กฎการอนุรักษ์มวลของสาร สาระสำคัญของปฏิกิริยาเคมี กฎการอนุรักษ์มวลของสาร กฎการอนุรักษ์มวลของสสารและพลังงาน
มวลของสารที่เข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเท่ากับมวลของสารที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา
กฎการอนุรักษ์มวลเป็นกรณีพิเศษของกฎทั่วไปของธรรมชาติ - กฎการอนุรักษ์สสารและพลังงาน ตามกฎหมายนี้ ปฏิกิริยาเคมีสามารถแสดงได้โดยใช้สมการทางเคมี โดยใช้สูตรทางเคมีของสารและค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ที่สะท้อนถึงปริมาณสัมพัทธ์ (จำนวนโมล) ของสารที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา
ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของมีเทนเขียนได้ดังนี้:
กฎการอนุรักษ์มวลของสาร
(M.V. Lomonosov, 1748; A. Lavoisier, 1789)
มวลของสารทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีเท่ากับมวลของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาทั้งหมด
ทฤษฎีอะตอม-โมเลกุลอธิบายกฎนี้ดังนี้: เป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี อะตอมจะไม่หายไปหรือปรากฏขึ้น แต่เกิดการจัดเรียงใหม่ (เช่น การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเป็นกระบวนการทำลายพันธะบางอย่างระหว่างอะตอมและก่อตัวเป็นพันธะอื่น ๆ ส่งผลให้ จะได้สารโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา) เนื่องจากจำนวนอะตอมก่อนและหลังปฏิกิริยายังคงไม่เปลี่ยนแปลง มวลรวมจึงไม่ควรเปลี่ยนแปลงเช่นกัน มวลถูกเข้าใจว่าเป็นปริมาณที่แสดงลักษณะของสสาร
ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 มีการแก้ไขการกำหนดกฎการอนุรักษ์มวลโดยเกี่ยวข้องกับการกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพ (A. Einstein, 1905) ซึ่งมวลของร่างกายขึ้นอยู่กับความเร็วและ ดังนั้นไม่เพียงแต่แสดงลักษณะปริมาณของสสารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเคลื่อนไหวของมันด้วย พลังงาน E ที่ร่างกายได้รับสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของมวล m โดยความสัมพันธ์ E = m c 2 โดยที่ c คือความเร็วแสง อัตราส่วนนี้ไม่ได้ใช้ในปฏิกิริยาเคมีเพราะว่า พลังงาน 1 กิโลจูลสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของมวลประมาณ 10 -11 กรัม และในทางปฏิบัติแล้ว m ไม่สามารถวัดได้ ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ โดยที่ E มากกว่าปฏิกิริยาเคมี ~10 ถึง 6 เท่า ควรคำนึงถึง m ด้วย
ตามกฎการอนุรักษ์มวลเป็นไปได้ที่จะสร้างสมการของปฏิกิริยาเคมีและทำการคำนวณโดยใช้พวกมัน เป็นพื้นฐานของการวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณ
กฎแห่งความคงตัวขององค์ประกอบ
เนื้อหาจากวิกิพีเดีย - สารานุกรมเสรี
กฎความคงตัวขององค์ประกอบ ( เจ.แอล. พราวท์, 1801 -1808.) - สารประกอบบริสุทธิ์ทางเคมีเฉพาะใด ๆ โดยไม่คำนึงถึงวิธีการเตรียมจะประกอบด้วยสิ่งเดียวกัน องค์ประกอบทางเคมีและอัตราส่วนของมวลของมันจะคงที่ และ ตัวเลขสัมพัทธ์ของพวกเขา อะตอมจะแสดงเป็นจำนวนเต็ม นี่เป็นหนึ่งในกฎหมายพื้นฐาน เคมี.
กฎความคงตัวขององค์ประกอบไม่เป็นที่พอใจ เบอร์โธลลิเดส(สารประกอบขององค์ประกอบที่แปรผัน) อย่างไรก็ตาม เพื่อความเรียบง่าย องค์ประกอบของ Berthollides จำนวนมากจึงถูกเขียนเป็นค่าคงที่ ตัวอย่างเช่น การจัดองค์ประกอบ เหล็ก (II) ออกไซด์เขียนเป็น FeO (แทนที่จะเป็นสูตร Fe 1-x O ที่แม่นยำยิ่งขึ้น)
|
กฎแห่งองค์ประกอบคงที่ |
|
ตามกฎความคงตัวขององค์ประกอบ สารบริสุทธิ์ทุกชนิดจะมีองค์ประกอบคงที่ โดยไม่คำนึงถึงวิธีการเตรียม ดังนั้นสามารถรับแคลเซียมออกไซด์ได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:
ไม่ว่าจะได้รับสาร CaO ได้อย่างไร แต่ก็มีองค์ประกอบที่คงที่: อะตอมแคลเซียมหนึ่งอะตอมและอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอมก่อให้เกิดโมเลกุลของแคลเซียมออกไซด์ CaO กำหนดมวลโมลาร์ของ CaO:
เราหาเศษส่วนมวลของ Ca โดยใช้สูตร:
สรุป: ในออกไซด์ที่บริสุทธิ์ทางเคมี สัดส่วนมวลของแคลเซียมจะเป็น 71.4% และออกซิเจน 28.6% เสมอ |
กฎแห่งทวีคูณ
กฎแห่งอัตราส่วนพหุคูณเป็นหนึ่งใน ปริมาณสัมพันธ์กฎหมาย เคมี: ถ้าสอง สาร (เรียบง่ายหรือ ซับซ้อน) ก่อให้เกิดสารประกอบมากกว่าหนึ่งชนิดต่อกัน ดังนั้นมวลของสารหนึ่งต่อมวลเดียวกันของสารอีกชนิดหนึ่งจึงสัมพันธ์กันเป็น จำนวนเต็มมักจะมีขนาดเล็ก
1. กฎการอนุรักษ์มวลและพลังงาน
นี่คือกฎหมายรวม ประกอบด้วยกฎหมายสองฉบับ
ฉัน. กฎการอนุรักษ์มวล : มวลของสารที่เข้าสู่ปฏิกิริยาเท่ากับมวลของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา
กฎนี้ถูกค้นพบโดย M.V. Lomonosov ในปี 1748 และเสริมโดย A.L. Lavoisier ในปี 1789
ในระหว่างการทำปฏิกิริยา มวลของแต่ละตัวจะยังคงอยู่ 1 องค์ประกอบ.
