MADDENIN KORUNMASI KANUNU: DENEYLER VE ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Maddenin veya kütlenin korunumu yasası herhangi bir kimyasal reaksiyonda, madde ne oluşturulmamış veya tahrip kurar o biridir. Bu yasa, atomların bu tür reaksiyonlarda bölünemez parçacıklar olduğu gerçeğine dayanmaktadır; nükleer reaksiyonlarda atomlar parçalanır, bu yüzden kimyasal reaksiyon olarak kabul edilmezler.

Atomlar yok edilmezse, o zaman bir element veya bileşik reaksiyona girdiğinde, reaksiyondan önceki ve sonraki atomların sayısı sabit tutulmalıdır; bu, reaksiyona giren maddeler ve ilgili ürünler arasında sabit bir kütle miktarına dönüşür.

A ve B2 arasındaki kimyasal reaksiyon. Kaynak: Gabriel Bolívar

Maddi kayıplara neden olan herhangi bir sızıntı yoksa bu her zaman geçerlidir; ancak reaktör hava geçirmez şekilde kapatılırsa, hiçbir atom "kaybolmaz" ve bu nedenle yüklü kütle, reaksiyondan sonraki kütleye eşit olmalıdır.

Ürün katı ise, diğer yandan, kütlesi oluşumu için dahil olan reaktanların toplamına eşit olacaktır. Aynısı sıvı veya gazlı ürünlerde de olur, ancak ortaya çıkan kütleleri ölçerken hata yapmaya daha yatkındır.

Bu yasa, Antoine Lavoisier gibi çeşitli ünlü kimyagerlerin katkılarıyla güçlendirilen geçmiş yüzyıllardaki deneylerden doğmuştur.

AB _2'yi oluşturmak için A ve B ₂ arasındaki reaksiyonu düşünün (üstteki resim). Maddenin korunumu yasasına göre, AB _2'nin kütlesi sırasıyla A ve B _2'nin kütlelerinin toplamına eşit olmalıdır . Yani 37 g A 13 g B ₂ ile reaksiyona girerse, AB ₂ ürünü 50 g ağırlığında olmalıdır.

Bu nedenle, kimyasal bir denklemde, reaktanların kütlesi (A ve B ₂ ) her zaman ürünlerin kütlesine (AB ₂ ) eşit olmalıdır .

Az önce anlatılana çok benzer bir örnek, pas veya pas gibi metalik oksitlerin oluşumudur. Pas, demirden daha ağırdır (buna benzemese de), çünkü metal oksit oluşturmak için bir oksijen kütlesi ile reaksiyona girmiştir.

Maddenin veya kütlenin korunumu yasası nedir?

Bu yasa, bir kimyasal reaksiyonda reaktanların kütlesinin ürünlerin kütlesine eşit olduğunu belirtir. Yasa, Julius Von Mayer'in (1814-1878) ifade ettiği gibi, "madde ne yaratılır ne de yok edilir, her şey dönüştürülür" ifadesiyle ifade edilir.

Yasa, Mikhail Lamanosov tarafından 1745'te ve Antoine Lavoisier tarafından 1785'te bağımsız olarak geliştirildi. Lamanosov'un Kütlenin Korunması Yasası hakkındaki araştırma çalışmaları Lavoisier'in öncesinden olmasına rağmen, Avrupa'da bilinmiyordu. Rusça yazıldığı için.

Robert Boyle tarafından 1676'da yapılan deneyler, bir malzeme açık bir kapta yakıldığında, malzemenin ağırlığının arttığını; belki de malzemenin kendisinin yaşadığı bir dönüşümden kaynaklanmaktadır.

Lavoiser'in sınırlı hava girişi olan kaplarda malzemeleri yakmaya yönelik deneyleri ağırlık artışı gösterdi. Bu sonuç Boyle tarafından elde edilen sonuçla uyumluydu.

Lavoisier'in katkısı

Ancak Lavoisier'in vardığı sonuç farklıydı. Yakma sırasında havadan bir miktar kütle çıkarıldığını, bu da yakılan malzemelerde gözlenen kütle artışını açıklayacağını düşünüyordu.

Lavoiser, yakma sırasında metal kütlesinin sabit kaldığına ve kapalı kaplarda yakmanın azalmasının, ısı üretimiyle ilgili olduğu varsayılan bir öz olan gevşek (kullanılmayan kavram) bir azalmadan kaynaklanmadığına inanıyordu.

Lavoiser, gözlenen azalmanın daha çok kapalı kaplardaki gazların konsantrasyonundaki bir azalmadan kaynaklandığına dikkat çekti.

Bu yasa kimyasal bir denklemde nasıl uygulanır?

Kütlenin korunumu yasası, stokiyometride çok önemlidir; ikincisi, bir kimyasal reaksiyonda bulunan reaktanlar ve ürünler arasındaki niceliksel ilişkilerin hesaplanması olarak tanımlanır.

Stokiyometrinin ilkeleri 1792'de Jeremías Benjamin Richter (1762-1807) tarafından açıklandı ve bunu bir reaksiyonda yer alan kimyasal elementlerin kantitatif oranlarını veya kütle ilişkilerini ölçen bilim olarak tanımladı.

