reakce pomocí chemických vzorců a koeficientů.

Pojďme se podívat na video - experiment: .

V důsledku chemické interakce síry a železa byla získána látka - sulfid železa (II) – liší se od původní směsi. Vizuálně v něm nelze detekovat železo ani síru. Je také nemožné je oddělit pomocí magnetu. Došlo k chemické změně.

Výchozí látky, které se účastní chemických reakcí, se nazývají činidel.

Nové látky vzniklé v důsledku chemické reakce se nazývají produkty.

Zapišme probíhající reakci ve formě rovnice chemické reakce:

Fe + S = FeS

Algoritmus pro sestavení rovnice chemické reakce

Vytvořme rovnici pro chemickou reakci mezi fosforem a kyslíkem

1. Na levou stranu rovnice zapíšeme chemické vzorce činidel (látek, které reagují). Pamatovat si! Molekuly většiny jednoduchých plynných látekdvouatomový – H 2 ; N 2 ; Ó 2 ; F 2 ; Cl 2 ; Br 2 ; já 2 . Mezi činidla vložíme znaménko „+“ a poté šipku:

P + Ó 2 →

2. Na pravou stranu (za šipkou) napíšeme chemický vzorec produktu (látky vzniklé při interakci). Pamatovat si! Chemické vzorce musí být vytvořeny pomocí valencí atomů chemické prvky:

P+O 2 →P 2 Ó 5

3. Podle zákona zachování hmotnosti látek musí být počet atomů před a po reakci stejný. Toho je dosaženo nastavením koeficientů před chemické vzorcečinidla a produkty chemických reakcí.

Nejprve se vyrovná počet atomů, které jsou obsaženy více v reagujících látkách (produktech).

V tomto případě se jedná o atomy kyslíku.

Najděte nejmenší společný násobek počtu atomů kyslíku na levé a pravé straně rovnice. Nejmenší násobek atomů sodíku je –10:

Koeficienty najdeme vydělením nejmenšího násobku počtem atomů daného typu a výsledná čísla dosadíme do reakční rovnice:

Zákon zachování hmotnosti látky není splněn, protože počet atomů fosforu v reaktantech a reakčních produktech není stejný, postupujeme podobně jako v případě kyslíku:

Získáme konečný tvar rovnice chemické reakce. Šipku nahradíme rovnítkem. Zákon zachování hmoty hmoty je splněn:

4 P+50 2 = 2P 2 Ó 5

ZADÁVACÍ ÚKOLY

№1.

Převeďte následující diagramy na rovnice chemických reakcí umístěním potřebných koeficientů a nahrazením šipek rovnítkem:

Zn+O 2 → ZnO

Fe+Cl 2 →FeCl 3

Mg + HCl → MgCl 2 +H 2

Al(OH) 3 → Al 2 Ó 3 +H 2 Ó

HNO 3 →H 2 O+NE 2 +O 2

CaO+H 2 O→Ca(OH) 2

H 2 +Cl 2 →HCl

KClO 3 → KClO 4 + KCl

Fe(OH) 2 +H 2 O+O 2 →Fe(OH) 3

KBr+ Cl 2 → KCl+ Br 2

№2.

Pomocí algoritmu pro skládání rovnic chemických reakcí sestavte rovnice pro reakce interakce mezi následujícími dvojicemi látek:
1) Na a O 2
2) Na a Cl 2
3) Al a S