กฎหมายนี้อนุญาตให้คุณรวบรวมสมการของปฏิกิริยาเคมีและทำการคำนวณตามสมการเหล่านั้น มันไม่แน่นอน (ดูด้านล่าง) กฎการอนุรักษ์พลังงานถือเป็นกฎสัมบูรณ์
2.กฎการอนุรักษ์พลังงาน: พลังงานไม่ได้เกิดขึ้นจากความว่างเปล่าและไม่หายไป แต่เพียงส่งผ่านจากประเภทหนึ่งไปยังอีกประเภทหนึ่งเท่านั้น
กฎข้อนี้เป็นผลมาจากผลงานของ A. Einstein เขาสร้างการเชื่อมโยงระหว่างพลังงานและมวลของสสาร (1905):
E = ทีเอส 2,(6)
ที่ไหน กับ- ความเร็วแสงในสุญญากาศ เท่ากับ -300,000 กม./วินาที เนื่องจากพลังงานถูกปล่อยออกมาหรือดูดซับอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี ดังนั้น มวลของสารจึงเปลี่ยนแปลงไปตามสมการของไอน์สไตน์ด้วย อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงนี้มีขนาดเล็กมากจนในทางปฏิบัติไม่ได้นำมาพิจารณา (ที่เรียกว่าข้อบกพร่องมวล)
การก่อตัวของไฮโดรเจนคลอไรด์หนึ่งโมลจากสารธรรมดาจะมาพร้อมกับผลกระทบทางความร้อนที่ 92.3 กิโลจูล/โมล ซึ่งสอดคล้องกับการสูญเสียมวลของสาร (“ข้อบกพร่องมวล”) ประมาณ 10 -9 กรัม
กฎต่อไปนี้ใช้ได้เฉพาะกับสารประกอบที่มีองค์ประกอบโมเลกุลคงที่เท่านั้น- คนตาบอดสีแตกต่างจากสารประกอบที่มีองค์ประกอบโมเลกุลแปรผัน - เบอร์โธลลิเดส.
โลหะผสมมีสารประกอบประเภทนี้ เอ็ม ที เอ็ม ล.ที่ไหน ตและ n- ตัวแปร
2. กฎแห่งความคงตัวขององค์ประกอบ (เจ.แอล. พราวท์, 1801)
อัตราส่วนระหว่างมวลขององค์ประกอบทางเคมีที่ประกอบเป็นสารประกอบที่กำหนดจะเป็นค่าคงที่ โดยไม่ขึ้นอยู่กับวิธีการเตรียม
3. กฎแห่งทวีคูณ (เจ. ดาลตัน, 1803)
ถ้าธาตุสองธาตุรวมกันเป็นสารประกอบเคมีหลายตัวต่อกัน มวลของธาตุหนึ่งต่อมวลของอีกธาตุหนึ่งจะสัมพันธ์กันเป็นจำนวนเต็มเล็ก
ในคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) CO: M(C)/M(O) = 12/16 = 3/4 ในคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) CO 2: M(C)/M(2O) = 12/32 = 3 /8. ดังนั้นมวลของคาร์บอนต่อมวลออกซิเจนในสารประกอบเหล่านี้จึงเป็นดังนี้:
3 / 4: 3 / 8 =2:1
4. กฎความสัมพันธ์เชิงปริมาตรอย่างง่าย (J. L. Gay-Lussac, 1808)
ปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาสัมพันธ์กันและกับปริมาตรของก๊าซที่เกิดเป็นจำนวนเต็มขนาดเล็ก
ในปฏิกิริยาการเกิดแอมโมเนียตามค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ในสมการปฏิกิริยา:
H 2 + 3N 2 = 2NH 3 เราได้ว่า V(N 2) : V(H 2) : V(NH 3) = 1:3:2
5. กฎของอาโวกาโดร (1811) ก๊าซต่าง ๆ ที่มีปริมาตรเท่ากันภายใต้สภาวะเดียวกัน (p และ T) จะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน
กฎนี้ตามมาจากการวิเคราะห์สมการก๊าซในอุดมคติของ Mendeleev-Clapeyron:
รวี = nRT
สมการนี้สามารถเขียนได้สำหรับก๊าซสองตัว: หน้า 1 วี 1= วี 1 RT 1, หน้า 2 วี 2= วี 2 RT 2 .
หากมีความเท่าเทียมกัน พี 1 = พี 2 , ที 1 = ที 2และ วี ฉัน = วี 2ปริมาณของสารก๊าซจะเท่ากัน: หมายเลข 1= หมายเลข 2หรือคำนึงถึงหมายเลขของ Avogadro:
ไม่มี 1 · ไม่มี A = ไม่มี 2 · ไม่มี ,
นั่นคือจำนวนโมเลกุลของก๊าซเหล่านี้จะเท่ากัน
กฎของอโวกาโดรมี ผลที่ตามมา:
1. จำนวนโมเลกุลของก๊าซใด ๆ ที่เท่ากันภายใต้สภาวะเดียวกันนั้นจะมีปริมาตรเท่ากัน
2. มวลของก๊าซที่ถ่ายในปริมาตรเดียวกันภายใต้สภาวะเดียวกัน (p, T) สัมพันธ์กันเป็นมวลโมลาร์:
เสื้อ 1 / เสื้อ 2 = ม 1 / ม 2(7)
ผลที่ตามมานี้ตามมาจากความเท่าเทียมกันของปริมาณของสารในก๊าซเหล่านี้ (ดูด้านบน): ν 1 = ν 2 .
แทนที่ปริมาณของสารอัตราส่วนของมวลต่อมวลโมลาร์ (สมการที่ 2) เราได้รับ:
เสื้อ 1 /M 1 = เสื้อ 2 /M 2
เสื้อ 1 / เสื้อ 2 = M g / M 2
ข้อพิสูจน์ประการที่สองช่วยให้เราได้สมการในการกำหนดมวลโมลาร์ของก๊าซที่ไม่รู้จักจากค่าที่ทราบของความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซนี้กับก๊าซอื่นที่รู้จัก
หลังจากแทนที่ปริมาตรของก๊าซตัวแรกและตัวที่สองซึ่งเท่ากันลงในตัวเศษและตัวส่วนทางด้านซ้ายของสมการ 7 เราจะได้:
เสื้อ 1· วี 2 / เสื้อ 2 · วี 1 = ม 1 / ม 2
อัตราส่วนของมวลของสารต่อปริมาตรจะถูกแทนที่ด้วยความหนาแน่น (ดูสมการที่ 5):
หน้า 1 / หน้า 2 = ม 1 / ม 2
และเราได้สมการในการคำนวณมวลโมเลกุลของก๊าซแรกจากวินาที:
ม.1= (ρ 1 / ρ 2) ม 2 = ง 1/2 ม.2(8)
หรือโดยทั่วไป:
ม = งช มกรัม (9)
ที่ไหน ดี จี- ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซตัวแรกถึงวินาที
หากทราบความหนาแน่นของไฮโดรเจนของก๊าซที่กำหนด ให้ใช้สมการ:
ม = 2DN2(10)
หากทราบความหนาแน่นของก๊าซในอากาศ ให้ใช้สมการ:
M = อากาศ 29D (11)
กฎการอนุรักษ์มวลและพลังงาน
หลังจากการพิสูจน์การมีอยู่ของอะตอมและโมเลกุลแล้ว การค้นพบที่สำคัญที่สุดของทฤษฎีอะตอม-โมเลกุลคือกฎการอนุรักษ์มวล ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นแนวคิดทางปรัชญาโดยนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ชาวรัสเซีย มิคาอิล วาซิลีเยวิช โลโมโนซอฟ (ค.ศ. 1711-1765) ในปี ค.ศ. 1748 และ ได้รับการยืนยันจากการทดลองด้วยตัวเองในปี ค.ศ. 1756 และเป็นอิสระจากเขาโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส A.L. Lavoisier ในปี ค.ศ. 1789
มวลของสารทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีเท่ากับมวลของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาทั้งหมด
