يشرح هذا المقال ما هو قانون حفظ المادة وماذا يقول. ستجد بيان قانون حفظ المادة، أمثلة على القوانين، من أول من وضع قانون حفظ المادة وفيم يستخدم.
ما هو قانون حفظ المادة؟
ينص قانون حفظ المواد على أن كتلة المواد المتفاعلة في التفاعل الكيميائي تساوي الكتلة الناتجة فيها. منتجات.
يُعرف قانون حفظ المادة أيضًا باسم قانون حفظ الكتلة أو قانون لومونوسوف-لافوازييه .
ولذلك فإن قانون حفظ المادة يعني أن الكتلة لا تفنى ولا تفنى، بل يمكن أن تتحول. على سبيل المثال، يمكن لجزيئين مختلفين A وB أن يتفاعلا كيميائيًا ويصبحا جزيئين C وD، لكن مجموع كتل المتفاعلات A وB سيكون مكافئًا للكتلة الإجمالية للنواتج C بالإضافة إلى D.
وبالتالي فإن قانون حفظ المادة يشبه قانون حفظ الطاقة، الذي ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تفنى، بل تتحول.
أمثلة على قانون حفظ المادة
وبالنظر إلى تعريف قانون حفظ المادة، نعرض أدناه عدة أمثلة على هذا القانون العلمي.
رد فعل الاحتراق
تفاعل الاحتراق هو تفاعل كيميائي طارد للحرارة تتفاعل فيه مادة تتكون عادة من الكربون والهيدروجين مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء.
على سبيل المثال، رد فعل احتراق البروبان هو كما يلي:
كما ترون، يتم احترام قانون حفظ المادة في هذا المثال لأن عدد جزيئات الكربون (C) والهيدروجين (H) والأكسجين (O) هو نفسه في المواد المتفاعلة والمنتجات. وهذا يعني أن كتلة المواد المتفاعلة في التفاعل الكيميائي تعادل كتلة المنتجات.
تفاعل الأكسدة
تفاعل الأكسدة هو تفاعل كيميائي يتدخل فيه الأكسجين للحصول على مواد جديدة.
على سبيل المثال، تفاعل أكسدة الألومنيوم هو:
في المواد المتفاعلة هناك 4 ذرات ألومنيوم و 6 ذرات أكسجين (3×2=6) ، وفي المنتجات لدينا جزيئين من Al 2O 3 ، مما يعني أن هناك 4 ذرات ألومنيوم (2×2 =4) و 6 ذرات أكسجين (2 × 3 = 6). وبالتالي هناك نفس المادة في المواد المتفاعلة وفي منتجات التفاعل، وبالنتيجة تم التحقق من قانون حفظ المادة.
حمض الهيدروفلوريك
التفاعل الكيميائي لحمض الهيدروفلوريك مفيد جدًا في توضيح قانون حفظ المادة. في هذا التفاعل، يتحد الفلور مع الهيدروجين لتكوين حمض الهيدروفلوريك:
كما ترون، في المواد المتفاعلة لدينا ذرتان من الفلور (F) بالإضافة إلى ذرتين من الهيدروجين (H)، وفي المنتجات لدينا جزيئين من HF. ولذلك يتم احترام مبدأ حفظ المادة لأن نفس العدد من ذرات F وH موجودة في المواد المتفاعلة والمنتجات.
من هو مكتشف قانون حفظ المادة؟
سنستعرض في هذا القسم تاريخ قانون حفظ المادة، حيث أنه لم يبتكره عالم واحد بل تم اكتشافه على مر السنين من قبل عدة أشخاص.
في القرن السادس قبل الميلاد، كانت هناك بالفعل فكرة عن مبدأ حفظ المادة، حيث كان يعتقد أن الكون ومكوناته مثل المادة لا يمكن خلقها أو تدميرها. في الواقع، كان يُعتقد في اليونان القديمة أن “لا شيء ينشأ من لا شيء”، أي أن كل مادة يمكن أن توجد إذا لم تكن موجودة من قبل. ومع ذلك، لا يمكن إثبات القانون علميا.
استمرت المشكلة حتى القرن السابع عشر، عندما درس الكيميائي روبرت بويل تفاعلات الاحتراق ولاحظ الاختلالات في الكتلة. قام العالم بوزن المواد المتفاعلة والمنتجات الناتجة عن تفاعلات الأكسدة المختلفة، ولكن وزن المنتجات أكبر من وزن المواد المتفاعلة. وهذا يعني أن فرضية حفظ الطاقة كانت خاطئة.
لكن أنطوان لافوازييه أظهر لاحقًا في القرن السابع عشر أن المواد اكتسبت كتلة لأن الهواء شارك أيضًا في التفاعل. وهكذا إذا أخذنا في الاعتبار كتلة الهواء فإن المادة محفوظة لأن الكتلة كانت متطابقة قبل التفاعل الكيميائي وبعده.
وتجدر الإشارة إلى أنه في نفس القرن، ولكن قبل لافوازييه، كان الروسي ميخائيل لومونوسوف أول من ذكر قانون حفظ المادة، لكن لافوازييه هو من دحض فكرة بويل وأشاع القانون. ولهذا السبب تسمى هذه القاعدة أيضًا بقانون لومونوسوف-لافوازييه.
المزيد من التطبيقات على قانون حفظ المادة
وكما تمكنت من التحقق خلال المقال، فإن قانون حفظ المادة يُستخدم بشكل أساسي في الكيمياء لدراسة التفاعلات. ومع ذلك، فإن لها أيضًا تطبيقات علمية أخرى.
يتم استخدام قانون حفظ المادة في ديناميكا الموائع لأنه إذا لم تتغير كتلة الجسم بمرور الوقت، فهذا يعني أن معدل تدفق الكتلة عند مدخل التحكم الحجمي يجب أن يكون مطابقًا لمعدل تدفق الكتلة عند المخرج. بمعنى آخر، لا يوجد تراكم للكتلة في نظام الدراسة.
ويجب أن يؤخذ في الاعتبار أن قانون حفظ المادة له استثناء مفيد للغاية لتوليد الطاقة. في التفاعلات النووية، هناك اختلاف في الكتلة بين المواد المتفاعلة والنواتج، وبالتالي لا يتم احترام قانون حفظ المادة. الجانب الإيجابي هو أن هذا الخلل في توازن الكتل يعمل على تحويل المادة إلى طاقة.