Kimyasal bir reaksiyonda, ona katılan maddelerin bir modifikasyonu vardır. Ürünlerin menşei için reaktanların veya reaktanların tüketildiği görülmektedir.

Kimyasal reaksiyon sırasında atomlar arasında bağ kopmaları ve yeni bağların oluşumu vardır; ancak reaksiyona dahil olan atomların sayısı değişmeden kalır. Maddenin korunumu yasası olarak bilinen şey budur.

Temel prensipler

Bu Kanun iki temel ilkeyi ifade eder:

-Her tipin toplam atom sayısı, reaktanlarda (reaksiyondan önce) ve ürünlerde (reaksiyondan sonra) aynıdır.

- Reaksiyon öncesi ve sonrası elektrik yüklerinin toplamı sabit kalır.

Bunun nedeni, atom altı parçacıkların sayısının sabit kalmasıdır. Bu parçacıklar, elektrik yükü olmayan, pozitif yüklü protonları (+) ve negatif yüklü elektronları (-) olmayan nötronlardır. Yani elektriksel yük bir reaksiyon sırasında değişmez.

Kimyasal denklem

Yukarıdakileri söyledikten sonra, bir denklem kullanarak (ana resimdeki gibi) bir kimyasal reaksiyonu temsil ederken, temel ilkelere uyulmalıdır. Kimyasal denklem, farklı elementlerin veya atomların sembollerini veya temsillerini ve bunların reaksiyondan önce veya sonra moleküller halinde nasıl gruplandırıldığını kullanır.

Aşağıdaki denklem yine örnek olarak kullanılacaktır:

A + B ₂ => AB ₂

Alt simge, bir molekülde bulunan bir elementin atom sayısını gösteren, alt kısımdaki elementlerin (B ₂ ve AB ₂ ) sağ tarafına yerleştirilen bir sayıdır . Bu sayı, orijinalinden farklı yeni bir molekül üretilmeden değiştirilemez.

Stokiyometrik katsayı (A ve türlerin geri kalanı durumunda 1), atomların veya moleküllerin sol tarafına yerleştirilen ve bir reaksiyonda yer alanların sayısını gösteren bir sayıdır.

Kimyasal bir denklemde, reaksiyon geri döndürülemezse, reaksiyonun yönünü gösteren tek bir ok yerleştirilir. Reaksiyon tersine çevrilebilir ise, ters yönde iki ok vardır. Okların solunda reaktanlar veya reaktanlar (A ve B ₂ ), sağda ise ürünler (AB ₂ ) bulunur.

sallanan

Kimyasal bir denklemin dengelenmesi, reaktanlarda bulunan kimyasal elementlerin atomlarının sayısını ürünlerinkilerle eşitlemeyi mümkün kılan bir prosedürdür.

Başka bir deyişle, her bir elementin atom sayısı, reaktanlar tarafında (oktan önce) ve reaksiyon ürünleri tarafında (oktan sonra) eşit olmalıdır.

Bir tepki dengelendiğinde Kitle Eylem Yasasına saygı duyulduğu söylenir.

Bu nedenle, kimyasal bir denklemde atom sayısını ve okun her iki tarafındaki elektrik yüklerini dengelemek önemlidir. Aynı şekilde, reaktanların kütlelerinin toplamı, ürünlerin kütlelerinin toplamına eşit olmalıdır.

Temsil edilen denklem durumunda, zaten dengelidir (okun her iki tarafında eşit sayıda A ve B).

Yasayı kanıtlayan deneyler

Metal yakma

Kurşun ve kalay gibi metallerin kapalı kaplarda sınırlı hava girişiyle yakıldığını gözlemleyen Lavoiser, metallerin bir kalsinasyonla kaplandığını fark etti; ve dahası, metalin belirli bir ısıtma süresindeki ağırlığının başlangıçtaki ağırlığa eşit olması.

Bir metalin yakılması sırasında ağırlık artışı gözlemlendiğinden, Lavoiser, gözlemlenen fazla ağırlığın yakma sırasında havadan uzaklaştırılan belirli bir kütle ile açıklanabileceğini düşündü. Bu nedenle kütle sabit kaldı.

Lavoiser'in Yasasını ilan ettiği sırada (1785) oksijenin varlığıyla ilgili sahip olduğu bilgi dikkate alındığında, bilimsel olmayan bir temele dayanılarak düşünülebilecek bu sonuç öyle değildir.

Oksijen salımı

Oksijen 1772'de Carl Willhelm Scheele tarafından keşfedildi. Daha sonra Joseph Priesley bağımsız olarak keşfetti ve araştırmasının sonuçlarını Scheele'nin aynı gazla ilgili sonuçlarını yayınlamasından üç yıl önce yayınladı.

Priesley civa monoksiti ısıtarak alevin parlaklığını artıran bir gaz topladı. Ayrıca fareler gazlı bir kaba konulduğunda daha aktif hale geldi. Priesley bu gaza dephlogistized dedi.

Priesley, gözlemlerini havada ve suda gaz bulunduğunu gösteren deneylerini tekrarlayan Antoine Lavoiser'e (1775) bildirdi. Lavoiser, gazı oksijen olarak adlandırarak yeni bir element olarak kabul etti.