การทดลองเกี่ยวกับการเผาไหม้ของสารที่เกิดขึ้นก่อน Lomonosov ชี้ให้เห็นว่ามวลของสารไม่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ในระหว่างการทำปฏิกิริยา เมื่อถูกความร้อนในอากาศ ปรอทจะกลายเป็นเกล็ดสีแดง ซึ่งมีมวลมากกว่ามวลของโลหะ ในทางกลับกันมวลของเถ้าที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของไม้จะน้อยกว่ามวลของสารดั้งเดิมเสมอ
Lomonosov ทำการทดลองง่ายๆ ที่แสดงให้เห็นว่าการเผาไหม้ของโลหะเป็นปฏิกิริยาการเติม และการเพิ่มขึ้นของมวลของโลหะเกิดขึ้นเนื่องจากการเติมอากาศบางส่วน เขาเผาโลหะในภาชนะแก้วที่ปิดสนิท และพบว่ามวลของภาชนะไม่เปลี่ยนแปลง แม้ว่าจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีก็ตาม หลังจากที่เรือเปิดออก อากาศก็พุ่งเข้ามาและมวลของเรือก็เพิ่มขึ้น ดังนั้นด้วยการวัดมวลของผู้เข้าร่วมทั้งหมดในปฏิกิริยาอย่างระมัดระวัง ปรากฎว่ามวลของสารในระหว่างปฏิกิริยาเคมีได้รับการอนุรักษ์ไว้ กฎการอนุรักษ์มวลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อทฤษฎีอะตอม-โมเลกุล เขายืนยันว่าอะตอมแบ่งแยกไม่ได้และไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างปฏิกิริยาเคมี โมเลกุลแลกเปลี่ยนอะตอมระหว่างปฏิกิริยา แต่จำนวนอะตอมทั้งหมดของแต่ละประเภทไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นมวลรวมของสารระหว่างปฏิกิริยาจึงยังคงอยู่
กฎการอนุรักษ์มวลเป็นกรณีพิเศษของกฎธรรมชาติทั่วไป - กฎการอนุรักษ์พลังงานซึ่งระบุว่าพลังงานของระบบแยกเดี่ยวมีค่าคงที่ พลังงานคือการวัดการเคลื่อนไหวและปฏิกิริยาของสสารประเภทต่างๆ ในระหว่างกระบวนการใดๆ ในระบบที่แยกออกจากกัน พลังงานจะไม่ถูกผลิตหรือถูกทำลาย แต่สามารถส่งผ่านจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น
พลังงานรูปแบบหนึ่งเรียกว่าพลังงานนิ่ง ซึ่งเกี่ยวข้องกับมวลตามความสัมพันธ์ของไอน์สไตน์
โดยที่ c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ (c = 3,108 m/s) ความสัมพันธ์นี้แสดงให้เห็นว่ามวลสามารถแปลงเป็นพลังงานได้และในทางกลับกัน นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยานิวเคลียร์ทั้งหมด ดังนั้นจึงละเมิดกฎการอนุรักษ์มวลในกระบวนการนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม กฎการอนุรักษ์พลังงานยังคงใช้ได้ในกรณีนี้หากเราคำนึงถึงพลังงานที่เหลือด้วย
ในปฏิกิริยาเคมี การเปลี่ยนแปลงของมวลที่เกิดจากการปลดปล่อยหรือการดูดซึมพลังงานมีน้อยมาก ผลกระทบทางความร้อนโดยทั่วไปของปฏิกิริยาเคมีตามลำดับความสำคัญคือ 100 kJ/mol ลองคำนวณว่ามวลเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร:
∆m = ∆E/s2 = 105 / (3 108)2 ~ 10-12 กก./โมล = 10-9 กรัม/โมล
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
1. หามวลของโซเดียมไอโอไดด์ NaI ด้วยปริมาณสาร 0.6 โมล
ให้ไว้: ν(NaI)= 0.6 โมล
ค้นหา: m(NaI) =?
กำหนดมวลของ NaI:
คำตอบ: 90 ก.
2. หาปริมาณอะตอมโบรอนที่มีอยู่ในโซเดียมเตตระบอเรต นา 2 บี 4 โอ 7 หนัก 40.4 กรัม
ให้ไว้: m(นา 2 B 4 O 7) = 40.4 กรัม
ค้นหา: ν(B)=?
สารละลาย. มวลโมลาร์ของโซเดียมเตตร้าบอเรตคือ 202 กรัม/โมล กำหนดปริมาณของสาร Na 2 B 4 O 7:
ν(นา 2 B 4 O 7) = ม.(นา 2 B 4 O 7)/ M(นา 2 B 4 O 7) = 40.4/202 = 0.2 โมล
โปรดจำไว้ว่าโมเลกุลโซเดียมเตตระบอเรต 1 โมลประกอบด้วยอะตอมโซเดียม 2 โมล อะตอมโบรอน 4 โมล และอะตอมออกซิเจน 7 โมล (ดูสูตรโซเดียมเตตร้าบอเรต) จากนั้นปริมาณของสารโบรอนอะตอมมิกจะเท่ากับ:
ν(B)= 4 ν (นา 2 B 4 O 7) = 4 0.2 = 0.8 โมล
คำตอบ: 0.8 โมล
3.ต้องเผาฟอสฟอรัสมวลเท่าใดจึงจะได้ฟอสฟอรัสออกไซด์ (V) หนัก 7.1 กรัม
ให้ไว้: ม.(P 2 O 5) = 7.1 ก.
ค้นหา: m(P) =?
วิธีแก้ไข: เขียนสมการปฏิกิริยาการเผาไหม้ของฟอสฟอรัสและจัดเรียงสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์
4P+ 5O 2 = 2P 2 O 5
กำหนดปริมาณของสาร P 2 O 5 ที่ทำให้เกิดปฏิกิริยา
ν(P 2 O 5) = ม.(P 2 O 5)/ M(P 2 O 5) = 7.1/142 = 0.05 โมล
จากสมการปฏิกิริยาจะเป็นไปตามนั้น ν(P 2 O 5) = 2 ν(P) ดังนั้นปริมาณฟอสฟอรัสที่ต้องการในปฏิกิริยาจะเท่ากับ:
ν(P 2 O 5)= 2 ν(P) = 2 · 0.05= 0.1 โมล
จากที่นี่เราจะพบมวลของฟอสฟอรัส:
ม.(P) = ν(P) M(P) = 0.1 · 31 = 3.1 ก.
คำตอบ: 3.1 ก.
4. แอมโมเนียมคลอไรด์มีมวลเท่าใดที่เกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนคลอไรด์น้ำหนัก 7.3 กรัมทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียหนัก 5.1 กรัม ก๊าซใดจะคงเหลือเกิน? กำหนดมวลของส่วนที่เกิน
ให้ไว้: m(HCl)=7.3 g; ม.(NH 3)=5.1 ก.
ค้นหา: m(NH 4 Cl) =? ม.(ส่วนเกิน) =?
วิธีแก้ไข: เขียนสมการปฏิกิริยา
HCl + NH 3 = NH 4 Cl
งานนี้เกี่ยวข้องกับ "ส่วนเกิน" และ "ข้อบกพร่อง" เราคำนวณปริมาณไฮโดรเจนคลอไรด์และแอมโมเนียและพิจารณาว่าก๊าซใดมีมากเกินไป
กฎหมายอนุรักษ์อะตอมเคมีมวล
ν(HCl) = ม.(HCl)/ M(HCl) = 7.3/36.5 = 0.2 โมล;
ν(NH 3) = ม.(NH 3)/ M(NH 3) = 5.1/ 17 = 0.3 โมล
แอมโมเนียมีมากเกินไป ดังนั้นเราจึงคำนวณจากการขาดสารดังกล่าว เช่น สำหรับไฮโดรเจนคลอไรด์ จากสมการปฏิกิริยา จะได้ว่า ν(HCl) = ν(NH 4 Cl) = 0.2 โมล กำหนดมวลของแอมโมเนียมคลอไรด์
ม.(NH 4 Cl) = ν(NH 4 Cl) М(NH 4 Cl) = 0.2 · 53.5 = 10.7 กรัม
เราได้พิจารณาแล้วว่าแอมโมเนียมีมากเกินไป (ในแง่ของปริมาณของสาร ส่วนเกินคือ 0.1 โมล) ลองคำนวณมวลของแอมโมเนียส่วนเกินกัน
ม.(NH 3) = ν(NH 3) M(NH 3) = 0.1 · 17 = 1.7 ก.
