UNDANG-UNDANG PEMULIHARAAN PERKARA: EKSPERIMEN DAN CONTOHNYA - KIMIA - 2026

The undang-undang pemuliharaan perkara atau massa adalah salah satu yang membuktikan bahawa dalam apa-apa tindak balas kimia, perkara bukan dihasilkan ataupun dimusnahkan. Undang-undang ini berdasarkan fakta bahawa atom adalah zarah yang tidak dapat dipisahkan dalam tindak balas jenis ini; sementara dalam reaksi nuklear atom berpecah-belah, itulah sebabnya ia tidak dianggap sebagai tindak balas kimia.

Sekiranya atom tidak dimusnahkan, maka apabila unsur atau sebatian bertindak balas, bilangan atom sebelum dan selepas tindak balas mesti tetap; yang bermaksud jumlah jisim yang tetap antara reaktan dan produk yang terlibat.

Tindak balas kimia antara A dan B2. Sumber: Gabriel Bolívar

Perkara ini selalu berlaku sekiranya tidak ada kebocoran yang menyebabkan kerugian bahan; tetapi jika reaktor ditutup secara hermetik, tidak ada atom yang "hilang", dan oleh itu jisim yang dicas mestilah sama dengan jisim selepas tindak balas.

Sekiranya produk itu padat, jisimnya akan sama dengan jumlah reaktan yang terlibat untuk pembentukannya. Perkara yang sama berlaku dengan produk cair atau gas, tetapi lebih cenderung melakukan kesalahan ketika mengukur jisimnya yang dihasilkan.

Undang-undang ini lahir dari eksperimen pada abad yang lalu, diperkuat oleh sumbangan pelbagai ahli kimia terkenal, seperti Antoine Lavoisier.

Pertimbangkan tindak balas antara A dan B ₂ untuk membentuk AB ₂ (gambar atas). Menurut undang-undang pemuliharaan jirim, jisim AB ₂ mesti sama dengan jumlah jisim A dan B ₂ , masing-masing. Oleh itu, jika 37g A bertindak balas dengan 13g B ₂ , produk AB ₂ mesti berat 50g.

Oleh itu, dalam persamaan kimia, jisim reaktan (A dan B ₂ ) mesti selalu sama dengan jisim produk (AB ₂ ).

Contoh yang sangat serupa dengan yang baru dijelaskan adalah pembentukan oksida logam, seperti karat atau karat. Karat lebih berat daripada besi (walaupun mungkin tidak seperti itu) kerana logam bertindak balas dengan jisim oksigen untuk menghasilkan oksida.

Apakah hukum pemuliharaan jirim atau jisim?

Undang-undang ini menyatakan bahawa dalam tindak balas kimia jisim reaktan sama dengan jisim produk. Undang-undang dinyatakan dalam ungkapan "materi tidak diciptakan atau dihancurkan, semuanya berubah", seperti yang dinyatakan oleh Julius Von Mayer (1814-1878).

Undang-undang ini dikembangkan secara mandiri oleh Mikhail Lamanosov, pada tahun 1745, dan oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1785. Walaupun penelitian Lamanosov bekerja pada Undang-undang Pemuliharaan Massa pendahulu Lavoisier, mereka tidak dikenal di Eropah. kerana ditulis dalam bahasa Rusia.

Eksperimen yang dilakukan pada tahun 1676 oleh Robert Boyle mendorong mereka untuk menunjukkan bahawa ketika bahan dibakar dalam bekas terbuka, bahan tersebut bertambah berat; mungkin disebabkan oleh transformasi yang dialami oleh bahan itu sendiri.

Eksperimen Lavoiser pada pembakaran bahan dalam bekas dengan pengambilan udara yang terhad menunjukkan kenaikan berat badan. Hasil ini sesuai dengan keputusan yang diperoleh Boyle.

Sumbangan Lavoisier

Namun, kesimpulan Lavoisier berbeza. Dia berpendapat bahawa selama pembakaran sejumlah jisim diekstraksi dari udara, yang akan menjelaskan peningkatan jisim yang diperhatikan pada bahan yang mengalami pembakaran.

Lavoiser percaya bahawa jisim logam tetap berterusan semasa pembakaran, dan bahawa penurunan pembakaran dalam bekas tertutup tidak disebabkan oleh penurunan longgar (konsep yang tidak digunakan), intipati yang seharusnya berkaitan dengan pengeluaran haba.

Lavoiser menunjukkan bahawa penurunan yang diperhatikan disebabkan oleh penurunan kepekatan gas di dalam bekas tertutup.

Bagaimana undang-undang ini diterapkan dalam persamaan kimia?

Hukum pemeliharaan jisim adalah kepentingan transendental dalam stoikiometri, yang terakhir ditakrifkan sebagai perhitungan hubungan kuantitatif antara reaktan dan produk yang terdapat dalam reaksi kimia.

Prinsip stoikiometri dinyatakan pada tahun 1792 oleh Jeremías Benjamin Richter (1762-1807), yang mendefinisikannya sebagai sains yang mengukur perkadaran kuantitatif atau hubungan massa unsur-unsur kimia yang terlibat dalam reaksi.

Dalam tindak balas kimia terdapat pengubahsuaian bahan yang mengambil bahagian di dalamnya. Telah diperhatikan bahawa reaktan atau reaktan digunakan untuk menghasilkan produk.

Semasa tindak balas kimia terdapat ikatan antara atom, dan juga pembentukan ikatan baru; tetapi bilangan atom yang terlibat dalam tindak balas tetap tidak berubah. Inilah yang dikenali sebagai undang-undang pemuliharaan jirim.

Prinsip asas

Undang-undang ini menyiratkan dua prinsip asas:

-Jumlah atom bagi setiap jenis adalah sama dalam reaktan (sebelum tindak balas) dan dalam produk (selepas tindak balas).

-Jumlah keseluruhan cas elektrik sebelum dan selepas tindak balas tetap berterusan.

Ini kerana bilangan zarah subatomik tetap. Zarah-zarah ini adalah neutron tanpa cas elektrik, proton bermuatan positif (+), dan elektron bercas negatif (-). Jadi cas elektrik tidak berubah semasa tindak balas.

Persamaan kimia

Setelah mengatakan perkara di atas, ketika mewakili reaksi kimia menggunakan persamaan (seperti yang terdapat dalam gambar utama), prinsip asasnya mesti dipatuhi. Persamaan kimia menggunakan simbol atau perwakilan unsur atau atom yang berlainan, dan bagaimana mereka dikelompokkan menjadi molekul sebelum atau selepas tindak balas.

Persamaan berikut akan digunakan lagi sebagai contoh:

A + B ₂ => AB ₂

Subscript adalah nombor yang diletakkan di sebelah kanan elemen (B ₂ dan AB ₂ ) di bahagian bawah, menunjukkan bilangan atom unsur yang terdapat dalam molekul. Nombor ini tidak dapat diubah tanpa penghasilan molekul baru, berbeza dari asalnya.

Pekali stoikiometrik (1, dalam kasus A dan spesies lain) adalah nombor yang diletakkan di bahagian kiri atom atau molekul, menunjukkan jumlah mereka yang mengambil bahagian dalam reaksi.

Dalam persamaan kimia, jika reaksi tidak dapat dipulihkan, anak panah tunggal diletakkan, yang menunjukkan arah reaksi. Sekiranya tindak balas boleh dibalikkan, terdapat dua anak panah ke arah yang bertentangan. Di sebelah kiri anak panah terdapat reaktan atau reaktan (A dan B ₂ ), sementara di sebelah kanan adalah produk (AB ₂ ).

