LUẬT BẢO TỒN VẬT CHẤT: THÍ NGHIỆM VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2026

Định luật bảo toàn vật chất hoặc khối lượng là định luật thiết lập rằng trong bất kỳ phản ứng hóa học nào, vật chất không được tạo ra cũng như không bị phá hủy. Định luật này dựa trên thực tế là các nguyên tử là các hạt không thể phân chia trong loại phản ứng này; trong khi trong phản ứng hạt nhân, các nguyên tử bị phân mảnh, đó là lý do tại sao chúng không được coi là phản ứng hóa học.

Nếu các nguyên tử không bị phá hủy, thì khi một nguyên tố hoặc hợp chất phản ứng, số nguyên tử trước và sau phản ứng phải được giữ không đổi; mà chuyển thành một khối lượng không đổi giữa các chất phản ứng và các sản phẩm tham gia.

Phản ứng hóa học giữa A và B2. Nguồn: Gabriel Bolívar

Trường hợp này luôn xảy ra nếu không xảy ra tình trạng rò rỉ gây thất thoát vật tư; nhưng nếu lò phản ứng được đóng kín, không có nguyên tử nào "biến mất", và do đó khối lượng tích điện phải bằng khối lượng sau phản ứng.

Mặt khác, nếu sản phẩm là chất rắn, khối lượng của nó sẽ bằng tổng các chất phản ứng tham gia tạo thành. Điều tương tự cũng xảy ra với các sản phẩm lỏng hoặc khí, nhưng dễ mắc sai lầm hơn khi đo khối lượng thu được của chúng.

Định luật này ra đời từ các thí nghiệm trong nhiều thế kỷ trước, được củng cố bởi sự đóng góp của các nhà hóa học nổi tiếng khác nhau, chẳng hạn như Antoine Lavoisier.

Xét phản ứng giữa A và B ₂ tạo thành AB ₂ (hình trên). Theo định luật bảo toàn vật chất, khối lượng của AB ₂ phải bằng tổng khối lượng của A và B ₂ . Vậy nếu cho 37g A phản ứng với 13g B ₂ thì sản phẩm AB ₂ phải nặng 50g.

Do đó, trong một phương trình hóa học, khối lượng của các chất phản ứng (A và B ₂ ) luôn phải bằng khối lượng của các sản phẩm (AB ₂ ).

Một ví dụ rất giống với ví dụ vừa được mô tả là sự hình thành các ôxít kim loại, chẳng hạn như gỉ hoặc gỉ. Gỉ nặng hơn sắt (mặc dù có thể không giống) vì kim loại này phản ứng với một khối lượng oxy để tạo ra oxit.

Định luật bảo toàn vật chất hay khối lượng là gì?

Định luật này nói rằng trong một phản ứng hóa học, khối lượng của các chất phản ứng bằng khối lượng của các sản phẩm. Quy luật được thể hiện trong câu "vật chất không được tạo ra cũng không bị hủy diệt, mọi thứ đều biến đổi", như được phát biểu bởi Julius Von Mayer (1814-1878).

Luật được phát triển một cách độc lập bởi Mikhail Lamanosov năm 1745 và Antoine Lavoisier vào năm 1785. Mặc dù nghiên cứu của Lamanosov về Luật Bảo tồn khối lượng có trước Lavoisier, nhưng chúng không được biết đến ở châu Âu. vì được viết bằng tiếng Nga.

Các thí nghiệm được thực hiện vào năm 1676 bởi Robert Boyle đã khiến họ chỉ ra rằng khi đốt một vật liệu trong một thùng mở, vật liệu đó sẽ tăng trọng lượng; có lẽ do sự biến đổi do chính vật chất trải qua.

Các thí nghiệm của Lavoiser về việc đốt vật liệu trong các thùng chứa với lượng không khí hạn chế cho thấy sự tăng trọng. Kết quả này phù hợp với kết quả thu được của Boyle.

Đóng góp của Lavoisier

Tuy nhiên, kết luận của Lavoisier lại khác. Ông nghĩ rằng trong quá trình đốt, một lượng khối lượng được tách ra từ không khí, điều này sẽ giải thích cho sự gia tăng khối lượng được quan sát thấy trong các vật liệu bị đốt.

Lavoiser tin rằng khối lượng kim loại không đổi trong quá trình đốt, và việc giảm đốt trong các thùng kín không phải do giảm độ lỏng (khái niệm không sử dụng), một bản chất được cho là liên quan đến việc sản sinh nhiệt.

Lavoiser chỉ ra rằng sự sụt giảm quan sát được là do sự giảm nồng độ của các khí trong các thùng kín.

Định luật này được áp dụng như thế nào trong một phương trình hóa học?

Định luật bảo toàn khối lượng có tầm quan trọng siêu việt trong phép đo phân tích, định luật sau được định nghĩa là phép tính các mối quan hệ định lượng giữa các chất phản ứng và các sản phẩm có trong một phản ứng hóa học.

Các nguyên tắc của phép đo phân tích được đưa ra vào năm 1792 bởi Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), người đã định nghĩa nó là khoa học đo lường tỷ lệ định lượng hoặc mối quan hệ khối lượng của các nguyên tố hóa học tham gia vào một phản ứng.

Trong một phản ứng hóa học có sự biến đổi của các chất tham gia vào phản ứng đó. Người ta quan sát thấy rằng các chất phản ứng hoặc chất phản ứng được tiêu thụ để tạo ra sản phẩm.

Trong quá trình phản ứng hóa học có sự phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử, cũng như sự hình thành các liên kết mới; nhưng số nguyên tử tham gia phản ứng không đổi. Đây là định luật bảo toàn vật chất.

Nguyên tắc cơ bản

Luật này bao hàm hai nguyên tắc cơ bản:

-Tổng số nguyên tử mỗi loại là như nhau trong các chất phản ứng (trước phản ứng) và trong các sản phẩm (sau phản ứng).

-Tổng các điện tích trước và sau phản ứng không đổi.

Điều này là do số lượng các hạt hạ nguyên tử không đổi. Những hạt này là neutron không mang điện, proton mang điện tích dương (+) và electron mang điện tích âm (-). Vì vậy điện tích không thay đổi trong một phản ứng.

Phương trình hóa học

Như đã nói ở trên, khi biểu diễn một phản ứng hóa học bằng một phương trình (như phương trình trong hình chính), các nguyên tắc cơ bản phải được tôn trọng. Phương trình hóa học sử dụng các ký hiệu hoặc biểu diễn của các nguyên tố hoặc nguyên tử khác nhau và cách chúng được nhóm lại thành các phân tử trước hoặc sau phản ứng.

Phương trình sau sẽ được sử dụng lại làm ví dụ:

A + B ₂ => AB ₂

Chỉ số dưới là một số được đặt ở phía bên phải của các nguyên tố (B ₂ và AB ₂ ) ở dưới cùng, cho biết số nguyên tử của một nguyên tố có trong phân tử. Con số này không thể thay đổi nếu không tạo ra phân tử mới, khác với phân tử ban đầu.

Hệ số phân vị (1, trong trường hợp của A và phần còn lại của loài) là một số được đặt ở phần bên trái của các nguyên tử hoặc phân tử, biểu thị số lượng chúng tham gia vào một phản ứng.

Trong một phương trình hóa học, nếu phản ứng không thuận nghịch, người ta đặt một mũi tên duy nhất cho biết chiều của phản ứng. Nếu phản ứng thuận nghịch thì có hai mũi tên ngược chiều. Bên trái các mũi tên là chất phản ứng hoặc chất phản ứng (A và B ₂ ), trong khi bên phải là sản phẩm (AB ₂ ).

Đu đưa

Cân bằng phương trình hóa học là một quy trình giúp cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố hóa học có trong chất phản ứng với số nguyên tử của các sản phẩm.

Nói cách khác, số nguyên tử của mỗi nguyên tố phải bằng nhau ở phía chất phản ứng (trước mũi tên) và ở phía sản phẩm phản ứng (sau mũi tên).

Người ta nói rằng khi một phản ứng được cân bằng, Luật Hành động của quần chúng đang được tôn trọng.

Do đó, điều cần thiết là cân bằng số nguyên tử và điện tích trên hai mặt của mũi tên trong một phương trình hóa học. Tương tự như vậy, tổng khối lượng của các chất phản ứng phải bằng tổng khối lượng của các sản phẩm.

Đối với trường hợp của phương trình được biểu diễn, nó đã được cân bằng (số A và B bằng nhau ở cả hai phía của mũi tên).

Thí nghiệm chứng minh định luật

Thiêu hủy kim loại

Lavoiser, khi quan sát quá trình đốt các kim loại như chì và thiếc trong các bình kín với lượng không khí hạn chế, nhận thấy rằng các kim loại được nung bằng một lớp nung; và hơn nữa, khối lượng của kim loại tại một thời điểm nung nóng nhất định bằng lúc ban đầu.

Khi quan sát thấy sự tăng trọng lượng khi đốt một kim loại, Lavoiser nghĩ rằng trọng lượng dư thừa quan sát được có thể được giải thích bởi một khối lượng nhất định của một thứ gì đó được loại bỏ khỏi không khí trong quá trình đốt. Vì lý do này mà khối lượng không đổi.

Kết luận này, có thể được coi là không có cơ sở khoa học chắc chắn, không phải như vậy, có tính đến kiến ​​thức mà Lavoiser có về sự tồn tại của oxy vào thời điểm ông công bố Định luật của mình (1785).

Giải phóng oxy

Oxy được Carl Willhelm Scheele phát hiện năm 1772. Sau đó, Joseph Priesley đã phát hiện ra nó một cách độc lập, và công bố kết quả nghiên cứu của mình, ba năm trước khi Scheele công bố kết quả của mình về cùng loại khí này.

Priesley đun nóng thủy ngân monoxit và thu được một chất khí làm tăng độ sáng của ngọn lửa. Ngoài ra, khi những con chuột được đặt trong một thùng chứa có khí đốt, chúng trở nên tích cực hơn. Priesley gọi đây là khí khử hóa.