คำตอบ: 1.7 ก.
5.อะลูมิเนียมไร้ขยะ 12 โมลมีมวลเท่าใด
ให้ไว้: ν(AL(NO3)3)= 12 โมล
ค้นหา: m (AL(NO3)3)=?
คำตอบ: Mr (AL(NO3)3= 27+14*3+16*9=27+42+144=213 กรัม/โมล
ม.=ม* ν 213*12=2556ก
คำตอบ: 2556ก
6. แมกนีเซียมคาร์บอเนตมีกี่โมลใน 64 กรัม แมกนีเซียมคาร์บอเนต?
ให้ไว้: m(Mg Co3)=64
ค้นหา: ν(Mg Co3)=?
สารละลาย: Mr(Mg Co3)=24+12+16*3=36+48=84 กรัม/โมล
ν =m/M 64/84=0.76 โมล
คำตอบ: 0.76 โมล
7. 420กรัมมีกี่โมล เฟ2O?
ให้ไว้: m(FeO)=420g
ค้นหา: ν(FeO)=?
วิธีแก้: นาย(เฟ2O)=56+16=72
ν =m/M 420/72=5.8 โมล
คำตอบ: 5.8 โมล
8.เกลือแกงมีมวลเท่าใดในสาร 2.5 โมล?
ให้ไว้: ν(NaCl)=2.5 โมล
ค้นหา: m(NaCl)=?
วิธีแก้: นาย(โซเดียมคลอไรด์)=23+35=58
ม.=ม* ν 58*2.5=145ก.
คำตอบ: 145g.
9. ZnO 250 กรัมมีกี่โมล?
ให้ไว้: m(ZnO)=250g
ค้นหา: ν(ZnO)=?
สารละลาย: (ZnO)=65+16=81 กรัม/โมล
ν =ม./ม. 250/81=3
คำตอบ: 3 โมล
10. หามวลของโซเดียมไอโอไดด์ NaI?
ให้ไว้: ν(NaI)= 0.6 โมล
ค้นหา: m(NaI) =?
สารละลาย. มวลโมลาร์ของโซเดียมไอโอไดด์คือ:
M(NaI) = M(Na) + M(I) = 23 + 127 = 150 กรัม/โมล
กำหนดมวลของ NaI:
m(NaI) = ν(NaI) M(NaI) = 0.6 150 = 90 ก.
คำตอบ: 90 ก
และพลังงานไม่ได้ถูกอนุรักษ์แยกจากกัน แต่รวมกัน: แทนที่จะเป็นกฎการอนุรักษ์ฟิสิกส์ของนิวตันที่แตกต่างกันสองข้ออย่างเห็นได้ชัด กฎหนึ่งทำงานในฟิสิกส์สัมพัทธภาพ - กฎรวมของการอนุรักษ์มวลและพลังงาน ไอน์สไตน์ได้ยกตัวอย่างแรกของการเปลี่ยนแปลงมวลและพลังงานในปี 1905 เดียวกัน เขากล่าวถึงการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากร่างกาย และเชื่อกันว่าคลื่นออกจากร่างกายอย่างสมมาตรใน...
วัตถุหลายชิ้นมีปฏิกิริยาต่อกันโดยแรงโน้มถ่วงและแรงยืดหยุ่นเท่านั้น และไม่มีแรงภายนอกกระทำ ดังนั้น สำหรับปฏิกิริยาใดๆ ของวัตถุ ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของวัตถุจะยังคงคงที่ ข้อความนี้เรียกว่ากฎการอนุรักษ์พลังงานในกระบวนการทางกล ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของร่างกายเรียกว่าพลังงานกลทั้งหมด นั่นเป็นเหตุผลที่...
ทิศทางใหม่ของการวิจัย - ฟิสิกส์เคมี สาขาวิชาที่อยู่ตรงกลางระหว่างฟิสิกส์และเคมี 4. มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม บรรยากาศ น้ำ ดิน อาหาร ที่แพร่หลายและสำคัญที่สุดคือมลพิษทางเคมีของสิ่งแวดล้อมจากสารที่มีลักษณะทางเคมีซึ่งผิดปกติ ในหมู่พวกเขามีมลพิษจากก๊าซและละอองลอยจากอุตสาหกรรมและครัวเรือน ก้าวหน้าและ...
อวกาศเป็นไปตามกฎพื้นฐานของธรรมชาติ - กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม: โมเมนตัมเชิงมุมของระบบปิดได้รับการอนุรักษ์นั่นคือมันไม่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ความสมมาตรและกระบวนการรับรู้ ความเชื่อมโยงระหว่างความสมมาตรของอวกาศกับกฎการอนุรักษ์ก่อตั้งขึ้นโดยนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน Emmy Noether (พ.ศ. 2425-2478) เธอกำหนดและพิสูจน์ทฤษฎีบทพื้นฐานของฟิสิกส์คณิตศาสตร์...
กฎพื้นฐานของเคมีคือกฎการอนุรักษ์มวลของสารซึ่งกำหนดไว้เป็นแนวคิดทั่วไป การอนุรักษ์สสารและการเคลื่อนไหวโดยนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ชาวรัสเซีย M.V. Lomonosov ในปี 1748 และได้รับการยืนยันจากการทดลองด้วยตัวเองในปี 1756 และเป็นอิสระจากนักเคมีชาวฝรั่งเศส A.-L.
ถ้อยคำทางกฎหมายสมัยใหม่:
มวลของสารที่เข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเท่ากับมวลของสารที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา
นั่นคือในปฏิกิริยาเคมีจำนวนอะตอมก่อนและหลังปฏิกิริยายังคงเท่าเดิม เช่น H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2 H 2 O
อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาเกือบทั้งหมดจะมาพร้อมกับการปล่อยหรือการดูดซับความร้อน ปฏิกิริยาระหว่างกรดและด่างเกี่ยวข้องกับการปล่อยพลังงานออกสู่สิ่งแวดล้อมเสมอ (ปฏิกิริยาคายความร้อน) ดังนั้นสมการข้างต้นจึงไม่ได้สะท้อนถึงกระบวนการอย่างสมบูรณ์ การเขียนปฏิกิริยาเช่นนี้จะถูกต้องมากกว่า
H 2 SO 4 + 2NaOH = นา 2 SO 4 + 2 H 2 O + Q โดยที่ Q คือ 113.7 กิโลจูล
มีความขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์มวลของสารหรือไม่?
ต่อมามากในปี 1905 เอ. ไอน์สไตน์ได้สร้างความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างมวล m และพลังงานของระบบ E: E = m ∙ c 2 โดยที่ c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ (ประมาณ 300,000 กม./วินาที หรือ 3∙ 10 10 ซม./วินาที ). เมื่อใช้สมการของไอน์สไตน์ เราจะหาการเปลี่ยนแปลงของมวล (เป็นกรัม) สำหรับปฏิกิริยาของเรา
Δm = Δ E/s 2 = (113.7 ∙10 10 g∙cm 2 /g)/ (3∙10 10 cm/s) 2 = 1.26 ∙10 –9 ก.
ขณะนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจพบการเปลี่ยนแปลงมวลเล็กน้อยดังกล่าว ดังนั้นกฎการอนุรักษ์มวลของสารจึงใช้ได้จริงสำหรับปฏิกิริยาเคมี แต่ในทางทฤษฎีมันไม่เข้มงวด - ไม่สามารถนำไปใช้กับกระบวนการที่มาพร้อมกับการปล่อยพลังงานจำนวนมากเช่นปฏิกิริยาแสนสาหัส .
ดังนั้นกฎการอนุรักษ์มวลและกฎการอนุรักษ์พลังงานจึงไม่แยกจากกัน กฎข้อหนึ่งปรากฏในธรรมชาติ - กฎการอนุรักษ์มวลและพลังงานเช่นเดียวกับกฎธรรมชาติอื่นๆ กฎการอนุรักษ์มวลของสารมีข้อดีมากมาย ความสำคัญในทางปฏิบัติ- ดังนั้นเมื่อใช้มันจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างสารที่อยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
ในสมการปฏิกิริยาเคมี แต่ละสูตรแทนค่าหนึ่งโมลของสารที่เกี่ยวข้อง ดังนั้น เมื่อทราบมวลโมลาร์ของสารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา เราสามารถใช้สมการปฏิกิริยาเพื่อค้นหาความสัมพันธ์ระหว่างมวลของสารที่ทำปฏิกิริยากับมวลที่ก่อตัวเป็นผลตามมา หากปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับสารที่อยู่ในสถานะก๊าซ สมการของปฏิกิริยาจะช่วยให้เราสามารถหาอัตราส่วนปริมาตรของสารเหล่านั้นได้
ดังนั้นการคำนวณโดยใช้สมการทางเคมีคือ การคำนวณปริมาณสัมพันธ์เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์มวลของสาร อย่างไรก็ตาม ในสภาวะจริง เนื่องจากกระบวนการที่ไม่สมบูรณ์หรือการสูญเสียต่างๆ มวลของผลิตภัณฑ์ที่ได้มักจะน้อยกว่ามวลที่ควรเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์มวลของสาร
ผลผลิตของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา(หรือเศษส่วนมวลของผลผลิต) คืออัตราส่วนซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของมวลของผลิตภัณฑ์ที่ได้รับจริงต่อมวลซึ่งควรได้รับตามการคำนวณทางทฤษฎี:
η = ม. (X) / ม. ทฤษฎี (เอ็กซ์)
โดยที่ η คือผลผลิตของผลิตภัณฑ์ %; m (X) – มวลของผลิตภัณฑ์ X ที่ได้จากกระบวนการจริง ทฤษฎี ม. (X) – มวลของสารที่คำนวณตามทฤษฎี X
ในงานเหล่านั้นที่ไม่ได้ระบุผลผลิตให้ถือว่าเป็นเชิงปริมาณเช่น η = 100%
ตัวอย่างการแก้ปัญหา (การคำนวณโดยใช้สมการเคมี)
ภารกิจที่ 1สามารถรับเหล็กได้โดยการลดเหล็ก (III) ออกไซด์ด้วยอลูมิเนียม พิจารณาว่าต้องใช้อลูมิเนียมเท่าใดจึงจะได้เหล็ก 140 กรัม?
โซลูชันที่ 1ลองเขียนสมการปฏิกิริยา: Fe 2 O 3 + 2Al = 2 Fe + Al 2 O 3
เรามากำหนดปริมาณของสารเหล็กที่ต้องได้รับ:
ν (เฟ) = ม. (เฟ)/ M(เฟ) = 140 ก./ 56 ก./โมล = 2.5 โมล
จากสมการปฏิกิริยาจะชัดเจนว่าเพื่อให้ได้ธาตุเหล็กในปริมาณ 2 โมลของสาร ต้องใช้อะลูมิเนียม 2 โมล กล่าวคือ
ν (อัล)/ ν (Fe) = 2/2 ดังนั้น ν (อัล) = ν (Fe) = 2.5 โมล
ตอนนี้คุณสามารถกำหนดมวลของอลูมิเนียมได้:
m (Al) = M(Al)∙ ν(Al) = 27 กรัม/โมล ∙ 2.5 โมล = 67.5 กรัม
คำตอบ:เพื่อให้ได้ธาตุเหล็ก 140 กรัม คุณจะต้องมีอะลูมิเนียม 67.5 กรัม
โซลูชันที่ 2ปัญหาดังกล่าวสามารถแก้ไขได้ด้วยการวาดสัดส่วน จากสมการปฏิกิริยาจะเห็นได้ว่าในการผลิตเหล็กในปริมาณ 2 โมลของสาร ต้องใช้อะลูมิเนียม 2 โมล มาเขียนกัน:
เพื่อให้ได้ (2∙56) g = 112 g Fe, (2∙27) g = 54 g Al เป็นสิ่งจำเป็น
» » » » 140 กรัม เฟย์ » » » » ม. (อัล)
มาสร้างสัดส่วนกัน: 112: 54 = 140: m(Al) จากตรงนี้จะได้ดังนี้
ม.(อัล) = 140 ∙ 54 /112 = 67.5 ก
ภารกิจที่ 2ถ้าอะลูมิเนียม 10.8 กรัมละลายในกรดไฮโดรคลอริกส่วนเกิน จะปล่อยไฮโดรเจนออกมาเป็นจำนวนเท่าใด (สภาวะปกติ)
สารละลาย.ลองเขียนสมการปฏิกิริยา: 6HCl + 2Al = 2AlCl 3 + 3H 2
ลองหาปริมาณอะลูมิเนียมที่ทำปฏิกิริยากัน
ν (อัล) = m (อัล)/ M (อัล) = 10.8 กรัม / 27 กรัม/โมล = 0.4 โมล
จากสมการปฏิกิริยาจะตามมาว่าเมื่อละลายอะลูมิเนียม 2 โมล จะได้ไฮโดรเจน H2 3 โมล นั่นคือ ν (อัล)/ ν (H 2) = 2/3 ดังนั้น
ν (H 2) = 3 ν (อัล)/2 = 3 ∙0.4 โมล/2 = 0.6 โมล
ลองคำนวณปริมาตรของไฮโดรเจน:
V(H 2) = V M ∙ ν (H 2) = 22.4 ลิตร/โมล ∙ 0.6 โมล = 13.44 ลิตร
คำตอบ:เมื่อละลายอัล 10.8 กรัมในกรดไฮโดรคลอริก จะได้ไฮโดรเจน 13.44 ลิตร
ภารกิจที่ 3ซัลเฟอร์ (IV) ออกไซด์ต้องออกซิไดซ์กับออกซิเจนในปริมาณเท่าใดจึงจะได้ซัลเฟอร์ (VI) ออกไซด์ 20 กรัม เงื่อนไขเป็นเรื่องปกติผลผลิตอยู่ที่ 80%
สารละลาย.ลองเขียนสมการปฏิกิริยา: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3
ให้เราพิจารณามวลของซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI) ซึ่งได้มาจากผลผลิตเชิงปริมาณของผลิตภัณฑ์ (เช่นในทางทฤษฎี) โดยใช้สูตร
η = ม. (X) / ม. ทฤษฎี (เอ็กซ์)
โดยที่ η เท่ากับ 0.8 (หรือ 80%) ตามเงื่อนไขของปัญหา
เป็นไปตามนี้: ม. ทฤษฎีหรือ (SO 3) = ม. (SO 3) / η(SO 3) = 20/0.8 = 25 กรัม
สูตรกำหนดปริมาณสารซัลเฟอร์ (VI) ออกไซด์ 25 กรัม
ν (SO 3) = m (SO 3)/ M (SO 3) = 25 g/(32 +3∙16) g/mol = 25/80 = 0.3125 โมล
จากสมการปฏิกิริยาจะได้ดังนี้
ν (SO 2)/ ν (SO 3) = 2/2 ดังนั้น
ν (SO 2) = ν (SO 3) = 0.3125 โมล
ยังคงต้องหาปริมาตรของซัลเฟอร์ออกไซด์ (IV) ภายใต้สภาวะปกติ: V o (SO 2) = V M ∙ ν (SO 2) = 22.4 ลิตร/โมล ∙ 0.3125 โมล = 7 ลิตร
คำตอบ:เพื่อให้ได้ซัลเฟอร์ (VI) ออกไซด์ 20 กรัม ต้องใช้ซัลเฟอร์ (IV) ออกไซด์ 7 ลิตร
ปัญหาที่ 4- สารละลายที่มีโซเดียมซัลไฟด์ 7.8 กรัมถูกเติมลงในสารละลายที่มีซิลเวอร์ไนเตรต 25.5 กรัม มวลของตะกอนก่อตัวเป็นเท่าใด
สารละลาย.ให้เราเขียนสมการของปฏิกิริยาต่อเนื่อง:
2AgNO 3 + นา 2 S = Ag 2 S↓ + 2NaNO 3
เนื่องจากปริมาณของสารและมวลของผลิตภัณฑ์คำนวณตามมวลและปริมาณของสารที่ขาดหายไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องกำหนดปริมาณของสารซิลเวอร์ไนเตรตและโซเดียมซัลไฟด์ก่อน:
ν (AgNO 3) = m (AgNO 3) / M (AgNO 3) = 25.5 g / 170 g/mol = 0.15 โมล;
ν (Na 2 S) = m (Na 2 S)/ M (Na 2 S) = 7.8 g / 78 g/mol = 0.1 โมล
ตามสมการปฏิกิริยา: ทุกๆ 2 โมลของ AgNO 3 ต้องใช้ Na 2 S 1 โมล (เช่น ครึ่งหนึ่ง) ซึ่งหมายความว่า:
ต่อ 0.15 โมล AgNO 3 » » » » ν ’ โมล Na 2 S.
จากนั้น ν ’ (Na 2 S) = ½ ∙ 0.15 โมล = 0.075 โมล
ดังนั้นจึงต้องใช้โซเดียมซัลไฟด์มากเกินไปและต้องคำนวณตามปริมาณของสาร AgNO 3
จากสมการปฏิกิริยาจะได้ดังนี้:
ν(Ag 2 S) = ν (นา 2 S) = ν (AgNO 3)/2 = 0.15 โมล/2 = 0.075 โมล
ตอนนี้เราสามารถหามวลของซิลเวอร์ซัลไฟด์ที่ตกตะกอนได้: m(Ag 2 S) = M(Ag 2 S) ∙ ν(Ag 2 S) = 248 กรัม/โมล ∙ 0.075 โมล = 18.6 กรัม
คำตอบ:มวลของตะกอนที่ก่อตัวคือ 18.6 กรัม
กฎแห่งทวีคูณ
จะเกิดอะไรขึ้นถ้าธาตุสองธาตุสามารถรวมสารประกอบเคมีหลายตัวเข้าด้วยกันได้? ในปี 1803 เจ. ดาลตัน นักเคมีชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ได้แสดงให้เห็นว่า:
● ถ้าธาตุทั้งสองประกอบกันเป็นสารประกอบหลายตัวต่อกัน มวลของธาตุตัวใดตัวหนึ่งที่ตกอยู่บนมวลเดียวกันของอีกธาตุหนึ่งจะสัมพันธ์กันเป็นจำนวนเต็มเล็ก
กฎข้อนี้ยืนยันแนวคิดอะตอมมิกส์เกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร เนื่องจากธาตุต่างๆ รวมกันเป็นอัตราส่วนหลายอัตราส่วน ดังนั้น สารประกอบเคมีจึงแตกต่างกันตามจำนวนเต็มของอะตอม แสดงถึงองค์ประกอบจำนวนน้อยที่สุดที่เข้าสู่สารประกอบ ตัวอย่างเช่นต่อไนโตรเจน 1 กรัมในออกไซด์ของมัน N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2, N 2 O 5 มี 0.57; 1.14; 1.71; 2.28; และออกซิเจน 2.85 กรัม ซึ่งสอดคล้องกับอัตราส่วน 1:2:3:4:5
อย่างไรก็ตาม ในกรณีของสารประกอบที่มีองค์ประกอบแปรผัน กฎของอัตราส่วนพหุคูณจะใช้ไม่ได้
กฎแห่งความคงตัวขององค์ประกอบ
กฎนี้ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส J. Proust ในปี 1801:
● สารแต่ละชนิดที่มีความบริสุทธิ์ทางเคมีจะมีองค์ประกอบเชิงปริมาณเท่ากันเสมอ โดยไม่คำนึงถึงวิธีการเตรียม
ตัวอย่างเช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์สามารถผลิตได้โดยการเผาไหม้ซัลเฟอร์หรือโดยการกระทำของกรดบนซัลไฟต์ หรือโดยการกระทำของกรดซัลฟิวริกเข้มข้นบนทองแดง ไม่ว่าในกรณีใดโมเลกุลซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะประกอบด้วยอะตอมกำมะถันหนึ่งอะตอมและออกซิเจนสองอะตอม - SO 2 เช่น อัตราส่วนมวลของกำมะถันและออกซิเจนอยู่ที่ 1:1 เสมอ
กฎของ Proust มีความสำคัญขั้นพื้นฐานสำหรับเคมี - มันนำไปสู่แนวคิดเรื่องการมีอยู่ของโมเลกุลและยืนยันการแยกอะตอมไม่ได้ สารที่มีองค์ประกอบคงที่เรียกว่า "ดาลโทไนด์" เพื่อเป็นเกียรติแก่ดาลตัน
กฎความคงตัวขององค์ประกอบยังใช้ได้กับสารที่มีโครงสร้างโมเลกุลเท่านั้น ปัจจุบันทราบสารประกอบจำนวนมากที่ไม่ปฏิบัติตามกฎความคงตัวขององค์ประกอบและกฎของอัตราส่วนหลายส่วน พวกเขาถูกเรียก สารประกอบที่มีองค์ประกอบแปรผัน (ส่วนใหญ่มักเป็นออกไซด์, ซัลไฟด์, ไนไตรด์, ไฮไดรด์ ฯลฯ ) . ในสารประกอบดังกล่าว ต่อมวลหน่วยของธาตุหนึ่ง อาจมีมวลของธาตุอื่นที่แตกต่างกันออกไป ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบของไทเทเนียม (II) และ (IV) ออกไซด์ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการสังเคราะห์อาจเป็นดังนี้: TiO 0.8–1.2 และ TiO 1.9–2.0
สารประกอบที่มีองค์ประกอบแปรผันได้มาจากข้อบกพร่องในโครงตาข่ายคริสตัลในระหว่างกระบวนการตกผลึกของสาร เนื่องจากการมีอยู่ของช่องว่างหรืออะตอมส่วนเกินในโครงผลึก วัสดุบางชนิดจึงแสดงคุณสมบัติใหม่และน่าสนใจมากมาย เช่น คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์
