물질 보존 법칙 : 실험 및 예 - 화학 - 2025

문제 또는 질량 보존의 법칙은 어떤 화학 반응에서, 문제 둘 다 생성되거나 소멸되는 정하는 것을 하나입니다. 이 법칙은 원자가 이러한 유형의 반응에서 나눌 수없는 입자라는 사실에 기초합니다. 핵 반응에서 원자는 조각화되어 화학 반응으로 간주되지 않습니다.

원자가 파괴되지 않으면 원 소나 화합물이 반응 할 때 반응 전후의 원자 수를 일정하게 유지해야합니다. 이는 반응물과 관련된 생성물 사이의 일정한 양의 질량으로 변환됩니다.

A와 B2 사이의 화학 반응. 출처 : Gabriel Bolívar

이는 재료 손실을 유발하는 누출이없는 경우 항상 해당됩니다. 그러나 반응기가 밀폐되어 있으면 원자가 "사라지지"않으므로 충전 된 질량은 반응 후 질량과 같아야합니다.

반면에 생성물이 고체 인 경우 그 질량은 형성에 관련된 반응물의 합과 동일합니다. 액체 또는 기체 제품에서도 마찬가지이지만 결과 질량을 측정 할 때 실수를하기가 더 쉽습니다.

이 법칙은 앙투안 라부아지에 (Antoine Lavoisier)와 같은 다양한 유명한 화학자들의 기여로 강화 된 지난 수세기의 실험에서 탄생했습니다.

AB ₂ (상단 이미지) 를 형성하기 위해 A와 B ₂ 사이의 반응을 고려하십시오 . 물질 보존 법칙에 따르면 AB ₂ 의 질량은 각각 A와 B ₂ 의 질량의 합과 같아야합니다 . 따라서 A 37g이 B ₂ 13g과 반응 하면 AB ₂ 제품의 무게는 50g이어야합니다.

따라서 화학 방정식에서 반응물의 질량 (A 및 B ₂ )은 항상 생성물의 질량 (AB ₂ ) 과 같아야합니다 .

방금 설명한 것과 매우 유사한 예는 녹이나 녹과 같은 금속 산화물의 형성입니다. 녹은 철보다 무겁습니다 (그렇게 보이지는 않지만). 금속이 산소 덩어리와 반응하여 산화물을 생성하기 때문입니다.

물질 또는 질량 보존의 법칙은 무엇입니까?

이 법칙은 화학 반응에서 반응물의 질량이 생성물의 질량과 같다고 말합니다. 이 법칙은 Julius Von Mayer (1814-1878)에 의해 선언 된 것처럼 "물질은 생성되거나 파괴되지 않으며 모든 것이 변형됩니다"라는 문구로 표현됩니다.

이 법은 1745 년 Mikhail Lamanosov와 1785 년 Antoine Lavoisier에 의해 독립적으로 개발되었습니다. Lamanosov의 질량 보존법에 대한 연구는 Lavoisier보다 앞서 있지만 유럽에서는 알려지지 않았습니다. 러시아어로 작성되어 있습니다.

Robert Boyle이 1676 년에 수행 한 실험은 재료가 열린 용기에서 소각 될 때 재료의 무게가 증가한다는 점을 지적했습니다. 아마도 물질 자체가 경험 한 변형 때문일 것입니다.

Lavoiser의 공기 흡입이 제한된 용기에서 재료를 소각하는 실험은 체중 증가를 보여주었습니다. 이 결과는 보일이 얻은 결과와 일치했습니다.

Lavoisier의 기여

그러나 Lavoisier의 결론은 달랐습니다. 그는 소각하는 동안 대량의 질량이 공기에서 추출되어 소각 대상 물질에서 관찰되는 질량 증가를 설명 할 것이라고 생각했습니다.

Lavoiser는 소각하는 동안 금속의 질량이 일정하게 유지되며 밀폐 된 용기의 소각 감소가 열 생성과 관련된 것으로 추정되는 본질 인 느슨한 (사용되지 않는 개념)의 감소로 인한 것이 아니라고 믿었습니다.

Lavoiser는 관찰 된 감소가 밀폐 된 용기의 가스 농도 감소 때문이라고 지적했습니다.

이 법칙은 화학 방정식에 어떻게 적용됩니까?

질량 보존 법칙은 화학 양론에서 초월 적으로 중요하며 후자는 화학 반응에 존재하는 반응물과 생성물 사이의 정량적 관계를 계산하는 것으로 정의됩니다.

화학 양론의 원리는 1792 년에 Jeremías Benjamin Richter (1762-1807)에 의해 발표되었으며, 그는 반응에 포함 된 화학 원소의 양적 비율 또는 질량 관계를 측정하는 과학으로 정의했습니다.