Priesley báo cáo những quan sát của mình cho Antoine Lavoiser (1775), người đã lặp lại các thí nghiệm của mình cho thấy rằng khí được tìm thấy trong không khí và trong nước. Lavoiser công nhận khí là một nguyên tố mới, đặt tên cho nó là oxy.

Khi Lavoisier sử dụng như một lý lẽ để phát biểu định luật của mình, rằng khối lượng dư thừa quan sát được trong quá trình đốt cháy kim loại là do một thứ được chiết xuất từ ​​không khí, ông đã nghĩ đến oxy, một nguyên tố kết hợp với kim loại trong quá trình đốt.

Ví dụ (bài tập thực hành)

Phân hủy thủy ngân monoxide

Nếu đun nóng 232,6 thủy ngân monoxit (HgO), nó bị phân hủy thành thủy ngân (Hg) và oxy phân tử (O ₂ ). Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng và trọng lượng nguyên tử: (Hg = 206,6 g / mol) và (O = 16 g / mol), nêu khối lượng của Hg và O ₂ được tạo thành.

HgO => Hg + O ₂

232,6 g 206,6 g 32 g

Các phép tính rất đơn giản, vì chính xác một mol HgO đang bị phân hủy.

Đốt đai magie

Đốt ruy băng magiê. Nguồn: Capt. John Yossarian, từ Wikimedia Commons

Một dải băng magiê 1,2 g được đốt trong một bình kín chứa 4 g oxy. Sau phản ứng còn lại 3,2 g oxi chưa phản ứng. Có bao nhiêu magie oxit được tạo thành?

Điều đầu tiên cần tính là khối lượng oxy đã phản ứng. Điều này có thể dễ dàng tính toán bằng cách sử dụng một phép trừ:

Khối lượng O ₂ đã phản ứng = khối lượng ban đầu của O ₂ - khối lượng cuối cùng của O ₂

(4 - 3,2) g O ₂

0,8 g O ₂

Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng có thể tính được khối lượng MgO tạo thành.

Khối lượng của MgO = khối lượng của Mg + khối lượng của O

1,2 g + 0,8 g

2,0 g MgO

Canxi hydroxit

Một khối lượng 14 g canxi oxit (CaO) phản ứng với 3,6 g nước (H ₂ O), được phản ứng hoàn toàn tạo thành 14,8 g canxi hiđroxit, Ca (OH) ₂ :

Có bao nhiêu canxi oxit đã phản ứng để tạo thành canxi hiđroxit?

Còn lại bao nhiêu canxi oxit?

Phản ứng có thể được lập thành phương trình sau:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Phương trình cân bằng. Do đó nó tuân theo định luật bảo toàn khối lượng.

Khối lượng CaO tham gia phản ứng = khối lượng Ca (OH) ₂ - khối lượng H ₂ O

14,8 g - 3,6 g

11,2 g CaO

Do đó, CaO không phản ứng (phần dư) được tính bằng cách trừ:

Khối lượng CaO dư = khối lượng có trong phản ứng - khối lượng đã tham gia phản ứng.

14 g CaO - 11,2 g CaO

2,8 g CaO

Đồng oxit

Bao nhiêu đồng oxit (CuO) sẽ được tạo thành khi cho 11 g đồng (Cu) phản ứng hoàn toàn với oxi (O ₂ )? Lượng oxi cần dùng trong phản ứng là bao nhiêu?

Bước đầu tiên là cân bằng phương trình. Phương trình cân bằng như sau:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Phương trình cân bằng nên tuân theo định luật bảo toàn khối lượng.

Khối lượng nguyên tử của Cu là 63,5 g / mol và khối lượng phân tử của CuO là 79,5 g / mol.

Cần xác định xem có bao nhiêu CuO được tạo thành từ quá trình oxi hóa hoàn toàn 11 g Cu:

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

Khối lượng CuO tạo thành = 13,77 g

Do đó, sự chênh lệch về khối lượng giữa CuO và Cu cho lượng oxi tham gia phản ứng là:

Khối lượng oxy = 13,77 g - 11 g

1,77 g O ₂

Sự hình thành natri clorua

Một khối lượng clo (Cl ₂ ) là 2,47 g phản ứng với natri (Na) vừa đủ và 3,82 g natri clorua (NaCl) được tạo thành. Na đã phản ứng là bao nhiêu?

Phương trình cân bằng:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

Khối lượng Na = khối lượng NaCl - khối lượng Cl ₂

3,82 g - 2,47 g

1,35 g Na

Người giới thiệu

1. Flores, J. Química (2002). Biên tập viên Santillana.
2. Wikipedia. (2018). Định luật bảo toàn vật chất. Phục hồi từ: es.wikipedia.org
3. Viện bách khoa quốc gia. (sf). Định luật bảo toàn khối lượng. CGFIE. Đã khôi phục từ: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 18 tháng 1 năm 2019). Luật Bảo tồn Khối lượng. Phục hồi từ: thinkco.com
5. Shrestha B. (ngày 18 tháng 11 năm 2018). Định luật bảo toàn vật chất. Hóa học LibreTexts. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org