Закон збереження маси та енергії
Після докази існування атомів і молекул найважливішим відкриттям атомно-молекулярної теорії став закон збереження маси, який був сформульований у вигляді філософської концепції великим російським ученим Михайлом Васильовичем Ломоносовим (1711-1765) в 1748 р. і підтверджений експериментально їм самим в 1756 р. і незалежно від нього французьким хіміком А.Л.Лавуазье в 1789 р.
Маса всіх речовин, вступають у хімічну реакцію, дорівнює масі всіх продуктів реакції.
Досліди по спалюванню речовин, які проводилися до Ломоносова, наводили на думку про те, що маса речовин у процесі реакції не зберігається. При нагріванні на повітрі ртуть перетворювалася в червону окалину, маса якої була більше маси металу. Маса золи, утворюється при згоранні дерева, навпаки, завжди менше маси вихідного речовини. p> Ломоносов провів простий досвід, який показав, що горіння металу є реакція приєднання, а збільшення маси металу відбувається за рахунок приєднання частини повітря. Він прожарюють метали в запаяному скляному посудині і виявив, що маса посудини не змінювався, хоча хімічна реакція відбувалася. Після того, як посудина була розкритий, туди спрямовувався повітря, і маса посудини збільшувалася. Таким чином, при акуратному вимірі маси всіх учасників реакції з'ясовується, що маса речовин при хімічній реакції зберігається. Закон збереження маси мав величезне значення для атомно-молекулярної теорії. Він підтвердив, що атоми є неподільними і при хімічних реакціях не змінюються. Молекули при реакції обмінюються атомами, але загальне число атомів кожного виду не змінюється, і тому загальна маса речовин у процесі реакції зберігається.
Закон збереження маси є окремим випадком загального закону природи - закону збереження енергії, який стверджує, що енергія ізольованої системи постійна. Енергія - це міра руху і взаємодії різних видів матерії. За будь-яких процесах в ізольованій системі енергія не виробляється і не знищується, вона може тільки переходити з однієї форми в іншу.
Однією з форм енергії є так звана енергія спокою, яка пов'язана з масою співвідношенням Ейнштейна
Е0 = m0 • с2,
де с - швидкість світла у вакуумі (с = 3 • 108 м/с). Це співвідношення показує, що маса може переходити в енергію і навпаки. Саме це і відбувається у всіх ядерних реакціях, і тому закон збереження маси в ядерних процесах порушується. Однак, закон збереження енергії залишається справедливим і в цьому випадку, якщо враховувати енергію спокою.
У хімічних реакціях зміна маси, викликане виділенням або поглинанням енергія, дуже мало. Типовий тепловий ефект хімічної реакції по порядку величини дорівнює 100 кДж/моль. Порахуємо, як при цьому змінюється маса:
О”m = О”E/с2 = 105/(3 • 108) 2 ~ 10-12 кг/моль = 10-9г/моль. br/>В
Приклади розв'язання задач
1 . Визначте масу йодиду натрію NaI кількістю речовини 0,6 моль.
Дано : ОЅ (NaI) = 0,6 моль.
Знайти : m (NaI) =?
Рішення . Молярна маса йодиду натрію становить:
M (NaI) = M (Na) + M (I) = 23 + 127 = 150 г/моль
Визначаємо масу NaI:
m (NaI) = ОЅ (NaI) • M (NaI) = 0,6 • 150 = 90 р.
Відповідь: 90 г.
2 . Визначте кількість речовини атомного бору, що міститься в тетраборатом натрію Na 2 B 4 O 7 масою 40,4 г.
Дано : m (Na 2 B 4 O 7 ) = 40,4 м.
Знайти : ОЅ (B) =?
Рішення . Молярна маса тетраборату натрію становить 202 г/моль. Визначаємо кількість речовини Na ​​ 2 B 4 O 7 :
ОЅ (Na 2 B 4 O 7 ) = m (Na 2 B 4 O 7 )/М (Na 2 B 4 O 7 ) = 40,4/202 = 0,2 моль. br/>
Згадаймо, що 1 моль молекули тетраборату натрію містить 2 моль атомів натрію, 4 моль атомів бору та 7 моль атомів кисню (див. формулу тетраборату натрію). Тоді кількість речовини атомного бору одно:
ОЅ (B) = 4 • ОЅ (Na 2 B 4 O 7 ) = 4 • 0,2 = 0,8 моль. p> Відповідь: 0,8 моль
3. Яку масу фосфору треба спалити для отримання оксиду фосфору (V) масою 7,1 г?
Дано : m (P 2 O 5 ) = 7,1 м.
Знайти : m (Р) =? p> Рішення : записуємо рівняння реакції горіння фосфору і розставляємо стехіометричні коефіцієнти.
4P + 5O 2 = 2P 2 O 5
Визначаємо кількість речовини P 2 O 5 , отриманого в реакції.
ОЅ (P 2 O 5 ) = m (P 2 O 5 )/М (P 2 O 5