Berayun

Mengimbangi persamaan kimia adalah prosedur yang memungkinkan untuk menyamai bilangan atom unsur kimia yang terdapat di dalam reaktan dengan unsur produk.

Dengan kata lain, bilangan atom setiap elemen harus sama di sisi reaktan (sebelum anak panah) dan di sisi produk tindak balas (selepas anak panah).

Dikatakan bahawa ketika reaksi seimbang, Hukum Tindakan Massa dihormati.

Oleh itu, adalah mustahak untuk mengimbangkan jumlah atom dan cas elektrik di kedua-dua sisi anak panah dalam persamaan kimia. Begitu juga, jumlah jisim reaktan mestilah sama dengan jumlah jisim produk.

Untuk kes persamaan yang diwakili, sudah seimbang (bilangan A dan B sama di kedua-dua sisi anak panah).

Eksperimen yang membuktikan undang-undang

Pembakaran logam

Lavoiser, memerhatikan pembakaran logam seperti timbal dan timah dalam bekas tertutup dengan pengambilan udara yang terhad, menyedari bahawa logam ditutup dengan kalsinasi; dan selanjutnya, bahawa berat logam pada masa pemanasan tertentu sama dengan yang awal.

Sebagai kenaikan berat badan diperhatikan ketika membakar logam, Lavoiser berpendapat bahawa berat badan yang diperhatikan dapat dijelaskan oleh jisim tertentu sesuatu yang dikeluarkan dari udara semasa pembakaran. Atas sebab ini jisimnya tetap.

Kesimpulan ini, yang dapat dipertimbangkan dengan dasar ilmiah yang tidak sehat, tidak demikian, dengan mempertimbangkan pengetahuan yang dimiliki Lavoiser tentang keberadaan oksigen pada saat ia mengucapkan Hukumnya (1785).

Pembebasan oksigen

Oksigen ditemui oleh Carl Willhelm Scheele pada tahun 1772. Kemudian, Joseph Priesley menemukannya secara bebas, dan menerbitkan hasil penyelidikannya, tiga tahun sebelum Scheele menerbitkan hasilnya pada gas yang sama.

Priesley memanaskan merkuri monoksida dan mengumpulkan gas yang meningkatkan kecerahan api. Di samping itu, apabila tikus diletakkan di dalam bekas dengan gas, mereka menjadi lebih aktif. Priesley memanggil gas ini sebagai tidak berfungsi.

Priesley melaporkan pemerhatiannya kepada Antoine Lavoiser (1775), yang mengulangi eksperimennya yang menunjukkan bahawa gas dijumpai di udara dan di dalam air. Lavoiser mengiktiraf gas sebagai unsur baru, menamakannya sebagai oksigen.

Ketika Lavoisier digunakan sebagai argumen untuk menyatakan hukumnya, bahawa kelebihan jisim yang diperhatikan dalam pembakaran logam disebabkan oleh sesuatu yang diekstraksi dari udara, dia memikirkan oksigen, unsur yang bergabung dengan logam selama pembakaran.

Contoh (latihan praktikal)

Penguraian merkuri monoksida

Sekiranya 232.6 merkuri monoksida (HgO) dipanaskan, ia terurai menjadi merkuri (Hg) dan oksigen molekul (O ₂ ). Berdasarkan undang-undang pemuliharaan jisim dan berat atom: (Hg = 206.6 g / mol) dan (O = 16 g / mol), nyatakan jisim Hg dan O ₂ yang terbentuk.

HgO => Hg + O ₂

232.6 g 206.6 g 32 g

Pengiraannya sangat mudah, kerana satu mol HgO sedang diuraikan.

Pembakaran tali pinggang magnesium

Pembakaran reben magnesium. Sumber: Kapten. John Yossarian, dari Wikimedia Commons

Pita magnesium 1.2 g dibakar dalam bekas tertutup yang mengandungi 4 g oksigen. Selepas tindak balas, 3.2 g oksigen yang tidak bertindak balas kekal. Berapa banyak magnesium oksida terbentuk?

