قانون بقای جرم

قانونی که در ارتباط با ثابت ماندن مجموع جرم  مواد ،در ضمن واکنش های شیمیایی است و توسط آنتوان لاووازیه ،در سال 1789،به طور تجربی ،و با انجام آزمایش های دقیق کشف شد،چنین بیان می شود : جرم خاصیت زوال ناپذیرماده است که در تغییرات شیمیایی ماده ،همواره ثابت می ماند .تنها از ماده ای به ماده ی دیگر منتقل می شود.به بیان دیگر ، جرم مواد واکنش دهنده ، با جرم موادی که در ضمن واکنش تشکیل می شود،همواره برابرند. به طور کلی در هیچ تغییری ،جرم ماده از بین نمی رود یا به وجود نمی آید، به طوری که جرم کل جهان ، همواره ثابت باقی میماند. یاداوری می شود که برخی ، در واقع لامونوسف را کاشف قانون بقای جرم معرفی کردند . در هر حال قانون بقای جرم ، یکی از قانونهای زیر بنایی بسیار مهم در شیمی است ، که در پیشرفت دنش شیمی و راه گشایی شیمی دانها در زمان خود ، نقش اساسی داشت. بعد ها که نظریه ی اتمی دالتون ،در سال 1807 ارائه شد، مفهوم تازه ای یعنی بقای اتم ، از آن نتیجه گیری شد. بدین معنی که در واکنش های شیمیایی معمولی ، اتم ها از بین نمیروند. تعداد آنها کم یا زیاد نمی شود ،بلکه از جسمی به جسم دیگر منتقل می شوند . اصولا بر این اساس ، موازنه معادله های شیمیایی و نوشتن درست این نوع معادله ها ، متداول شد . وگامی اساسی در اصلاح و پیشبرد محاسبه ها  و بحث ها ی کمی (چندی یا مقداری ) در شیمی برداشته شد . باید توجه داشت که در زمانهای بسیار قدیم ،حتی حدود سده ی پنجم پیش از میلاد مسیح(ع) نیز برخی از فلاسفه ی یونان باستان،به مفهوم این قانون ،یعنی این که جرم کل جهان مقدار ثابتی است ،اشاره ای داشتند.البته بعد ها در سده های هفدهم و هجدهم میلادی ،نیز دانشمندانی چون هلمونت و...به مفهوم این قانون پی برده بودند .اما درباره ی آن ،آزمایش دقیق و پژوهش پیگیر انجام ندادند .قابل توجه است که این قانون تنها درباره ی واکنشهای شیمیایی صادق است .در واکنشهای هسته ای که مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد می شود پذیره اینشتاین درباره هم ارز بودن جرم وانرژی ،تبدیل مقدار کمی از جرم به انرژی را به طور رضایت بخش بیان میکند

در واقع باید قانون بقا را به صورت قانون بقای جرم _ انرژی بیان کنیم . تغییرات انرژی در واکنش های شیمیایی معمولی ممکن است در نتیجه تغییرجرم باشد ولی این گونه تغییرات جرمی بسیار کمتر از آن است که از طریق آزمایش قابل تشخیص باشد از این رو قانون بقای جرم همان طوری که بیان شد، برای تمام واکنش ها معتبر است به استثناء واکنش هایی که با تغییرات هسته ای هم راه باشند

 

 

 

هدف آزمایش :

تحقیق این قانون که در یک آزمایش شیمیایی جرم کلی مواد وارد در واکنش با جرم کلی مواد حاصل برابر است

مواد و وسایل مورد نیاز:

مس                                                 نیتریک اسید 6 نرمال

نیتریک اسید  غلیظ                             سدیم هیدروکسیدغلیظ

سدیم کربنات اشباع                              آب مقطر

کلریدریک اسید1.2نرمال                     سدیم هیدروکسید6 نرمال

سولفوریک اسید 6 نرمال                     سولفوریک اسید یک سوم حجمی

 روی                                              ارلن

بشر                                                 پیپت

 استوانه مدرج                                    بالون ژوژه

پوار                                                 گیره

 قیف                                                کاغذ صافی 

چراغ گاز بونزن                                 ترازو

تئوری آزمایش:

قانون بقای جرم درواکنش های شیمایی بیان می دارد که طی یک سلسله فرایندهای شیمیایی هیچ مقداری ازمواد اولیه یا محصولات خلق یا نابود نمی گردد بلکه از گونه ای به گونه دیگر با حالات فیزیکی وشیمیایی متفاوت تبدیل شده  وجرم کل مواد ثابت باقی نمی ماند.

شرح آزمایش :

I-                 تهیه مس نیترات

4Cu_(s) + 2 HNO_3(aq) + H₂O_(l)   → Cu(No₃)_2(aq) +  2 No(g)

NO + O₂→NO₂

0.506 گرم مس را داخل ارلن ریخته وسپس  10mlنیتریک اسید 6 نرمال به ان افزوده وروی شعله حرارت می دهیم تا تمام فلز مس با نیتریک اسید ترکیب شود .سپس ان را به دلیل تولید گاز NO₂ خرمایی رنگ وسمی  به زیر هود منتقل میکنیم  .برای کامل شدن واکنش مس ونیتریک اسید به آن چند قطره نیتریک اسید غلیظ اضافه میکنیم سپس برای اطمینان از کامل شدن واکنش چند قطره از محلول Cu(NO₃)₂که ابی مایل به سبز است را در آب مقطر حل می نماییم مشاهده میکنیم که به رنگ آبی کمرنگی در می آید.

II-              تهیه مس کربنات

Cu(NO₃)_2(aq) + 2 NaOH_(l) → Cu(OH)_2(I) +2NaNO_3(aq)

محلول مس نیترات تهیه شده در مرحله اول حاوی مقدار نیتریک اسید اضافی است و چون مس کربنات به وسیله اسید تجزیه میشود به محلول سرد شده مس نیترات قطره قطره NaOHرقیق اضافه میکنیم تا اسید آن خنثی شود با این کار به تدریج رسوب آبی رنگی تشکیل میشود محلول آبی رنگ حاوی رسوب  را هم میزنیم تا رسوب حل شود اینکار را انقدر ادامه می دهیم تا رسوب کم وثابت شود.

₍ Cu(OH)_2(I) + 2HNO_3(l) → Cu(NO₃)_2(aq) + 2H₂O_(l

قطره ای اسید نیتریک اسید اضافه میکنیم تا ان رسوب نیز حل شود

₍Cu(NO₃)_2(aq) +Na₂CO_3(aq)→CuCO_3(S) + 2NaNO_3(aq

حال قطره قطره محلول سدیم کربنات اشباع اضافه میکنیم ومرتب ارلن را با تکان دادن هم می زنیم اینکار را تاجایی ادامه می دهیم که رسوب تشکیل شده دیگر حل نشود سپس 10mlدیگر سدیم کربنات اضافه میکنیم وبا آب مقطر حجم ان را به نصف می رسانیم . محلول را هم میزنیم و می گذاریم رسوب ته نشین شود آنگاه بدون هم زدن یک قطره سدیم کربنات دیگر اضافه میکنیم تا مطمئن شویم که دیگر رسوبی تشکیل نمی شود و واکنش کامل است محلول را بار دیگر هم زده و از کاغذ صافی عبور میدهیم ارلن را با آب مقطر شسته ودر کاغذ صافی ریخته تا مس کربنات جامد ابی رنگ هدر نرود و میگذاریم تاخشک شود ...