กฎแห่งการเทียบเท่า
การศึกษาอัตราส่วนของมวลของกรดและเบสที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันเพื่อสร้างเกลือ I. Richter ในปี 1792 - 1800 ได้ข้อสรุปว่ามวลของสารหนึ่งที่ทำปฏิกิริยากับมวลเดียวกันของสารอีกชนิดหนึ่งมีความสัมพันธ์กันเป็นจำนวนเต็มธรรมดา ต่อมา ดี. ดาลตันได้นำเสนอแนวคิดเรื่อง "การเชื่อมโยงน้ำหนัก" ซึ่งปัจจุบันถูกแทนที่ด้วยแนวคิดเรื่องความเท่าเทียมกัน
● สารจะทำปฏิกิริยากันในปริมาณตามสัดส่วนที่เท่ากัน
เพื่อแก้ไขปัญหาบางอย่าง จึงมีการใช้กฎหมายฉบับนี้อีกรูปแบบหนึ่ง:
● มวล (ปริมาตร) ของสารที่ทำปฏิกิริยากันเป็นสัดส่วนกับมวล (ปริมาตร) ที่เท่ากันของสารเหล่านั้น:
ม. ก /ม.B = อี ก /อี บี,
โดยที่ m A และ m B คือมวลของสารตั้งต้น A และ B
E A และ E B มีมวลเท่ากันของสารเหล่านี้
กฎหมายเกี่ยวกับแก๊ส
กฎการอนุรักษ์มวลและพลังงาน
ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานมีความสำคัญมากจนไม่สามารถละเลยความเท่าเทียมกันของมวลและพลังงานได้อีกต่อไป หากคุณติดตามการเปลี่ยนแปลงของมวลเพียงอย่างเดียว ดูเหมือนว่ากฎหมายการอนุรักษ์จะถูกละเมิด
หากต้องการดูสิ่งนี้ ให้พิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงานในหน่วยของมาตราส่วนมวลอะตอม แล้วจึงเข้าสู่สมการ อี = เอ็มซี 2จะรวมมากกว่า 1 ชมวล และมวล 1 ในระดับน้ำหนักอะตอม ประมาณเท่ากับน้ำหนักของนิวเคลียสของไฮโดรเจน อะตอม-1 ซึ่งเป็นนิวเคลียสของอะตอมที่เบาที่สุดที่เรารู้จัก ในความเป็นจริง มวล 1 ในระดับอะตอมคือ 1.67 · 10 -24 ช.
แม้จะมีขนาดมหาศาลเท่ากับ c 2 แต่พลังงานที่เทียบเท่ากับมวลที่ไม่มีนัยสำคัญดังกล่าวก็เป็นเพียง 0.0015 เช่น
ในระดับรายวันปกติ 0.0015 เช่นแท้จริงแล้วค่านั้นน้อย แต่ในระดับอะตอมจะเท่ากับประมาณหนึ่งพันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ซึ่งเป็นตัวเลขที่น่าประทับใจอยู่แล้ว จากการตรวจวัดเมื่อเร็วๆ นี้ มวลของ 1 ในระดับอะตอมเทียบเท่ากับ 0.931478 กาฟหรือ 931.478 Mev.
หากเราใส่มวลของนิวเคลียสไฮโดรเจนเท่ากับ 1.00797 จะเท่ากับพลังงาน 0.938 905 เบฟ,และมวลของนิวเคลียสไฮโดรเจนสี่นิวเคลียสมีค่าเท่ากับพลังงาน 3.75562 กาฟ.ในทางกลับกัน มวลของนิวเคลียสฮีเลียมซึ่งเท่ากับ 4.00280 ในระดับน้ำหนักอะตอม เทียบเท่ากับพลังงาน 3.72803 กาฟ.เมื่อนิวเคลียสของไฮโดรเจนสี่นิวเคลียสถูกแปลงเป็นฮีเลียมนิวเคลียสเดียว การสูญเสียมวลจึงเป็น 0.02759 กาฟหรือ 27.59 น Mev.ปริมาณพลังงานที่วัดได้ซึ่งปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยานี้กลับกลายเป็นว่าใกล้เคียงกับพลังงานทางทฤษฎีมาก การวิจัยแสดงให้เห็นว่าในปฏิกิริยานิวเคลียร์ประเภทนี้ พลังงานที่ปล่อยออกมาจะสอดคล้องกับมวลที่สูญเสียไปตามสมการของไอน์สไตน์ ด้วยเหตุนี้ จึงกลายเป็นธรรมเนียมที่จะไม่พูดถึงกฎการอนุรักษ์เฉพาะมวลหรือพลังงานเท่านั้น แต่เกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์ กฎการอนุรักษ์มวลและพลังงานอย่างไรก็ตาม เราสามารถพูดถึงกฎการอนุรักษ์พลังงานได้ ซึ่งหมายความว่ามวลคือพลังงานรูปแบบหนึ่ง นี่คือสิ่งที่ฉันจะทำในอนาคต
ให้เรากลับไปสู่แหล่งกำเนิดพลังงานแสงอาทิตย์ ถ้ามันเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนนิวเคลียสของไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมจริงๆ พลังงานขนาดมหึมาที่สร้างขึ้นและแผ่ออกสู่อวกาศโดยรอบจะต้องมีความสมดุลโดยการหายตัวไปของมวลที่เท่ากัน
พลังงานรังสีทั้งหมดของดวงอาทิตย์อย่างที่ฉันบอกไปแล้วคือ 5.6 · 10 27 แคลอรี่/นาทีซึ่งเท่ากับ 3.8 · 10 33 เอิร์ก/วินาทีหารด้วย c 2 เราพบว่ารังสีของสิ่งนี้
พลังงานเทียบเท่ากับการสูญเสีย 4.2 · 10 12 ชเวลา 1 วินาทีหรือ 276,000,000 ตเวลา 1 นาที
ตามทฤษฎีอุกกาบาตของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ทุกๆ 1.2 นาที · 10 20 ชเรื่องอุกกาบาต การบวกมวลดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องนี้จะช่วยลดความยาวของแต่ละปีลงสองวินาที การสูญเสียมวลระหว่างการแปลงไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมคือประมาณหนึ่งในสามสิบล้านของมวลที่เพิ่มขึ้นตามทฤษฎีอุกกาบาต ผลจากการสูญเสียมวลดวงอาทิตย์เนื่องจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ปีจะเพิ่มขึ้นเพียงหนึ่งวินาทีในรอบสิบห้าล้านปี การเปลี่ยนแปลงในระยะเวลาหนึ่งปีนั้นตรวจพบได้ยากและไม่มีนัยสำคัญในทางปฏิบัติสำหรับเรา
จากหนังสือ Neutrino - อนุภาคที่น่ากลัวของอะตอม โดย ไอแซค อาซิมอฟบทที่ 4 ความเชื่อมโยงระหว่างมวลและพลังงาน การไม่อนุรักษ์มวล ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมทำให้นักฟิสิกส์มีความมั่นใจมากขึ้นว่ากฎการอนุรักษ์ไม่เพียงนำไปใช้กับโลกรอบตัวเราในชีวิตประจำวันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโลกอันกว้างใหญ่ที่ นักดาราศาสตร์ศึกษา แต่
จากหนังสือพลังงานนิวเคลียร์เพื่อการทหาร ผู้เขียน สมิธ เฮนรี เดวูล์ฟการอนุรักษ์มวลและพลังงาน 1.2. มีสองหลักการที่กลายเป็นรากฐานสำคัญของสิ่งก่อสร้างทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ หลักการแรก สสารไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลายและเพียงแต่ผ่านจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น ซึ่งแสดงออกมาในศตวรรษที่ 18 และนักศึกษาวิชาเคมีทุกคนคุ้นเคยกันดี เขา
จากหนังสือหลักสูตรประวัติศาสตร์ฟิสิกส์ ผู้เขียน สเตปาโนวิช คุดรยาฟเซฟ พาเวลความเท่าเทียมกันของมวลและพลังงาน 1.4 ข้อสรุปประการหนึ่งที่ได้รับในระยะเริ่มแรกในการพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพก็คือมวลเฉื่อยของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่เพิ่มขึ้นตามความเร็วของมัน นี่หมายถึงความเท่าเทียมกันของการเปลี่ยนแปลงพลังงาน
จากหนังสือการเคลื่อนไหว ความร้อน ผู้เขียน Kitaygorodsky Alexander Isaakovichภาคผนวก 2 หน่วยของมวล ประจุ และพลังงาน มวล เนื่องจากโปรตอนและนิวตรอนเป็นอนุภาคหลักที่ประกอบกันเป็นนิวเคลียส จึงเป็นเรื่องปกติที่จะนำมวลของหนึ่งในนั้นมาเป็นหน่วยของมวล ตัวเลือกน่าจะเป็นโปรตอนซึ่งเป็นนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน มี
จากหนังสือ NIKOLA TESLA การบรรยาย บทความ โดย เทสลา นิโคลาการค้นพบกฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน V.I. เลนินชี้ให้เห็นว่าการพัฒนาความรู้เกิดขึ้นเป็นเกลียว ถึงเวลาที่วิทยาศาสตร์กลับคืนสู่แนวคิดเมื่อได้แสดงออกมาแล้ว แต่การกลับมาครั้งนี้จะเกิดขึ้นในระดับใหม่ที่สูงขึ้นซึ่ง
จากหนังสือ Perpetual Motion - ก่อนและปัจจุบัน จากยูโทเปียสู่วิทยาศาสตร์ จากวิทยาศาสตร์สู่ยูโทเปีย ผู้เขียน โบรเดียนสกี้ วิคเตอร์ มิคาอิโลวิชกฎการอนุรักษ์มวล หากคุณละลายน้ำตาลในน้ำ มวลของสารละลายจะเท่ากับผลรวมของมวลของน้ำตาลและน้ำอย่างเคร่งครัด การทดลองที่คล้ายกันนี้และนับไม่ถ้วนแสดงให้เห็นว่ามวลกายเป็นคุณสมบัติที่ไม่เปลี่ยนแปลง ในระหว่างการบดและการละลายใดๆ มวลจะยังคงอยู่
จากหนังสือปัญหาปรมาณู โดย รัน ฟิลิปกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม ผลคูณของมวลของร่างกายและความเร็วของมันเรียกว่าโมเมนตัมของร่างกาย (อีกชื่อหนึ่งคือโมเมนตัม) เนื่องจากความเร็วเป็นเวกเตอร์ โมเมนตัมจึงเป็นปริมาณเวกเตอร์ด้วย แน่นอนว่าทิศทางของแรงกระตุ้นนั้นเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางนั้นด้วย
จากเล่ม 1 วิทยาศาสตร์สมัยใหม่แห่งธรรมชาติ กฎแห่งกลศาสตร์ ผู้เขียน ไฟน์แมน ริชาร์ด ฟิลลิปส์กฎการอนุรักษ์พลังงานกล เราได้เห็นจากตัวอย่างที่เพิ่งกล่าวถึงว่าการรู้ปริมาณที่ไม่เปลี่ยนค่าตัวเลข (อนุรักษ์) ขณะเคลื่อนที่มีประโยชน์เพียงใด จนถึงตอนนี้ เรารู้ปริมาณดังกล่าวสำหรับวัตถุเพียงตัวเดียวเท่านั้น และถ้ามันเคลื่อนที่ไปในสนามแรงโน้มถ่วง
จากหนังสือของผู้เขียนกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมการหมุน หากคุณมัดหินสองก้อนด้วยเชือกแล้วโยนหินก้อนหนึ่งอย่างแรง หินก้อนที่สองจะลอยไปหลังจากหินก้อนแรกด้วยเชือกตึง หินก้อนหนึ่งจะแซงหน้าหินที่สอง ก้าวไปข้างหน้าจะมาพร้อมกับการหมุน ลืมเรื่องสนามไปซะ
จากหนังสือของผู้เขียนปัญหาที่สาม: จะเพิ่มพลังการเร่งความเร็วของมวลมนุษย์ได้อย่างไร - การใช้พลังงานแสงอาทิตย์จากวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สามประการสำหรับปัญหาหลักในการเพิ่มพลังงานของมนุษย์นี่คือสิ่งที่สำคัญที่สุดในการแยกแยะ ไม่เพียงเพราะความหมายของตัวเองเท่านั้น แต่ยังเป็นเพราะสิ่งที่อยู่ข้างใต้ด้วย
จากหนังสือของผู้แต่ง 2.1. ค้นหาสาเหตุทั่วไปของความล้มเหลวของ ppm “กฎแห่งการอนุรักษ์กำลัง” สองศตวรรษที่ผ่านมาบรรยายไว้ใน Chap ช่วงเวลา 1 ของประวัติศาสตร์ ppm (ศตวรรษที่ XVII และ XVIII) มีลักษณะเฉพาะคือนักวิทยาศาสตร์หลายคนที่จริงจังและจริงจังเชื่อว่าสามารถสร้างเครื่องจักรการเคลื่อนที่ตลอดกาลได้ แม้แต่ความล้มเหลวอย่างต่อเนื่อง จากหนังสือของผู้เขียน จากหนังสือของผู้เขียนที่สาม กฎแห่งความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน 1. สูตรของไอน์สไตน์ เรารู้ว่ามีกฎการอนุรักษ์มวล: “ไม่มีสิ่งใดในธรรมชาติหายไปอย่างไร้ร่องรอยและไม่ได้ถูกสร้างขึ้นจากความว่างเปล่า ทุกสิ่งเปลี่ยนแปลงได้” ในทางกลับกันเป็นที่รู้กันว่ามีกฎการอนุรักษ์พลังงาน พลังงาน
จากหนังสือของผู้เขียนบทที่ 10 กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม § 1. กฎข้อที่สามของนิวตัน§ 2. กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม§3 โมเมนตัมยังคงรักษาไว้§ 4. โมเมนตัมและพลังงาน§ 5. โมเมนตัมเชิงสัมพัทธภาพ§ 1. กฎข้อที่สามของนิวตัน กฎข้อที่สองของนิวตัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเร่งความเร็วของวัตถุใดๆ กับแรงที่กระทำต่อ