Perkara pertama yang perlu dikira ialah jisim oksigen yang bertindak balas. Ini dapat dikira dengan mudah, dengan menggunakan pengurangan:

Jisim O ₂ yang bertindak balas = jisim awal O ₂ - jisim akhir O ₂

(4 - 3.2) g O ₂

0.8 g O ₂

Berdasarkan undang-undang pemuliharaan jisim, jisim MgO yang terbentuk dapat dihitung.

Jisim MgO = jisim Mg + jisim O

1.2 g + 0.8 g

2.0 g MgO

Kalsium hidroksida

Jisim 14 g kalsium oksida (CaO) bertindak balas dengan 3.6 g air (H ₂ O), yang digunakan sepenuhnya dalam tindak balas untuk membentuk 14.8 g kalsium hidroksida, Ca (OH) ₂ :

Berapa banyak kalsium oksida yang bertindak balas untuk membentuk kalsium hidroksida?

Berapa banyak kalsium oksida yang tinggal?

Tindak balas dapat digariskan dengan persamaan berikut:

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

Persamaannya seimbang. Oleh itu ia mematuhi undang-undang pemuliharaan massa.

Jisim CaO yang terlibat dalam tindak balas = jisim Ca (OH) ₂ - jisim H ₂ O

14.8 g - 3.6 g

11.2 g CaO

Oleh itu, CaO yang tidak bertindak balas (yang tersisa) dikira dengan melakukan pengurangan:

Jisim lebihan CaO = jisim yang terdapat dalam tindak balas - jisim yang mengambil bahagian dalam tindak balas.

14 g CaO - 11.2 g CaO

2.8 g CaO

Tembaga oksida

Berapa banyak tembaga oksida (CuO) yang akan terbentuk apabila 11 g tembaga (Cu) bertindak balas sepenuhnya dengan oksigen (O ₂ )? Berapa banyak oksigen yang diperlukan dalam tindak balas itu?

Langkah pertama adalah mengimbangkan persamaan. Persamaan seimbang adalah seperti berikut:

2Cu + O ₂ => 2CuO

Persamaannya seimbang, sehingga mematuhi undang-undang pemuliharaan jisim.

Berat atom Cu adalah 63.5 g / mol, dan berat molekul CuO ialah 79.5 g / mol.

Adalah perlu untuk menentukan berapa banyak CuO terbentuk daripada pengoksidaan lengkap 11 g Cu:

Jisim CuO = (11 g Cu) ∙ (1 mol Cu / 63.5 g Cu) ∙ (2 mol CuO / 2mol Cu) ∙ (79.5 g CuO / mol CuO)

Jisim CuO terbentuk = 13.77 g

Oleh itu, perbezaan jisim antara CuO dan Cu memberikan jumlah oksigen yang terlibat dalam tindak balas:

Jisim oksigen = 13.77 g - 11 g

1.77 g O ₂

Pembentukan natrium klorida

Jisim klorin (Cl ₂ ) 2,47 g ditindak balas dengan cukup natrium (Na) dan 3,82 g natrium klorida (NaCl) terbentuk. Berapa banyak reaksi Na?

Persamaan seimbang:

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

Menurut undang-undang pemuliharaan jisim:

Jisim Na = jisim NaCl - jisim Cl ₂

3.82 g - 2.47 g

1.35 g Na

Rujukan

1. Flores, J. Química (2002). Pengarang Santillana.
2. Wikipedia. (2018). Undang-undang pemuliharaan jirim. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org
3. Institut Politeknik Negara. (sf). Undang-undang pemuliharaan jisim. CGFIE. Dipulihkan dari: aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (18 Januari 2019). Undang-undang Pemuliharaan Jisim. Dipulihkan dari: thinkco.com
5. Shrestha B. (18 November 2018). Undang-undang pemuliharaan jirim. LibreTexts Kimia. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org