مس کربنات خشک شده برابر با1.5 گرم بود

III-           تهیه مس کلرید

₍CuCO_3(aq) +  2HCl_(aq) → CuCl_2(aq) +  H₂CO_3(g

IV-           مس کربنات جامد وآبی رنگ حاصل از مرحله قبل را با آب مقطر شسته وبه داخل ارلن هدایت میکنیم سپس قطره قطره اسید کلریدریک 1.2 نرمال اضافه میکنیم تا تمام رسوب حل شود  ارلن را به ملایمت تکان می دهیم و بعد حرارت می دهیم رنگ آبی محلول به سبز تغییر می کند. قطره ای از محلول را روی شیشه ساعتی ریخته و حرارت می دهیم تا حلال آن تبخیر شود و جامد مس کلرید بماند که رنگ آن قهوه ای می باشد.

 

 

V-              تهیه مس هیدروکسید و مس اکسید

 

₍CuCl_2(aq) + 2NaOH_(aq) →  Cu(OH)_2(s) + 2NaCl_(aq

 

به محلول مس کلرید حاصل از مرحله قبل قطره قطره سدیم هیدروکسید 6 نرمال اضافه وبه ارلن آب مقطر افزوده تا نیمه پرشود محتویات ارلن را هم زده و صبر میکنیم تا رسوب ته نشین شود .

Cu(OH)₂→ CuO + H₂O

 

پس از کامل شدن رسوب محلول که آبی رنگ است را می جوشانیم رسوب CuO سیاه رنگ به تدریج تشکیل می شود  پس از ثابت شدن رنگ رسوب انرا برداشته تا رسوب ته نشین شود و محلول بی رنگ روی آن را خالی میکنیم .

 

VI-           تهیه مس سولفات و مس اولیه

₍CuO +2H₂SO₄ →2H₂O + CuSO_4(aq

ارلن محتوی رسوب مس اکسید را حرارت داده تا کمی گرم شود سپس به ان 8ml  محلول 6 نرمال سولفوریک اسید اضافه میکنیم که گرمازا است  و بعد 10mlآب مقطر اضافه میکنیم و حرارت می دهیم تا تمام رسوب حل شود محلول شفاف وآبی رنگی حاصل می شود  محلول حاصل مس سولفات است .

CuSO₄ + 2Zn + 2H₂SO₄→2ZnSO₄ + Cu + SO_2(g) + 2H₂O

اکنون به محلول یک گرم Zn اضافه می کنیم ارلن را تکان می دهیم تا رنگ آبی محلول از بین برود سپس 2cc سولفریک اسید رقیق  (یک سوم حجمی ) به ان اضافه میکنیم و به ملایمت حرارت می دهیم تا بجوشد سپس ارلن محتوی محلول که در حال تولید گازاست را به زیر هود منتقل میکنیم تا  تمام گازهای آن از جمله  SO₂که گازی سمی است خارج شود و واکنش مس کامل شود . در اینجا رسوبی به رنگ قرمز تیره ایجاد شد . محلول روی مس را که تقریبا بی رنگ است را میریزیم و 3 بار با اب مقطر میشوییم تا محلول روی ان کاملا بی رنگ شود  برای اطمینان از کامل شدن واکنش و اینکه تمام یون مس به فلز مس تبدیل شده چند قطره از محلول روی مس را در لوله آزمایشی ریخته وبه ان یک قطره آمونیاک اضافه می کنیم این کار باید زیر هود انجام شود زیرا آمونیاک نیز سمی است .از آنجا که  محلول تغییر رنگی نداد وابی رنگ نشد در می یابیم که تمام یون مس به فلز مس تبدیل شده است در نهایت ارلن حاوی فلز مس را در کاغذ صافی ریخته و باقی مواد داخل ارلن را نیز به وسیله اب مقطر شسته تا فلز مس هدر نرود و هم اینکه خطا ی کمتری داشته باشیم فلز مس خشک شده را اندازه میگیریم و مشاهده میکنیم جرمی برابر با  0.36  گرم دارد

 

نتیجه :

همانطور که مشاهده شد جرم مس نهایی تقریبا برابر با جرم مس اولیه شد.(تدریس خصوصی ریاضی،فیزیک ،شیمی تمام پایه ها دراصفهان .موسسه گوهر تخصصی ترین تدریس خصوصی دراصفهان ۰۹۱۰۳۵۷۵۷۴۴)