화학 반응에서 그것에 참여하는 물질의 수정이 있습니다. 반응물 또는 반응물이 제품을 생성하기 위해 소비되는 것이 관찰됩니다.

화학 반응 중에 원자 사이의 결합이 끊어지고 새로운 결합이 형성됩니다. 그러나 반응에 관여하는 원자의 수는 변하지 않습니다. 이것이 물질 보존 법칙으로 알려진 것입니다.

기본 원리들

이 법은 두 가지 기본 원칙을 의미합니다.

-각 유형의 총 원자 수는 반응물 (반응 전)과 생성물 (반응 후)에서 동일합니다.

-반응 전후 전하의 총합은 일정합니다.

이는 아 원자 입자의 수가 일정하게 유지되기 때문입니다. 이 입자는 전하가없는 중성자, 양전하를 띤 양성자 (+), 음전하를 띤 전자 (-)입니다. 따라서 반응 중에 전하가 변하지 않습니다.

화학 방정식

위에서 말했듯이, 방정식 (메인 이미지에있는 것과 같은)을 사용하여 화학 반응을 나타낼 때 기본 원칙을 준수해야합니다. 화학 방정식은 다른 원소 또는 원자의 기호 또는 표현을 사용하며 반응 전후에 분자로 그룹화되는 방법을 사용합니다.

다음 방정식이 다시 예로 사용됩니다.

A + B ₂ => AB ₂

아래 첨자는 하단 에있는 원소 (B ₂ 및 AB ₂ ) 의 오른쪽에 있는 숫자로, 분자에 존재하는 원소의 원자 수를 나타냅니다. 이 숫자는 원래와 다른 새로운 분자의 생성 없이는 변경할 수 없습니다.

화학 양론 계수 (1, A 및 나머지 종의 경우)는 원자 또는 분자의 왼쪽 부분에 배치되는 숫자로, 반응에 참여하는 숫자를 나타냅니다.

화학 방정식에서 반응이 비가 역적이면 반응 방향을 나타내는 단일 화살표가 표시됩니다. 반응이 가역적이면 반대 방향에 두 개의 화살표가 있습니다. 화살표 왼쪽에는 반응물 또는 반응물 (A 및 B ₂ )이 있고 오른쪽에는 생성물 (AB ₂ )이 있습니다.

앞뒤로 흔들림

화학 방정식의 균형을 맞추는 것은 반응물에 존재하는 화학 원소의 원자 수와 생성물의 원자 수를 동일하게 만드는 절차입니다.

즉, 각 원소의 원자 수는 반응물 쪽 (화살표 앞)과 반응 생성물 쪽 (화살표 뒤)이 같아야합니다.

반응이 균형을 이루면 대량 행동의 법칙이 존중된다고합니다.

따라서 화학 방정식에서 화살표 양쪽의 원자 수와 전하의 균형을 맞추는 것이 중요합니다. 마찬가지로 반응물의 질량의 합은 생성물의 질량의 합과 같아야합니다.

표현 된 방정식의 경우 이미 균형이 잡혀 있습니다 (화살표 양쪽의 A와 B가 같은 수).

법칙을 증명하는 실험

금속 소각

Lavoiser는 공기 흡입이 제한된 밀폐 용기에서 납과 주석과 같은 금속의 소각을 관찰하면서 금속이 소성으로 덮여 있음을 발견했습니다. 또한, 주어진 가열 시간에서 금속의 무게는 초기 무게와 동일합니다.

금속을 소각 할 때 체중 증가가 관찰됨에 따라 Lavoiser는 관찰 된 초과 중량이 소각 중에 공기에서 제거되는 특정 질량으로 설명 될 수 있다고 생각했습니다. 이러한 이유로 질량은 일정하게 유지되었습니다.

불건전 한 과학적 근거로 고려할 수있는이 결론은 라부 아저가 그의 법칙을 발표했을 때 산소의 존재에 대해 가졌던 지식을 고려할 때 그렇지 않습니다 (1785).

산소 방출

산소는 1772 년 Carl Willhelm Scheele에 의해 발견되었습니다. 나중에 Joseph Priesley는 Scheele이 동일한 가스에 대한 그의 결과를 발표하기 3 년 전에 독립적으로 그것을 발견하고 그의 연구 결과를 발표했습니다.

Priesley는 일산화 수은을 가열하고 화염의 밝기를 높이는 가스를 수집했습니다. 또한 생쥐를 가스가 담긴 용기에 넣었을 때 더 활동적이되었습니다. Priesley는이 가스를 탈염이라고 불렀습니다.

Priesley는 그의 관찰을 Antoine Lavoiser (1775)에게보고했으며, 그는 가스가 공기와 물에서 발견된다는 실험을 반복했습니다. Lavoiser는 가스를 새로운 원소로 인식하고이를 산소라고 명명했습니다.

Lavoisier가 그의 법칙을 주장하기 위해 금속 소각에서 관찰 된 과잉 질량은 공기에서 추출 된 것 때문이라고 주장했을 때, 그는 소각 중에 금속과 결합하는 원소 인 산소를 생각하고있었습니다.

예 (실습)

일산화 수은 분해

수은 일산화탄소 (HGO) 232.6 가열의 경우는 수은 (수은)과 분자 산소 (O로 분해 ₂ ). 질량 보존 법칙과 원자량 : (Hg = 206.6g / mol) 및 (O = 16g / mol)에 따라 형성되는 Hg와 O ₂ 의 질량을 명시하십시오 .

HgO => Hg + O ₂

232.6g 206.6g 32g

정확히 1 몰의 HgO가 분해되기 때문에 계산은 매우 간단합니다.

마그네슘 벨트의 소각

마그네슘 리본 굽기. 출처 : Capt. Wikimedia Commons의 John Yossarian

1.2g 마그네슘 리본을 4g의 산소를 포함하는 밀폐 된 용기에서 소각했습니다. 반응 후 3.2g의 미 반응 산소가 남았다. 얼마나 많은 산화 마그네슘이 형성 되었습니까?

가장 먼저 계산할 것은 반응 한 산소의 질량입니다. 이것은 빼기로 쉽게 계산할 수 있습니다.

O 질량 ₂ 반응 = O의 초기 질량 ₂ - O 최종 질량 ₂

(4-3.2) g O ₂

0.8g O ₂

질량 보존 법칙에 따라 형성된 MgO의 질량을 계산할 수 있습니다.

MgO의 질량 = Mg의 질량 + O의 질량

1.2g + 0.8g

2.0g MgO

수산화칼슘

산화 칼슘 14 g의 질량 (카오) 3.6 g의 물과 반응하여 (H ₂ O), 완전히 수산화칼슘 14.8 g, 칼슘을 형성하는 반응에서 소모 된 (OH) ₂ :

수산화칼슘을 형성하기 위해 얼마나 많은 산화 칼슘이 반응 했습니까?

얼마나 많은 산화 칼슘이 남았습니까?

반응은 다음 방정식으로 요약 할 수 있습니다.

CaO + H ₂ O => Ca (OH) ₂

방정식은 균형을 이룹니다. 따라서 그것은 질량 보존 법칙을 준수합니다.

반응에 포함 된 CaO의 질량 = Ca (OH) _2의 질량-H ₂ O의 질량

14.8g-3.6g

11.2g CaO

따라서 반응하지 않은 CaO (남은 CaO)는 빼기를 수행하여 계산됩니다.

과잉 CaO의 질량 = 반응에 존재하는 질량-반응에 참여한 질량.

14g CaO-11.2g CaO

2.8g CaO

구리 산화물

11g의 구리 (Cu)가 산소 (O ₂ ) 와 완전히 반응하면 얼마나 많은 구리 산화물 (CuO)이 생성 됩니까? 반응에 얼마나 많은 산소가 필요합니까?

첫 번째 단계는 방정식의 균형을 맞추는 것입니다. 균형 방정식은 다음과 같습니다.

2Cu + O ₂ => 2CuO

방정식은 균형을 이루므로 질량 보존 법칙을 준수합니다.

Cu의 원자량은 63.5g / mol이고 CuO의 분자량은 79.5g / mol입니다.

11g의 Cu의 완전한 산화로 인해 얼마나 많은 CuO가 형성되는지 결정해야합니다.

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

형성된 CuO의 질량 = 13.77g

따라서 CuO와 Cu의 질량 차이는 반응에 관련된 산소의 양을 제공합니다.

산소의 질량 = 13.77g-11g

1.77g O ₂

염화나트륨의 형성

염소의 질량 (CL ₍₂₎ 2.47 g의)은 충분한 나트륨 (NA) 및 염화나트륨 3.82 g 형성와 반응시켰다. Na는 얼마나 반응 했습니까?

균형 방정식 :

2Na + Cl ₂ => 2NaCl

질량 보존 법칙에 따르면 :

Na의 질량 = NaCl의 질량-질량 Cl ₂

3.82g-2.47g

1.35g Na

참고 문헌

1. Flores, J. Química (2002). 편집 Santillana.
2. Wikipedia. (2018). 물질 보존 법칙. 출처 : es.wikipedia.org
3. 국립 폴리 테크닉 연구소. (sf). 질량 보존 법칙. CGFIE. 출처 : aev.cgfie.ipn.mx
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019 년 1 월 18 일). 질량 보존 법칙. 출처 : thoughtco.com
5. Shrestha B. (2018 년 11 월 18 일). 물질 보존의 법칙. 화학 LibreTexts. 출처 : chem.libretexts.org