Lavoisier, yasasını, metallerin yakılmasında gözlemlenen fazla kütlenin havadan çıkarılan bir şeyden kaynaklandığını iddia etmek için bir argüman olarak kullandığında, yakma sırasında metallerle birleşen bir element olan oksijeni düşünüyordu.

Örnekler (pratik alıştırmalar)

Cıva monoksit ayrışması

232.6 civa monoksit (HgO) ısıtılırsa cıva (Hg) ve moleküler oksijene (O ₂ ) ayrışır . Kütlenin korunumu yasasına ve atom ağırlıklarına göre: (Hg = 206.6 g / mol) ve (O = 16 g / mol), oluşan Hg ve O ₂ kütlesini belirtin.

HgO => Hg + O ₂

232,6 gr 206,6 gr 32 gr

Tam olarak bir mol HgO ayrıştırıldığından, hesaplamalar çok basittir.

Bir magnezyum kuşağın yakılması

Magnezyum şerit yanıyor. Kaynak: Capt. John Yossarian, Wikimedia Commons'tan

1.2 gr magnezyum şerit 4 gr oksijen içeren kapalı bir kapta yakıldı. Reaksiyondan sonra 3,2 g reaksiyona girmemiş oksijen kaldı. Ne kadar magnezyum oksit oluştu?

Hesaplanacak ilk şey, reaksiyona giren oksijen kütlesidir. Bu, bir çıkarma işlemi kullanılarak kolayca hesaplanabilir:

O kütlesi ₂ tepkimeye sokularak = O başlangıçtaki kütlesel ₂ - O nihai kütle ₂

(4 - 3.2) g O ₂

0.8 g O ₂

Kütlenin korunumu yasasına göre, oluşan MgO kütlesi hesaplanabilir.

MgO kütlesi = Mg kütlesi + O kütlesi

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Kalsiyum hidroksit

Kalsiyum oksit 14 g bir kütle (CaO), su, 3.6 gr (H ₂ O), tamamen kalsiyum hidroksit 14.8 g, Ca oluşturmak üzere reaksiyonda tüketilmiştir olan (OH) ₂ :

Ne kadar kalsiyum oksit reaksiyona girerek kalsiyum hidroksit oluşturdu?

Ne kadar kalsiyum oksit kaldı?

Tepkime aşağıdaki denklemle özetlenebilir:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Denklem dengelidir. Bu nedenle kütlenin korunumu kanununa uygundur.

CaO Kütle reaksiyona katılan = Ca kütlesi (OH) ₂ -, H kütlesi ₂ O

14,8 gr - 3,6 gr

11,2 g CaO

Bu nedenle, reaksiyona girmeyen CaO (geride kalan) bir çıkarma yapılarak hesaplanır:

Fazla CaO kütlesi = reaksiyonda bulunan kütle - reaksiyonda yer alan kütle.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Bakır oksit

11 g bakır (Cu) oksijen (O ₂ ) ile tamamen reaksiyona girdiğinde ne kadar bakır oksit (CuO) oluşacaktır ? Reaksiyonda ne kadar oksijene ihtiyaç var?

İlk adım denklemi dengelemektir. Dengeli denklem aşağıdaki gibidir:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Denklem dengelidir, bu nedenle kütlenin korunumu yasasına uygundur.

Cu'nun atom ağırlığı 63,5 g / mol ve CuO'nun moleküler ağırlığı 79,5 g / mol'dür.

11 g Cu'nun tam oksidasyonundan ne kadar CuO oluştuğunu belirlemek gerekir:

Kütle CuO = (11 g Cu) ∙ (1 mol Cu / 63,5 g Cu) ∙ (2 mol CuO / 2 mol Cu) ∙ (79,5 g CuO / mol CuO)

Oluşan CuO kütlesi = 13.77 g

Bu nedenle, CuO ve Cu arasındaki kütlelerdeki fark, reaksiyona dahil olan oksijen miktarını verir:

Oksijen kütlesi = 13.77 g - 11 g

1,77 g O ₂

Sodyum klorür oluşumu

Bir klor kütlesi (Cı ₂ 2.47 g) yeterli sodyum (Na) ve sodyum klorid (NaCI) 3.82 g oluşturulmuştur ile reaksiyona sokuldu. Ne kadar Na tepki verdi?

Dengeli denklem:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

Kütlenin korunumu yasasına göre:

Na kütlesi = NaCl kütlesi - Cl ₂ kütlesi

3,82 gr - 2,47 gr

1.35 g Na

Referanslar

1. Flores, J. Química (2002). Editör Santillana.
2. Vikipedi. (2018). Maddenin korunumu kanunu. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Ulusal Politeknik Enstitüsü. (Sf). Kütlenin korunumu kanunu. CGFIE. Aev.cgfie.ipn.mx adresinden kurtarıldı
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 Ocak 2019). Kütlenin Korunması Yasası. Alınan: thinkco.com
5. Shrestha B. (18 Kasım 2018). Maddenin korunumu yasası. Kimya LibreTexts. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı