§ 23. Закон збереження маси речовин під час хімічних реакцій

Вивчення параграфа допоможе вам:

пізнати сутність одного з основних законів хімії — закону збереження маси речовин;
пояснювати сутність закону збереження маси речовин

Ви вже знаєте, що хімічні явища супроводжуються утворенням нових речовин. Відбувається це з атомів тих самих елементів, що входили до складу реагентів*. Атоми при цьому не руйнуються. Тому правильно буде передбачити, що маса утворених речовин не відрізняється від маси реагентів. Нині це є достовірним науковим твердженням, але до нього вчені дійшли не одразу.

* Реагенти — речовини, між якими відбувається хімічна взаємодія.

ХИБНІ ПОЯСНЕННЯ ВЧЕНИМИ ДОСЛІДІВ ІЗ ПРОЖАРЮВАННЯ МЕТАЛІВ. Зі введенням у XVII столітті в хімії точних вимірювань збільшилася різноманітність дослідів із вивчення речовин. Зокрема, англійський учений Роберт Бойль проводив багаторазове прожарювання металу свинцю у скляній посудині — реторті (мал. 80).

Мал. 80. Реторта

Перед проведенням дослідів реторту зі вміщеним у неї свинцем зважували і запаювали. По завершенні дослідів реторту відкривали і повторювали зважування. Щоразу виявляли збільшення маси. Про те, що у реторті крім металу було повітря, а в ньому кисень, який вступав у хімічну реакцію з металом, учені не могли знати, бо на той час ще не було відкрито склад повітря. Відтак ніхто й гадки не мав, що замість кисню, який прореагував із металом, у відкриту реторту надходила нова порція повітря. Від цього маса реторти після прожарювання завжди була дещо більшою, ніж до нього. Такі результати досліду потребували наукового пояснення. Його зробив Михайло Васильович Ломоносов.

ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ МАСИ РЕЧОВИН. М. В. Ломоносов проаналізував результати подібних експериментів і змінив умови досліду — зважування речовин до і після прожарювання він здійснював у запаяній реторті (мал. 81).

Мал. 81. М. В. Ломоносов у хімічній лабораторії за перевіркою дослідів із прожарювання металів Ліногравюра Μ. Г. Наговіцина, 1956 р.

Щоразу вчений виявляв, що маса запаяної реторти разом із її вмістом лишалася незмінною. Це тому, що у запаяну реторту не надходили нові порції повітря замість кисню, що прореагував із металом. Отже, маса речовин до і після реакції у запаяній реторті залишалася однаковою. Так М. В. Ломоносов у 1748 році відкрив закон збереження маси речовин.

• Маса речовин, які вступають у хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, що утворюються в результаті реакції.

Через 41 рік французький вчений Антуан Лавуазьє довів, що під час прожарювання метали взаємодіють із киснем, що входить до складу повітря. Коли реторта лишалася запаяною, в неї не надходили нові порції повітря замість кисню, що прореагував із металом. Це підтвердило відкриття М. В. Ломоносова, зроблене вченим до того, як став відомий склад повітря.

• Відкриттям закону збереження маси речовин М. В. Ломоносов довів, що речовини під час хімічних явищ не зникають безслідно і не утворюються з нічого.

ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ДОСЛІД З ПІДТВЕРДЖЕННЯ ЗАКОНУ ЗБЕРЕЖЕННЯ МАСИ РЕЧОВИН. За наявності простого скляного приладу, зображеного на малюнку 82, легко й досить наочно можна здійснити експериментальну перевірку закону збереження маси речовин. Прилад виготовлений зі скляної трубки, один кінець якої закривається гумовою пробкою, другий закінчується двома розгалуженнями, що мають назву патрубків. Спочатку один патрубок наповнимо на третину блакитним розчином купрум(ІІ) сульфату. Далі обережно наповнимо (також на третину) другий патрубок безбарвним розчином барій хлориду, після чого закриємо прилад пробкою та прикріпимо до плеча терезів, як показано на малюнку, і терези зрівноважимо важками (мал. 82, а). Не знімаючи прилад із терезів, обережно піднімемо вгору один з патрубків для того, щоб розчини змішалися. Відразу, як тільки це станеться, утвориться осад білого кольору, що є свідченням хімічної реакції. Але й після цього терези перебуватимуть у рівновазі (мал. 82, б). Це означає, що з утворенням нових речовин їхня маса залишилася без змін.

Мал. 82. Дослід, що демонструє закон збереження маси речовин

• У хімічних реакціях змінюється склад речовин, але їхня загальна маса до і після реакції лишається незмінною.

Скарбничка ерудита

Існують різні форми наукових знань. До цього часу, вивчаючи хімію, ви мали справу з науковими фактами та поняттями. Наприклад, науковими фактами є те, що вода за температури 100 °С переходить із рідкого агрегатного стану в газоподібний; що Оксиген — найпоширеніший у природі хімічний елемент. Перший факт стосується однієї речовини, другий — одного хімічного елемента.

Поняттями є: атом, молекула, хімічний елемент, валентність тощо. Поняття, на відміну від факту, стосуються певної сукупності фактів Особливістю понять є те, що з розвитком науки вони теж розвиваються, їх тлумачення — змінюються.

На відміну від понять закони є універсальними. Під законом у науці розуміють твердження, яке за певних умов повністю справджується стосовно всієї сукупності досліджуваних властивостей чи явищ. У закону винятків немає. Ви в цьому переконалися на прикладі закону збереження маси речовин.

1. У чому полягала помилка попередників М. В. Ломоносова щодо прожарювання речовин?
2. Які зміни у проведенні дослідів із прожарювання речовин вніс М. В. Ломоносов? Як це позначилось на результатах дослідів?
3. Сформулюйте закон збереження маси речовин.
4. Наведіть наукове пояснення, чому маса запаяної реторти після прожарювання в ній металу залишилася незмінною
5. Купка попелу на місці багаття має набагато меншу масу, ніж маса дров. Чи не суперечить це закону збереження маси речовин?
6*. Спрогнозуйте, як зміниться маса мідної пластинки після прожарювання у полум’ї спиртівки. Поясніть чому.
7*. Запропонуйте дослід, який можна виконати із запаленою свічкою, аби довести, що в хімічних реакціях маса речовин не змінюється.
8*. Наведіть приклади відомих вам законів з інших наук.
9*. Речовина А масою 8 г вступила у хімічну реакцію з речовиною Б масою 9,8 г. У результаті утворилися речовина В масою 14,2 г і вода. Обчисліть масу води.

ГДЗ до підручника можна знайти тут.

Зміст