Закон збереження маси

Всі хімічні перетворення зручно описувати за допомогою хімічних формул і рівнянь реакцій. Процес горіння вугілля можна описати такою схемою:

Цю схематичну запис називають рівнянням хімічної реакції. У лівій частині рівняння записано один атом Карбону і одна молекула кисню, яка складається з двох атомів Оксигену. У правій частині рівняння записана одна молекула вуглекислого газу (карбон (ГУ) оксиду), яка складається з одного атома Карбону і двох атомів Оксигену.

Число атомів кожного хімічного елемента в обох частинах рівняння однаково. Для того щоб підкреслити рівне число атомів всіх елементів, в даному записі стрілку можна замінити на знак рівності:

Рівняння хімічної реакції є відображенням закону збереження маси речовин в хімічних реакціях.

Маса речовин, які вступили в хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, які утворилися в результаті реакції.

Цей закон був відкритий М. В. Ломоносовим в 1748 році і, незалежно від нього, А. Лавуазьє в 1789 році, а тому цей закон називають також законом Ломоносова-Лавуазьє.

В результаті хімічних реакцій одні речовини перетворюються в інші: атоми, з яких складаються вихідні речовини, не зникають, не народжуються і не перетворюються з одного виду в інший, а тільки перегруповуються, утворюючи молекули нових речовин.

Сьогодні це твердження здається очевидним, проте в XVII в. спостереження деяких учених суперечили йому. Наприклад, спирт при горінні поступово втрачає масу і, нарешті, зникає. Якщо залізна пластинка лежить на повітрі, вона поступово іржавіє і її маса при цьому збільшується. Як це пояснити? Пояснення цим фактам знайшли тільки після проведення експериментів з ретельним зважуванням вихідних речовин і продуктів реакцій.

Доведемо, що під час горіння закон збереження маси виконується. Горіння свічки - це хімічна реакція, яка відбувається з утворенням вуглекислого газу і води (у вигляді водяної пари). Продукти реакції (вуглекислий газ і водяну пару) - це газоподібні речовини, які випаровуються, і тому здається, що речовина зникає. Якщо реакцію проводити в закритій посудині, то продуктам реакції не буде куди зникати.

На одну чашу терезів помістимо горюча речовина в герметично закритій ємності, заповненої киснем (рис. 86). Врівноважити терези і підпалимо. Речовина деякий час горить, а потім, коли витратиться кисень, горіння припиняється. Під час горіння рівновагу терезів зберігається. Таким чином, маса колби з вихідними речовинами дорівнює масі колби з продуктами реакції.

У разі іржавіння заліза атоми Феррум реагують з киснем і водою з навколишнього повітря. В цьому випадку утворюється іржа, маса якої більше, ніж маса вихідного заліза, тому здається, що речовина виникає нізвідки.

Проведемо подібний досвід в герметичній колбі (рис. 87а). Помістимо зразок металу в колбу, закриємо її корком з запаяної газовідвідною трубкою і нагріємо. Після прожарювання метал змінює свій колір, так як він перетворився в оксид (рис. 876). Щоб довести, що частина повітря витрачено на реакцію з металом, опустимо газовідвідну трубку в ємність з водою і відкриємо кінець трубки. Оскільки частина повітря з'єдналася з металом, то в колбі виникло вільний простір, який через трубку заповнює вода (рис. 87е).

Видатний російський вчений. Навчався в слова-но-греко-латинської академії, в Києво-Могилянській академії, Петербурзькому університеті, в університеті Гамбурга. Ломоносов був одним з найосвіченіших людей Росії того часу. Заслуговують на увагу його праці не тільки в області хімії, а й у мінералогії, географії, металургії, фізиці, історії, поезії, образотворчому мистецтві. Відкрив закон збереження маси, створив першу в Росії хімічну лабораторію. За результатами спостережень сонячного затемнення встановив існування атмосфери на Венері. За його ініціативи було відкрито Московський університет, який сьогодні носить його ім'я.

Рівняння хімічних реакцій складаються з урахуванням закону збереження маси. Розглянемо, як складаються рівняння реакцій утворення бінарних сполук з простих речовин.

Приклад 1. Складемо рівняння реакції утворення метану СН4 - основного компонента природного газу. Метан складається з атомів Карбону і Гідрогену. Таким чином, для його отримання необхідні прості речовини, одне з яких складається з атомів Карбону (вугілля С), а інше - з атомів Гідрогену (водень Н2).

У лівій частині записуємо вихідні речовини (реагенти) С і Н2, а в правій - продукт реакції СН4:

Але цей запис ще не є рівнянням реакції - це схема реакції. Для того щоб вона перетворилася в рівняння, необхідно зрівняти число атомів кожного елемента в лівій і правій частинах. Для цього необхідно підібрати коефіцієнти - цифри перед хімічними формулами, які вказують число молекул (атомів). Як видно, в лівій і правій частинах схеми по одному атому Карбону, але в лівій частині два атоми Гідрогену (одна молекула водню), а в правій - чотири атома (в складі однієї молекули метану). Це суперечить закону збереження маси. Щоб це виправити, перед формулою водню в лівій частині рівняння потрібно поставити коефіцієнт 2:

Тепер в обох частинах рівняння число атомів Гідрогену і Карбону однаково, тому стрілку між реагентами і продуктами в рівнянні можна замінити знаком рівності:

Приклад 2. Розглянемо реакцію горіння метану. Горіння - це взаємодія з киснем 02. При горінні метану утворюються вуглекислий газ С02 і вода Н20.

