Закон сохранения массы веществ

(М.В.Ломоносов, 1748 г.; А.Лавуазье, 1789 г.)

С точки зрения атомно-молекулярного учения закон сохранения массы объясняется так: в результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка. Так как число атомов до реакции и после остается неизменным, но их общая масса также не изменяется.

С точки зрения атомно-молекулярного учения закон кажется очевидным.

Однако в процессе химической реакции неизменными остаются только ядра атомов. А атом – не только ядро, но и окружающие его электроны. В процессе взаимодействия веществ реагентов происходит перестройка внешних электронных уровней, атом изменяется и совсем не очевидно, что его масса остается постоянной.

Может возникнуть возражение, число электронов так, как и ядер, сохраняется. Это правильно, но опять обратимся к уравнению Эйнштейна Е = mc2, выражающего связь между массой тела и энергией процесса.

Если происходит выделение энергии, масса продуктов уменьшается и наоборот. Изменение массы можно вычислить, зная тепловой эффект реакции.

Например

С + О₂ = СО₂; ∆Н= –393,5 кДж

∆m = 4,4 10^–12 кг = 4,4  10^–9 г

С выделившейся энергией рассеивается часть вещества. Масса моль СО2 меньше суммы масс С и О2 на 0,0000000044 г. Такое изменение массы находится вне пределов современных методов её определения. Точность определения молярных масс в таблице Менделеева ограничена четырьмя знаками после запятой. Поэтому следует считать, что в эттом месте теория с практикой расходятся. С практической точки зрения закон сохранения массы в химических процессах выполняется. Он выполняется строго, если не дать возможности выделяющейся энергии рассеиваться в окружающем пространстве или поступить из неё.

Значение закона сохранения массы для химии лишь историческое. Он утверждает материальность химических элементов и веществ. Широко используется в технологических расчетах при составлении баланса масс реагентов и продуктов промышленных производств.

Для характеристики природы веществ особенно важен заряд: нейтрон 0, электрон –, протон +. Электрон и протон обладают одинаковыми, но противоположными по знаку зарядами 1,6  10-19 Кл. заряд протона и электрона дальше неделим, поэтому называется элементарным. При образовании атомных ядер и при формировании вокруг них электронных оболочек заряды элементарных частиц алгебраически суммируются. Ядро атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов, имеет суммарный заряд +2, а электронная оболочка состоит из двух электронов, (–2) в целом атом электронейтрален. Закон сохранения заряда: алгебраическая сумма зарядов любой изолированной системы постоянна. Взаимодействие между атомами и ядрами и электронными оболочками осуществляется благодаря наличию у них зарядов и служит основой при возникновении химической связи и образовании химических соединений.

Составление химических уравнений

Включает три этапа:

1. Запись формул веществ, вступивших в реакцию (слева) и продуктов реакции (справа), соединив их по смыслу знаками "+" и "=" :

HgO = Hg + O₂

2. Подбор коэффициентов для каждого вещества так, чтобы количество атомов каждого элемента в левой и правой части уравнения было одинаково:

2HgO = 2Hg + O₂

3. Проверка числа атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения.