Kütle ve enerjinin korunumu kanunu. Gizemli Enerji

Maddelerin kütlesinin korunumu kanunu kimyanın en önemli kanunlarından biridir. M.V. Lomonosov tarafından keşfedildi ve daha sonra A. Lavoisier tarafından deneysel olarak doğrulandı. Peki bu yasanın özü nedir?

Hikaye

Maddelerin kütlesinin korunumu yasası ilk olarak 1748'de M.V. Lomonosov tarafından formüle edildi ve 1756'da metallerin kapalı kaplarda pişirilmesi örneğini kullanarak deneysel olarak doğrulandı. Lomonosov, madde kütlesinin korunumu yasasını enerjinin korunumu yasasına (hareket miktarı) bağladı. Bu yasaları birlik içinde evrensel bir doğa yasası olarak değerlendirdi.

Pirinç. 1. M.V. Lomonosov.

Ancak Lomonosov'dan önce bile, 20 yüzyılı aşkın bir süre önce, antik Yunan bilim adamı Demokritos, canlı ve cansız her şeyin görünmez parçacıklardan oluştuğunu varsaydı. 17. yüzyılın sonlarında bu tahminler R. Boyle tarafından doğrulandı. Metal ve ahşapla deneyler yaptı ve ısıtıldıktan sonra metalin ağırlığının arttığını, aksine külün ağırlığının ahşaba göre azaldığını buldu.

M.V. Lomonosov'dan bağımsız olarak, bir maddenin kütlesinin korunumu yasası, 1789 yılında Fransız kimyager A. Lavoisier tarafından oluşturuldu ve kimyasal reaksiyonlar sırasında yalnızca maddelerin toplam kütlesinin değil, aynı zamanda her birinin kütlesinin de korunduğunu gösterdi. Etkileşen maddeleri oluşturan elementler.

Lomonosov ve Lavoisier'in görüşleri modern bilim tarafından doğrulandı. 1905 yılında A. Einstein, bir cismin kütlesi (m) ile enerjisi (E) arasında aşağıdaki denklemle ifade edilen bir ilişki olduğunu gösterdi:

burada c ışığın boşluktaki hızıdır.

Pirinç. 2. Albert Einstein.

Böylece kütlenin korunumu yasası, kimyasal reaksiyon denklemlerinin oluşturulması için maddi bir temel sağlar.

Madde kütlesinin korunumu yasasının özü

Bir maddenin kütlesinin korunumu yasası şu şekildedir: Kimyasal reaksiyona giren maddelerin kütlesi, reaksiyon sonucu oluşan maddelerin kütlesine eşittir.

Pirinç. 3. Maddenin kütlesinin korunumu kanunu.

Kimyasal reaksiyonlar için denklem yazarken bu yasaya uygunluğu sağlamalısınız. Kimyasal dönüşümlerdeki atomik parçacıklar bölünemediğinden ve hiçbir yerde kaybolmadığından, yalnızca bir maddeden diğerine aktarıldığından, reaksiyonların sol ve sağ taraflarındaki bir elementin atom sayısı aynı olmalıdır. Kimyasal reaksiyonun özü, bazı bağların kırılması ve diğer bağların oluşmasıdır. Bu süreçler enerjinin harcanması ve üretimi ile ilişkili olduğundan, enerji faktörleri, reaksiyon koşulları ve maddelerin toplam durumları dikkate alınırsa reaksiyonlara eşit işaret konulabilir.

Çoğu zaman, özellikle inorganik reaksiyonlarda eşit işareti, gerekli faktörler dikkate alınmadan basitleştirilmiş bir gösterim yapılarak konulur. Katsayıları eşitlerken önce metal atomlarının sayısını, sonra metal olmayan atomların sayısını, ardından hidrojeni eşitlerler ve son olarak oksijeni kontrol ederler.

Ne öğrendik?

Bir maddenin kütlesinin korunumu yasası okulda kimya 8. sınıfta incelenmektedir, çünkü reaksiyon denklemlerinin doğru hazırlanması için özünün anlaşılması gereklidir. Dünyadaki herhangi bir maddenin görünmez parçacıklardan oluştuğu gerçeği, eski Yunan bilim adamı Demokritos tarafından öne sürüldü ve onun daha modern takipçileri Lomonosov, Lavoisier, Einstein bunu deneysel olarak kanıtladı.

Konuyla ilgili deneme

Raporun değerlendirilmesi

Ortalama puanı: 4.1. Alınan toplam puan: 162.

Kütlenin korunumu yasası, insan faaliyetinin tüm alanlarındaki fiziksel süreçlerin hesaplanmasının temelidir. Geçerliliği fizikçiler, kimyacılar veya diğer bilimlerin temsilcileri tarafından tartışılmamaktadır. Bu yasa, katı bir muhasebeci gibi, bir maddenin tam kütlesinin diğer maddelerle etkileşiminden önce ve sonra korunmasını sağlar. Bu yasayı keşfetme onuru Rus bilim adamı M.V.

Maddelerin bileşimi hakkında ilk fikirler

Maddenin yapısı yüzyıllar boyunca her insan için bir sır olarak kaldı. Çeşitli hipotezler bilim adamlarının zihinlerini heyecanlandırdı ve bilgeleri uzun ve anlamsız tartışmalara sürükledi. Biri her şeyin ateşten oluştuğunu savunurken, diğeri bambaşka bir bakış açısını savundu. Antik Yunan bilgesi Demokritos'un, tüm maddelerin gözle görülmeyen küçük madde parçacıklarından oluştuğu teorisi, teoriler yığını arasında parladı ve haksız yere unutuldu. Demokritos onlara "bölünmez" anlamına gelen "atomlar" adını verdi. Ne yazık ki 23 yüzyıl kadar bir süre boyunca bu varsayım unutuldu.

Simya

Temel olarak Orta Çağ'ın bilimsel verileri önyargılara ve çeşitli varsayımlara dayanıyordu. En fantastik teorilerle tatlandırılmış, mütevazı bir pratik bilgi bütünü olan simya ortaya çıktı ve geniş çapta yayıldı. Örneğin o zamanın ünlü beyinleri kurşunu altına çevirmeye ve tüm hastalıklara şifa veren bilinmeyen bir felsefe taşını bulmaya çalıştılar. Arama süreci sırasında, kimyasal elementlerin birçok açıklanamayan reaksiyonundan oluşan bilimsel deneyim yavaş yavaş birikti. Örneğin daha sonra basit olarak adlandırılan birçok maddenin bozunmadığı tespit edildi. Böylece maddenin bölünemez parçacıklarına ilişkin eski teori yeniden canlandırıldı. Bu bilgi deposunu tutarlı ve mantıklı bir teoriye dönüştürmek büyük bir zeka gerektirdi.

Lomonosov teorisi

Kimya, kesin niceliksel araştırma yöntemini Rus bilim adamı M.V. Parlak yetenekleri ve sıkı çalışması nedeniyle kimya profesörü unvanını aldı ve Rusya Bilimler Akademisi'ne üye oldu. Onun altında, ünlü madde kütlesinin korunumu yasasının keşfedildiği ülkenin ilk modern kimya laboratuvarı düzenlendi.

Kimyasal reaksiyonların akışını inceleme sürecinde Lomonosov, başlangıç ​​\u200b\u200bkimyasallarını ve reaksiyondan sonra ortaya çıkan ürünleri tarttı. Aynı zamanda madde kütlesinin korunumu yasasını keşfetti ve formüle etti. 17. yüzyılda kütle kavramı sıklıkla "ağırlık" terimiyle karıştırılıyordu. Bu nedenle madde kütlelerine genellikle "ölçek" adı verildi. Lomonosov, bir maddenin yapısının doğrudan oluşturulduğu parçacıklara bağlı olduğunu belirledi. Aynı türden parçacıklar içeriyorsa, bilim adamı böyle bir maddeyi basit olarak adlandırdı. Taneciklerin bileşimi heterojen olduğunda karmaşık bir madde elde edilir. Bu teorik veriler Lomonosov'un kütlenin korunumu yasasını formüle etmesine izin verdi.

Law'un tanımı

Çok sayıda deneyden sonra M.V. Lomonosov, özü şu şekilde olan bir yasa oluşturdu: reaksiyona giren maddelerin ağırlığı, reaksiyondan kaynaklanan maddelerin ağırlığına eşittir.

Rus biliminde bu varsayıma "Lomonosov'un Madde Kütlesinin Korunumu Yasası" adı verilir.

Bu yasa 1748'de formüle edildi ve metallerin kapalı kaplarda pişirilmesiyle reaksiyonuyla ilgili en doğru deneyler 1756'da gerçekleştirildi.

Lavoisier'in deneyleri

Avrupa bilimi, büyük Fransız kimyager Antoine Lavoisier'in çalışmalarının bir açıklamasının yayınlanmasından sonra kütlenin korunumu yasasını keşfetti.

Bu bilim adamı, deneylerinde o zamanın teorik kavramlarını ve fiziksel yöntemlerini cesurca uyguladı; bu, onun kimyasal bir isimlendirme geliştirmesine ve o dönemde bilinen tüm kimyasal maddelerin bir kaydını oluşturmasına olanak sağladı.

Lavoisier deneyleriyle, herhangi bir kimyasal reaksiyon sürecinde, bir bileşiğe giren maddelerin kütlesinin korunumu yasasına uyulduğunu kanıtladı. Ek olarak, korunum yasasının dağılımını, karmaşık maddelerin bir parçası olarak reaksiyona katılan her bir elementin kütlesine kadar genişletti.

Dolayısıyla maddelerin kütlelerinin korunumu yasasını kimin keşfettiği sorusu iki şekilde cevaplanabilir. M.V. Lomonosov, koruma yasasını açıkça gösteren ve onu teorik bir temele oturtan deneyler yapan ilk kişiydi. A. Lavoisier, 1789'da Rus bilim adamından bağımsız olarak, kütlenin korunumu yasasını bağımsız olarak keşfetti ve ilkesini kimyasal reaksiyona katılan tüm elementlere genişletti.

Kütle ve enerji

1905 yılında büyük A. Einstein bir maddenin kütlesi ile enerjisi arasındaki bağlantıyı gösterdi. Aşağıdaki formülle ifade edildi:

Einstein'ın denklemi kütle ve enerjinin korunumu yasasını doğruluyor. Bu teori, tüm enerjinin bir kütlesi olduğunu ve bu enerjideki bir değişikliğin cismin kütlesinde bir değişikliğe neden olduğunu belirtir. Herhangi bir cismin potansiyel enerjisi çok yüksektir ve ancak özel koşullar altında açığa çıkarılabilir.

Kütlenin korunumu yasası mikro ve makrokozmosun tüm cisimleri için geçerlidir. Herhangi bir kimyasal reaksiyon, bir maddenin iç enerjisinin dönüşümünde rol oynar. Bu nedenle, kimyasal reaksiyonlara katılan maddelerin kütlesini hesaplarken, belirli bir reaksiyonda enerjinin salınması veya emilmesinden kaynaklanan kütle artışını veya azalışını hesaba katmak gerekir. Aslında makrokozmosta bu etki o kadar önemsizdir ki, bu tür değişiklikler göz ardı edilebilir.

· Esneklik · Plastisite · Hooke Yasası · Reoloji · Viskoelastisite

Kütlenin Korunumu Kanunu- Fiziksel bir sistemin kütlesinin tüm doğal ve yapay süreçler sırasında korunduğunu söyleyen fizik kanunu.

Hiçbir şey yoktan var olamaz ve var olanın yok edilmesi de mümkün değildir.

Daha önce, Empedokles'in "korunma ilkesi", Miletli okulun temsilcileri tarafından, her şeyin temeli olan ilk madde hakkında teorik fikirleri formüle etmek için kullanıldı.

Daha sonra benzer bir tez Demokritos, Aristoteles ve Epikuros tarafından da dile getirildi (Lucretius Cara tarafından yeniden anlatıldığı gibi). Ortaçağ bilim adamları da bu yasanın doğruluğu konusunda herhangi bir şüphe dile getirmediler. 1630'da Périgordlu bir doktor olan Jean Rey (1583-1645) Mersenne'e şunları yazdı:

Ağırlık, elementlerin içeriğine o kadar sıkı bağlıdır ki, birinden diğerine değişerek her zaman aynı ağırlığı korurlar.

Doğada meydana gelen tüm değişiklikler öyle bir şekilde gerçekleşir ki, bir şeye bir şey eklenirse, başka bir şeyden çıkarılır. Yani bir bedene ne kadar madde eklenirse, diğerinden de o kadar madde kayboluyor, kaç saatimi uykuda geçiriyorum, uyanıklıktan aynı miktarı alıyorum vb.

Daha sonra, mikro dünya fiziğinin yaratılmasına kadar, kütlenin korunumu yasasının doğru ve açık olduğu kabul edildi. Immanuel Kant bu yasayı doğa biliminin bir önermesi ilan etti (1786). Lavoisier, "Temel Kimya Ders Kitabı"nda (), maddenin kütlesinin korunumu yasasının kesin bir niceliksel formülasyonunu verir, ancak bunu yeni ve önemli bir yasa olarak ilan etmez, sadece iyi bilinen bir yasa olarak geçerken ondan bahseder. ve köklü bir gerçek. Kimyasal reaksiyonlar için Lavoisier yasayı şu şekilde formüle etti:

Ne yapay süreçlerde ne de doğal süreçlerde hiçbir şey olmaz ve her işlemde [kimyasal reaksiyonda] önce ve sonra aynı miktarda maddenin olduğu, ilkelerin nitelik ve niceliğinin aynı kaldığı, yalnızca Yer değiştirmeler ve yeniden gruplaşmalar meydana geldi. Kimyada deney yapma sanatının tamamı bu önermeye dayanmaktadır.

Başka bir deyişle, kimyasal reaksiyonun gerçekleştiği kapalı bir fiziksel sistemin kütlesi korunur ve bu reaksiyona giren tüm maddelerin kütlelerinin toplamı, tüm reaksiyon ürünlerinin kütlelerinin toplamına eşittir (yani, aynı zamanda korunmuştur). Kütle katkı maddesi olarak kabul edilir.

Mevcut durum

20. yüzyılda kütlenin iki yeni özelliği keşfedildi.

(M1) Fiziksel bir nesnenin kütlesi, onun iç enerjisine bağlıdır (bkz. Kütle ve enerjinin denkliği). Dışarıdan enerji emildiğinde kütle artar, kaybolduğunda ise azalır. Buradan kütlenin yalnızca yalıtılmış bir sistemde, yani dış çevreyle enerji alışverişinin olmadığı durumlarda korunduğu sonucu çıkar. Nükleer reaksiyonlar sırasında kütledeki değişim özellikle dikkat çekicidir. Ancak ısının salınımının (veya emilmesinin) eşlik ettiği kimyasal reaksiyonlar sırasında bile kütle korunmaz, ancak bu durumda kütle kusuru ihmal edilebilir düzeydedir. Akademisyen L. B. Okun şöyle yazıyor:

Bir cismin iç enerjisi değiştiğinde kütlesinin de değiştiğini vurgulamak için iki yaygın örneği ele alalım:
1) Bir demir 200°C ısıtıldığında kütlesi şu kadar artar;
2) Belirli bir miktar buz tamamen suya dönüştüğünde.

(M2) Kütle eklenen bir miktar değildir: Bir sistemin kütlesi, onu oluşturan bileşenlerin kütlelerinin toplamına eşit değildir. Toplanabilirlik dışı örnekler:

• Her birinin kütlesi olan bir elektron ve bir pozitron, ayrı ayrı kütlesi olmayan, yalnızca sistem olarak kütleye sahip olan fotonlara yok olabilir.
• Bir proton ve bir nötrondan oluşan bir döteronun kütlesi, bileşenlerinin kütlelerinin toplamına eşit değildir, çünkü parçacıkların etkileşim enerjisi dikkate alınmalıdır.
• Güneş'in içinde meydana gelen termonükleer reaksiyonlarda hidrojenin kütlesi, ondan üretilen helyumun kütlesine eşit değildir.
• Özellikle çarpıcı bir örnek: Bir protonun kütlesi (≈938 MeV), onu oluşturan kuarkların kütlesinden (yaklaşık 11 MeV) onlarca kat daha fazladır.

Böylece, fiziksel yapıların parçalanması veya sentezinin eşlik ettiği fiziksel süreçler sırasında, sistemin bileşenlerinin (bileşenlerinin) kütlelerinin toplamı korunmaz, ancak bu (izole edilmiş) sistemin toplam kütlesi korunur:

• Yok olma sonucu ortaya çıkan foton sisteminin kütlesi, yok olan elektron ve pozitrondan oluşan sistemin kütlesine eşittir.
• Bir döterondan oluşan bir sistemin kütlesi (bağlanma enerjisi dikkate alınarak), ayrı ayrı bir proton ve bir nötrondan oluşan bir sistemin kütlesine eşittir.
• Termonükleer reaksiyonlar sonucu ortaya çıkan helyumdan oluşan bir sistemin kütlesi, salınan enerji dikkate alındığında hidrojenin kütlesine eşittir.

Bu, modern fizikte kütlenin korunumu yasasının enerjinin korunumu yasasıyla yakından ilişkili olduğu ve aynı sınırlamayla yerine getirildiği anlamına gelir - sistem ile dış çevre arasındaki enerji alışverişi dikkate alınmalıdır.

Daha ayrıntılı olarak

Modern fizikte kütlenin neden toplamsız olduğunu daha ayrıntılı olarak açıklamak için (sistemin kütlesi - genel olarak konuşursak - bileşenlerin kütlelerinin toplamına eşit değildir), öncelikle terimin altında şunu belirtmek gerekir: ağırlık modern fizikte Lorentz-değişmez miktar anlaşılmaktadır:

enerji nerede, momentum nerede, ışık hızı nerede. Ve bu ifadenin noktasal yapısız (“temel”) bir parçacığa ve herhangi bir fiziksel sisteme eşit derecede kolaylıkla uygulanabileceğini ve ikinci durumda sistemin enerjisi ve momentumunun basitçe enerjiler ve momentumların toplanmasıyla hesaplandığını hemen not ediyoruz. sistemin bileşenlerinin (enerji ve momentum toplanır) .

• Bu arada sistemin momentum-enerji vektörünün 4'lü bir vektör olduğunu, yani terimlerinin bu şekilde dönüştürülmesi nedeniyle bileşenlerinin başka bir referans sistemine geçişte Lorentz dönüşümlerine uygun olarak dönüştürüldüğünü de not edebilirsiniz - 4 -sistemi oluşturan parçacıkların enerji-momentum vektörleri. Ve yukarıda tanımlanan kütle, bu vektörün Lorentz metriğindeki uzunluğu olduğundan, değişmez olduğu (Lorentz-değişmez), yani ölçüldüğü veya hesaplandığı raporlama sistemine bağlı olmadığı ortaya çıkar.

Ek olarak, bunun evrensel bir sabit olduğunu, yani asla değişmeyen bir sayı olduğunu unutmayın, bu nedenle prensip olarak böyle bir ölçü birimi sistemi seçebilirsiniz, böylece söz konusu formül daha az karmaşık olacaktır:

ve onunla ilişkili diğer formüller (ve aşağıda kısaca böyle bir birim sistemi kullanacağız).

Kütlesel toplamsallığın ihlaliyle ilgili en paradoksal görünen durumu zaten göz önüne aldığımızda - birkaç (basitlik için kendimizi ikiyle sınırlayacağız) kütlesiz parçacıklardan (örneğin fotonlar) oluşan bir sistemin sıfırdan farklı bir kütleye sahip olabileceği durum, Kütlenin toplanabilir olmamasına yol açan mekanizmayı görmek kolaydır.

Zıt momentumlu iki foton 1 b 2 olsun: . Bilindiği gibi her fotonun kütlesi sıfırdır, dolayısıyla şunu yazabiliriz:

yani her fotonun enerjisi momentum modülüne eşittir. Bu arada, sıfır olmayan niceliklerin kök işareti altında birbirinden çıkarılması nedeniyle kütlenin sıfıra eşit olduğunu belirtelim.

Şimdi bu iki fotonun sistemini bir bütün olarak ele alarak momentumunu ve enerjisini hesaplayalım. Gördüğümüz gibi, bu sistemin momentumu sıfırdır (birikmiş olan foton darbeleri yok edilmiştir, çünkü bu fotonlar zıt yönlerde uçmaktadır):

Fiziksel sistemimizin enerjisi, birinci ve ikinci fotonların enerjilerinin toplamı olacaktır:

Dolayısıyla sistemin kütlesi:

(dürtüler yok edildi, ancak enerjiler eklendi - farklı işaretlerde olamazlar).

Genel durumda her şey buna benzer şekilde gerçekleşir, en açık ve basit örnek. Genel olarak konuşursak, bir sistemi oluşturan parçacıkların sıfır kütleye sahip olması gerekmez, kütlelerin küçük olması veya en azından enerjiler veya momentumlarla karşılaştırılabilir olması yeterlidir ve etki büyük veya fark edilebilir olacaktır. Çok özel durumlar dışında, kütlenin neredeyse hiçbir zaman kesin bir toplamsallığının olmadığı da açıktır.

Kütle ve eylemsizlik

Kütlenin toplamsallığının eksikliği zorluklara yol açıyor gibi görünüyor. Bununla birlikte, yalnızca bu şekilde tanımlanan kütlenin (başka türlü değil, örneğin enerjinin ışık hızının karesine bölünmesiyle) Lorentz-değişmezinin, uygun ve biçimsel olarak güzel bir niceliğin ortaya çıkmasıyla kurtarılmazlar. , ama aynı zamanda ataletin bir ölçüsü olarak kütlenin olağan klasik anlayışına tam olarak karşılık gelen fiziksel bir anlama da sahiptir.

Yani, bir fiziksel sistemin geri kalanının referans sistemi (yani, fiziksel sistemin momentumunun sıfır olduğu referans sistemi) veya dinlenme sisteminin yavaş hareket ettiği (ışık hızına kıyasla) referans sistemleri için, yukarıda belirtilen kütle tanımı

Klasik Newton kütlesine tamamen karşılık gelir (Newton'un ikinci yasasına dahildir).

Bu, dışarıda (dış etkileşimler için) sıradan bir katı cisim olan, ancak içeride hızlı hareket eden parçacıklar içeren bir sistem dikkate alınarak özel olarak gösterilebilir. Örneğin, içinde fotonların (elektromanyetik dalgalar) bulunduğu, mükemmel yansıtıcı duvarlara sahip bir ayna kutusu düşünüldüğünde.

Basitlik ve etkinin daha net olması için kutunun kendisinin (neredeyse) ağırlıksız olmasına izin verin. O halde yukarıdaki paragrafta tartışılan örnekte olduğu gibi kutu içindeki fotonların toplam momentumu sıfır ise kutu genel olarak hareketsiz olacaktır. Üstelik dış kuvvetlerin etkisi altında (örneğin, onu itersek), içindeki fotonların toplam enerjisinin bölü değerine eşit bir kütleye sahip bir cisim gibi davranması gerekir.

Buna niteliksel olarak bakalım. Kutuyu itelim ve bu nedenle sağa doğru bir miktar hız kazanmıştır. Basitlik açısından, şimdi yalnızca sağa ve sola doğru hareket eden elektromanyetik dalgalardan bahsedeceğiz. Sol duvardan yansıyan bir elektromanyetik dalga, frekansını (Doppler etkisi nedeniyle) ve enerjisini artıracaktır. Sağ duvardan yansıyan dalga ise yansıma sırasında frekansını ve enerjisini azaltacak, ancak tam bir telafi olmayacağından toplam enerji artacaktır. Sonuç olarak cisim (if) değerine eşit bir kinetik enerji elde edecektir, bu da kutunun klasik kütleli bir cisim gibi davrandığı anlamına gelir. Aynı sonuç, hızlı göreli ayrık parçacıkların duvarlardan yansıması (sıçraması) için de elde edilebilir (ve hatta daha kolay) (göreli olmayanlar için de geçerlidir, ancak bu durumda kütle, kütlelerin toplamı olacaktır) kutuda bulunan parçacıkların sayısı).

Notlar

Edebiyat

• Jammer M. Klasik ve modern fizikte kütle kavramı. - M.: Progress, 1967. (Yeniden basım: Editoryal URSS, 2003, ISBN 5-354-00363-6)
• Okun L.B. Kütle kavramı (Kütle, enerji, görelilik). Advances in Physical Sciences, No. 158 (1989).
• Spassky B.I. Fizik Tarihi. - M.: Yüksekokul, 1977.
  • Cilt 1: bölüm 1 bölüm 2
  • Cilt 2: bölüm 1 bölüm 2

Wikimedia Vakfı. 2010.

Diğer sözlüklerde “Kütlenin Korunumu Yasası”nın ne olduğuna bakın:

KÜTLENİN KORUNUM KANUNU- göreli olmayan Newton mekaniğinin temel yasası, buna göre kapalı bir sisteme giren bir maddenin kütlesinin ya içinde biriktiği ya da onu terk ettiği, yani. sisteme giren maddenin kütlesi eksi ayrılan kütle... ... Ekolojik sözlük

Kimya, temeli kimya kanunlarına dayanan, maddelerin yapısını, özelliklerini ve kimyasal reaksiyonlar sonucu oluşan dönüşümlerini inceleyen bilimdir. Tüm genel kimya, çoğu Rus bilim adamları tarafından keşfedilen 4 temel yasaya dayanmaktadır. Ancak bu yazımızda kimyanın temel yasalarından biri olan maddelerin kütlesinin korunumu yasasından bahsedeceğiz.

Maddenin kütlesinin korunumu yasasını ayrıntılı olarak ele alalım. Makale, yasanın keşfinin tarihini, özünü ve bileşenlerini anlatacaktır.

Maddenin kütlesinin korunumu yasası (kimya): formülasyon

Kimyasal reaksiyona giren maddelerin kütlesi, bunun sonucunda oluşan maddelerin kütlesine eşittir.

Ama tarihe dönelim. 20 yüzyıldan fazla bir süre önce, antik Yunan filozofu Demokritos, tüm maddenin görünmez parçacıklar olduğunu öne sürdü. Ve ancak 17. yüzyılda İngiliz kökenli bir kimyager bir teori ortaya attı: tüm maddeler, maddenin en küçük parçacıklarından oluşur. Boyle, metali ateşte ısıtarak deneyler yaptı. Kapları ısıtmadan önce ve sonra tarttı ve ağırlığın arttığını fark etti. Yakılan odunun tam tersi bir etkisi vardı; külün ağırlığı odundan daha azdı.

Yeni hikaye

Maddelerin kütlesinin korunumu yasası (kimya), 1748 yılında M.V. tarafından bilimsel derneğe sunuldu. Lomonosov ve 1756'da deneysel olarak kanıtlandı. Rus bilim adamı kanıt sağladı. Hermetik olarak kapatılmış kapsülleri kalay ile ısıtırsanız ve kapsülleri ısıtmadan önce ve sonra tartarsanız, o zaman bir maddenin kütlesinin korunumu yasası (kimya) açık olacaktır. Bilim adamı Lomonosov'un ifade ettiği formülasyon, modern olana çok benziyor. Rus doğa bilimci atom-moleküler bilimin gelişimine yadsınamaz bir katkı yaptı. Maddelerin kütlesinin korunumu yasasını (kimya) enerjinin korunumu yasasıyla birleştirdi. Mevcut öğretim bu inançları doğrulamıştır. Ve yalnızca otuz yıl sonra, 1789'da, Fransa'dan doğa bilimci Lavoisier, Lomonosov'un teorisini doğruladı. Ama bu sadece bir tahmindi. Alman bilim adamı G. Landolt'un 10 yıllık araştırmasının ardından yirminci yüzyılda (başlangıçta) yasalaştı.

Deney örnekleri

Maddelerin kütlesinin korunumu yasasını (kimya) doğrulayabilecek deneyleri ele alalım. Örnekler:

1. Kabın içerisine kırmızı fosforu yerleştirip ağzını tıpa ile sıkıca kapatıp tartıyoruz. Düşük ateşte ısıtın. Beyaz dumanın (fosfor oksit) oluşması kimyasal bir reaksiyonun meydana geldiğini gösterir. Tekrar tartıyoruz ve ortaya çıkan maddenin bulunduğu kabın ağırlığının değişmediğinden emin oluyoruz. Reaksiyon denklemi: 4P+3O2 = 2P2O3.
2. İki Landolt gemisini alıyoruz. Bunlardan birinde, kurşun nitrat ve potasyum iyodür reaktiflerini karıştırmamak için dikkatlice dökün. Ayrıca demir klorürü başka bir kaba koyuyoruz. Kapları sıkıca kapatın. Terazinin dengeli olması gerekir. Her kabın içeriğini karıştırın. Birinde sarı bir çökelti oluşur - bu kurşun iyodür, diğerinde ise koyu kırmızı demir tiyosiyanat elde edilir. Yeni maddeler oluştuğunda teraziler dengeyi koruyordu.
3. Bir mum yakıp bir kaba koyalım. Bu kabı hava geçirmez şekilde kapatıyoruz. Teraziyi dengeye getirmek. Kaptaki hava bittiğinde mum söner ve reaksiyon sona erer. Teraziler dengede olacağından tepkimeye girenlerin ağırlığı ile oluşan maddelerin ağırlığı aynı olacaktır.
4. Başka bir deney yapalım ve örnek olarak maddelerin kütlesinin korunumu yasasını (kimya) ele alalım. Kalsiyum klorürün formülü CaCl2, sülfat asidinin formülü ise H2SO4'tür. Bu maddeler etkileşime girdiğinde beyaz bir çökelti oluşur - kalsiyum sülfat (CaSO4) ve hidroklorik asit (HCl). Deney için teraziye ve Landolt kabına ihtiyacımız olacak. Kalsiyum klorür ve sülfat asidini karıştırmadan kaba çok dikkatli bir şekilde dökün ve bir tıpa ile sıkıca kapatın. Terazide tartıyoruz. Daha sonra reaktifleri karıştırıyoruz ve beyaz bir çökeltinin (kalsiyum sülfat) çöktüğünü gözlemliyoruz. Bu, kimyasal bir reaksiyonun meydana geldiğini gösterir. Kabı tekrar tartıyoruz. Ağırlık aynı kaldı. Bu reaksiyonun denklemi şu şekilde görünecektir: CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HCl.

Temel bilgiler

Kimyasal reaksiyonun temel amacı, bazı maddelerdeki molekülleri yok etmek ve ardından maddenin yeni moleküllerini oluşturmaktır. Bu durumda her maddenin etkileşimden önceki ve sonraki atom sayısı değişmeden kalır. Yeni maddeler oluştuğunda enerji açığa çıkar ve bunların emilmesiyle bozunduklarında, ısının emilmesi veya salınması şeklinde kendini gösteren enerjik bir etki ortaya çıkar. Kimyasal bir reaksiyon sırasında, başlangıç ​​​​maddelerinin - reaktanların - molekülleri, daha sonra kimyasal reaksiyonun ürünlerinin elde edildiği atomlara ayrılır. Atomların kendisi değişmeden kalır.

Reaksiyon yüzyıllarca sürebilir veya hızlı bir şekilde ortaya çıkabilir. Kimyasal ürünler üretirken, belirli bir kimyasal reaksiyonun hızını, sıcaklığı mı emdiğini yoksa serbest mi bıraktığını, hangi basınca ihtiyaç duyulduğunu, reaktiflerin ve katalizörlerin miktarını bilmeniz gerekir. Katalizörler, kimyasal reaksiyona katılmayan ancak hızını önemli ölçüde etkileyen küçük maddelerdir.

Kimyasal denklemler nasıl yazılır?

Maddelerin kütlesinin korunumu yasasını (kimya) bilerek, kimyasal denklemlerin nasıl doğru şekilde oluşturulacağını anlayabilirsiniz.

1. Kimyasal reaksiyona giren reaktiflerin ve bunun sonucunda ortaya çıkan ürünlerin formüllerinin bilinmesi gerekir.
2. Solda aralarında “+” işareti bulunan reaktiflerin formülleri, sağda ise aralarında “+” işareti bulunan ortaya çıkan ürünlerin formülleri bulunmaktadır. Reaktiflerin formülleri ile ortaya çıkan ürünlerin arasına “=” işareti veya ok yerleştirilir.
3. Reaktanların tüm bileşenlerinin atom sayısı, ürünlerin atom sayısına eşit olmalıdır. Bu nedenle katsayılar hesaplanır ve formüllerin önüne yerleştirilir.
4. Formüllerin denklemin sol tarafından sağa taşınması veya yerlerinin değiştirilmesi yasaktır.

Kanunun anlamı

Maddelerin kütlesinin korunumu yasası (kimya), bu en ilginç konunun bir bilim olarak gelişmesini mümkün kıldı. Nedenini öğrenelim.

• Kimyada madde kütlesinin korunumu yasasının büyük önemi, endüstri için kimyasal hesaplamaların bu esasa göre yapılmasıdır. 9 kg bakır sülfür elde etmeniz gerektiğini varsayalım. Bakır ve kükürt reaksiyonunun 2:1 kütle oranında gerçekleştiğini biliyoruz. Bu kanuna göre 1 kg ağırlığındaki bakır ile 2 kg ağırlığındaki kükürtün kimyasal reaksiyonu sonucu 3 kg ağırlığında bakır sülfür oluşur. 9 kg ağırlığında yani 3 kat daha fazla bakır sülfit elde etmemiz gerektiğinden 3 kat daha fazla reaktife ihtiyacımız olacak. Yani 6 kg bakır ve 3 kg kükürt.
• Doğru kimyasal denklemleri yazabilme.

Çözüm

Bu makaleyi okuduktan sonra, bu arada ünlü yurttaşımız bilim adamı M.V.'nin de dahil olduğu keşif tarihinin bu yasasının özüne ilişkin hiçbir soru kalmamalı. Lomonosov. Bu da Rus biliminin gücünün ne kadar büyük olduğunu bir kez daha doğruluyor. Bu yasanın keşfinin önemi ve anlamı da netleşti. Ve okulda makaleyi okuduktan sonra anlamayanlar bunun nasıl yapılacağını öğrenmeli veya hatırlamalıdır.

Dünya ve uzaydaki diğer nesneleri kapsayan evren maddeden yapılmıştır. Madde, belirli bir alanı kaplayan ve madde miktarını belirleyen kütlesi olan her şeydir. Kütlenin metrik birimi gramdır (g). Dünya'da madde üç ana form alır: katı, sıvı ve gaz. Bir nesnenin ağırlığı, kütlesini belirlemenizi sağlar. Ağırlığı ne kadar büyük olursa kütlesi de o kadar büyük olur. Elbette aynı yerçekimi koşulları altında.

Evren enerji olmadan düşünülemez ve herkes onun ne olduğunu ve ne olabileceğini bilmeli. Karmaşık şeylerin yaştan bağımsız olarak herkesin erişebileceği bir biçimde sunulduğu bilimsel ve popüler bilim literatürü kesinlikle buna yardımcı oluyor. Bu kitaplar arasında Janice VanCleave'in İngilizce dilindeki popülerleştirme çalışması “Energy for Every Kid”i özellikle vurgulamak gerekir. Bu kitapta genç ve çok genç olmayan okuyuculara çeşitli enerji türlerinin özelliklerini ayrıntılı olarak anlattı. İngilizce yayınlanan “Enerji ve çocuklar” web sitesi, herkesin enerji hakkında bilmesi gereken en ilginç ve önemli şeyleri sayfalarında topladı. Sayfalarında enerjinin prensipleri inceleniyor, enerji alanındaki bilimsel düşünce tarihi anlatılıyor ve bu bilim alanında çalışmış bilim adamlarının biyografileri yer alıyor. Ayrıca sitede enerji tasarrufunun ilkeleri de tartışılıyor. Bir öğretmenin rehberliğinde okul çocukları tarafından gerçekleştirilen çeşitli deneyleri içerir. İnsan uygarlığının enerjiyi kullanma biçimleri hakkında da pek çok ilginç şey söyleniyor. Burada ayrıca enerjiyle ilgili çeşitli gerçekler de sunulmaktadır. Çocuklara yönelik İngilizce eğitim web sitesi Penguin, diğer eğitim materyallerinin yanı sıra çocuklar için bir Enerji Rehberi de içermektedir. Bu ilginç koleksiyon, enerjiyle ilgili her meraklı kişinin aklında bulunabilecek birçok soruyu yanıtlıyor.

Evren neyden yapılmıştır?

Maddenin “yapı taşları” atomlardır. Aynı tür atomlardan oluşan temel kimyasal maddelere element denir. Atomlar bir araya geldiğinde bağ oluştururlar. Birkaç tür atomdan oluşan maddelere karmaşık denir. Bu tür bileşiklerin iki türü vardır - moleküler ve iyonik bileşikler.

İyonik bir bileşiğin bir örneği sodyum klorürdür (sofra tuzu). Bu tür bileşikler iyonlardan (elektrik yükü olan atomlar veya atom grupları) oluşur. Moleküler bileşikler (örneğin su) moleküllerden oluşur. Bir molekül, moleküler bir bileşiğin en küçük fiziksel birimidir.

On sekizinci yüzyılda Fransız kimyager Antoine Lavoisier, insan uygarlığı tarihinde ilk kez, kimyasal reaksiyon (atomların yeni bir madde oluşturduğu süreç) sırasında maddenin ne yaratıldığını ne de yok edildiğini keşfetti. Sadece reaktiflerdeki kimyasal elementler yeni bir yapı oluşturuyor.

Bu durumda kimyasal reaksiyon sırasında maddenin toplam kütlesi korunur ve değişmeden kalır. Nihai maddenin kütlesi, reaktanların kütlelerinin toplamına eşittir. Maddenin bu özelliği kütlenin korunumu yasası olarak bilinmeye başlandı. Kimyasal reaktifler atomları bir arada tutan kimyasal enerjiye sahiptir. Kimyasal enerji, potansiyel enerjinin bir şeklidir ve kimyasal potansiyel enerji olarak adlandırılır. Bu enerji, kimyasal bir reaksiyon sırasında atomlar arasındaki bağ kırıldığında gerçekleşir.

On dokuzuncu yüzyılda bu olguya enerjinin korunumu yasası adı verilmeye başlandı ve ilk kez Alman bilim adamı Julius Robert von Mayer tarafından tanımlandı. Bu fizik kanununa göre, normal koşullar altında enerji biçimini değiştirebilir, ancak Evrendeki toplam hacmi her zaman değişmeden kalır.

Yani madde gibi yeni enerji de hiçbir zaman ortaya çıkmaz ve asla yok olmaz. Yalnızca bir formdan diğerine geçerek dönüşür. Örneğin yerden bir kutu aldığınızda yiyeceklerden aldığınız enerji kaldırdığınız kutuya aktarılır.

Bir atom, protonları (pozitif yüklü parçacıklar) ve nötronları (yüksüz parçacıklar) ve ayrıca elektronları (negatif yüklü parçacıklar) içeren bir çekirdekten (atomun merkezi kısmı) oluşur. 1905 yılında Albert Einstein, olağanüstü koşullar altında kütlenin enerjiye, enerjinin de kütleye dönüşebileceği teorisini öne sürdü. Bir atomun çekirdeğinde değişikliklerin meydana geldiği bu özel koşullara nükleer reaksiyonlar denir.

Bu istisnai koşullara uyum sağlamak için, korunum yasaları kütle ve enerjinin korunumu yasasıyla birleştirildi. Bu fizik kanunu, madde ve enerjinin birbirine dönüşebileceğini belirtir. Aynı zamanda Evrendeki tüm kütlelerin ve tüm enerjinin toplamı değişmeden kalır. Biri fazla olursa diğeri az olur.

Ancak günlük hayatta kütle ve enerjinin korunumu kanunları ayrı ayrı uygulanır. Enerji kaybı veya kazancından bahsettiğimizde, enerjinin bir durumdan diğerine geçişinden bahsettiğimiz açıktır. Bunun tek istisnası, atom çekirdeğinin parçalandığı ve maddenin enerjiye dönüştüğü veya tam tersi olan nükleer reaksiyonlardır.

Deney

Şimdi kütlenin korunduğunu kendimiz görelim. Deney sırasında dikkatli olunmalı; tüm mutfak eşyaları tek kullanımlık olmalı ve deneyden sonra atılmalıdır.

Materyaller ve ekipman
İki adet 90 ml'lik karton bardak
Ölçü kaşıkları
Musluk suyu
Bir çorba kaşığı (5 mililitre) farmasötik sınıf magnezyum sülfat
Kaşık
Sıvı okul yapıştırıcısı
Mutfak terazisi
Kağıt havlu

Deneyin ilerleyişi
1. Karton bardaklardan birine 2 yemek kaşığı (10 mililitre) musluk suyu ve magnezyum sülfat ekleyin. Magnezyum sülfat tamamen eriyene veya en azından hafif bir kalıntı kalana kadar karıştırın.

2. İkinci bardağa 1 yemek kaşığı (5 mililitre) sıvı okul yapıştırıcısı dökün.

3. Her iki bardağı da terazide tartın. Her bardağın kütlesini ve toplam kütlelerini kaydedin. Her bardağın içeriğinin görünümüne dikkat edin.

4. Sulu magnezyum sülfat çözeltisini tutkallı bardağa dökün. Camın içeriğini karıştırın. Görünümüne dikkat edin.

5. Boş bardağı ve bardağı solüsyonla tartın. Her birinin kütlesini ayrı ayrı ve toplam kütleyi kaydedin. Toplam ağırlığı önceki tartımdaki ağırlıkla karşılaştırın.

6. Şimdi kütleleri karşılaştırdıktan sonra, fincanda oluşan beyaz katı yığını bir spatula kullanarak çıkarın ve bir kağıt havluya aktarın. Pıhtının etrafına bir havlu sarın ve fazla sıvıyı sıkmak için sıkın. Bir pıhtının onu oluşturan maddelerden farkı nedir?

Sonuç
Başlangıçta kaplardan biri magnezyum sülfat ve sudan oluşan berrak bir sıvı içerirken, ikincisi beyaz sıvı tutkal içerir. Karıştırıldıktan sonra beyaz bir katı yığın ve bir miktar fazla sıvı oluşacaktır. Karıştırma öncesinde ve sonrasında kapların kütleleri aynı kalır.

Bu neden oluyor?
Magnezyum sülfat ve su karışımı bir çözelti (sıvı içinde çözünmüş bir madde) oluşturur. Sıvı tutkal aynı zamanda suda çözünmüş çeşitli maddelerden oluşan bir çözeltidir. Bu iki çözelti birleştirildiğinde bileşenleri arasında kimyasal bir reaksiyon meydana gelir ve bu da beyaz bir katı malzemenin oluşumuna yol açar.

Orijinal reaktanlar parçacıklara ayrılıp kendilerini yeni bir düzende yeniden düzenleseler bile hepsi beherde kalır. Bu nedenle kapları tekrar tarttığınızda toplam ağırlıklarında bir değişiklik olmaz. Bu basit örnek, kimyasal reaksiyon sırasında kütlenin korunumunu göstermektedir.

7 Ocak 2018 Gennady