Запишемо схему реакції:

Тепер необхідно зрівняти число атомів кожного хімічного елемента, т. Е. Підібрати коефіцієнти. Почнемо з атомів Карбону:

в обох частинах рівняння їх по одному. Потім підрахуємо атоми Гідрогену: в лівій частині чотири атома, а в правій - два. Щоб зрівняти їх число, потрібно перед формулою води поставити коефіцієнт 2:

Залишилося зрівняти число атомів Оксигену (зазвичай Оксиген зрівнюють останнім). У лівій частині рівняння два атома Оксигену в молекулі 02, а в правій - чотири (два атома в складі молекули вуглекислого газу С02 і два атома в складі двох молекул води Н20). Таким чином, в лівій частині рівняння перед формулою кисню необхідно поставити коефіцієнт 2:

Тепер число атомів всіх елементів однаково, отже, коефіцієнти підібрані правильно.

Підбираючи коефіцієнти в рівнянні реакції, необхідно пам'ятати наступні правила:

• коефіцієнт показує число молекул, окремих атомів або

формульних одиниць в рівнянні реакції;

• коефіцієнт ставиться тільки перед хімічною формулою;

• коефіцієнт відноситься до всіх атомам, з яких складається

молекула, перед якою він стоїть, наприклад:

запис 2Н20 означає дві молекули води, в яких міститься 4 атоми Гідрогену (по два в кожній молекулі) і 2 атома Оксигену (по одному в кожній молекулі);

• коефіцієнт 1, як і індекс 1, що не записується;

• індекс показує число атомів елемента (або груп атомів) в складі молекули, а коефіцієнт - число молекул, наприклад:

Н - один атом Гідрогену;

2Н - два атоми Гідрогену;

Н2 - одна молекула водню, що складається з двох атомів Гідрогену;

2Н2 - дві молекули водню, кожна з яких складається з двох атомів Гідрогену.

Записи 4Н і 2Н2 нерівнозначні. Хоча в них і записано однакове число атомів Гідрогену, але перший запис означає чотири окремі атоми Гідрогену, а друга - дві молекули водню.

У рівняннях реакцій часто вказують умови протікання реакцій або виділення газу і осаду. Так, якщо з розчину виділяється газоподібна речовина, то поруч з його формулою ставлять стрілку, спрямовану вгору: з газів або рідин утворюється

нерозчинний речовина, то поруч з його формулою ставлять стрілку, спрямовану вниз: І.

висновки:

1. Маси речовин, що вступають в реакцію, рівні масі освічених речовин, про що свідчить закон збереження маси в хімічних реакціях. Цей закон заснований на тому, що атоми в хімічних реакціях не зникають, а просто переходять з одних речовин до складу інших. За допомогою хімічних символів і знаків закон збереження маси відображають рівнянням хімічної реакції.

2. При складанні рівнянь хімічних реакцій необхідно дотримуватися умова, що число атомів всіх елементів в лівій і правій частинах рівняння має бути однаковим. Для цього перед хімічними формулами пишуть коефіцієнти, які позначають число молекул, окремих атомів або формульних одиниць.

Контрольні питання

1. Сформулюйте закон збереження маси речовин і обґрунтуйте його з позиції понять про атоми і молекулах.

2. Чому при горінні свічки її маса поступово зменшується? Чи не суперечить це закону збереження маси?

3. Який запис називають рівнянням хімічної реакції?

4. Яке значення коефіцієнтів в рівнянні реакції та індексів в хімічній формулі? У чому полягає відмінність між коефіцієнтом і індексом?

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Поясніть, що означають записи:

а) 2Н, О, 4Fe, 3Са, 5 ^ б) 02, 502, 60, 03, 203; в) 3 ^ 0, 5Н2, 2С02, 5С, 3О2.

2. Розгляньте схематичне зображення хімічної реакції утворення аміаку. Запишіть для неї рівняння, якщо синіми кульками позначені атоми Нітрогену, а червоними - Гідрогену.

3. Підберіть коефіцієнти. Якщо потрібно, позначте виділення газу або освіту нерозчинної речовини відповідними символами.

4. Складіть рівняння реакцій: а) в результаті взаємодії водню H2 і кисню 02 утворюється вода Н20; б) залізо Fe реагує з киснем і водою і покривається іржею, основною складовою якої є речовина з формулою Fe (0H) 3; в) в результаті розкладання сахарози С12Н220л утворюються вугілля C і вода Н20.

5. На малюнку 88 представлена ​​схема хімічної реакції взаємодії літію з водою. Складіть рівняння цієї реакції.

6. На малюнку 89 (с. 121) наведено моделі речовин. Складіть рівняння реакції натрію з хлором.

7. В результаті взаємодії сірки S масою 16 г з залізом Fe утворилося 44 г ферум (М) сульфіду FeS. Обчисліть масу витраченого заліза.

8. У результаті взаємодії метану масою 8 г з киснем масою 32 г утворився вуглекислий газ масою 22 г. Обчисліть, яка маса води утворилася в результаті цієї реакції.

9. Складіть рівняння реакцій утворення з простих речовин наступних сполук: а) ферум (11) оксид FeO; б) аргентум (1) сульфід Ag2S; в) кальцій фосфід Ca3P2; г) алюміній оксид Al2O3; д) фосфор ^) оксид P2O5.

Це матеріал підручника Хімія 7 клас Григорович