Сохранение массы
При сгорании 16.04 г метана в 64.00 г кислорода образуются 44.01 г углекислого газа и 36.03 г воды: до и после реакции масса равна 80.04 г.
Перетащи, чтобы повернуть. Для изменения масштаба прокрути колёсико или сведи и разведи два пальца.
Полено весит несколько килограммов, а зола после его сгорания значительно легче. Гвоздь, оставленный на улице, тяжелеет при ржавлении. Веками эти наблюдения создавали впечатление, будто в одних реакциях вещество исчезает, а в других появляется. В обоих случаях ошибка одна: весы не учитывали газы. Дым и углекислый газ уходят из огня, а кислород воздуха присоединяется к железу.
Лавуазье и закрытая колба
Сегодня это правило называют законом сохранения массы, или вещества: при превращении одних веществ в другие обнаружимого изменения общей массы веществ не происходит. Уравненное уравнение выражает тот же закон через атомы. В химической реакции атомы не создаются и не уничтожаются, поэтому, если число атомов совпадает, должны совпадать и массы.
От атомов к граммам
Чтобы перейти от уравнения к массам, химики считают количество вещества в молях. Один моль содержит 6.02214076 × 10²³ частиц. Это число точно закреплено в Международной системе единиц. Масса одного моля вещества, его молярная масса, равна сумме атомных масс в формуле, выраженной в граммах. При атомных массах ИЮПАК 1.008 для водорода, 12.011 для углерода и 15.999 для кислорода молярная масса метана CH₄ составляет 12.011 + 4 × 1.008 = 16.043 г на моль, O₂ составляет 31.998 г, CO₂ составляет 44.009 г, а H₂O составляет 18.015 г.
Теперь прочитай CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O в молях. Один моль метана, 16.043 г, реагирует с двумя молями кислорода, 63.996 г. Всего 80.039 г. Продукты: один моль CO₂, 44.009 г, и два моля воды, 36.030 г. Их сумма тоже 80.039 г. Передвигай ползунок количества вещества в лаборатории: оба столбца растут вместе, а итоговые массы всегда совпадают.
Почему в открытом сосуде закон будто бы нарушается
Выбери в лаборатории карбонат кальция. При сильном нагревании из 100.09 г образуются 56.08 г оксида кальция и 44.01 г газообразного углекислого газа. В закрытом сосуде весы в конце показывают 100.09 г. С открытой крышкой газ уходит, и на весах остаются только 56.08 г. Сода и уксус ведут себя так же: масса уменьшается за счёт пузырьков углекислого газа. С оловом всё наоборот: в открытом сосуде оно поглощает кислород воздуха, поэтому твёрдое вещество прибавляет в массе. Именно это измерял Лавуазье. Во всех случаях недостающая или добавочная масса принадлежит газу, и все атомы учтены.
- Какова молярная масса воды H₂O с точностью до одного десятичного знака?
- 16.04 г метана сгорают в 64.00 г кислорода. Какова общая масса продуктов в граммах?
- При нагревании 100.09 г CaCO₃ образуются 56.08 г CaO. Сколько граммов CO₂ выделяется?
- Почему зола легче сгоревшего полена?
- Газы, например CO₂, уходят в воздух
- Огонь уничтожает массу
- У тепла отрицательная масса
- Зола состоит из новых атомов
- Олово при нагревании в открытом сосуде прибавляет в массе, потому что…
- Оно соединяется с кислородом воздуха
- Тепло добавляет массу
- Атомы олова расщепляются
- На нём конденсируется вода
- В каком году вышел Traité élémentaire de chimie Лавуазье?
- Сколько частиц содержится в одном моле?
- 6.02214076 × 10²³
- 1,000
- 6.02 × 10¹⁰
- 100
- 2 моль H₂ полностью реагируют с O₂ (2H₂ + O₂ → 2H₂O). Примерно сколько граммов воды образуется?
- Сода и уксус реагируют в открытом стакане. После реакции показание весов…
- Уменьшится, потому что CO₂ уходит
- Увеличится, потому что пена тяжёлая
- Останется точно таким же
- Будет равно нулю
- Общая масса до и после реакции одинакова (Лавуазье, 1789).
- Молярная масса равна сумме атомных масс, выраженной в граммах; один моль содержит 6.02214076 × 10²³ частиц.
- Из открытых сосудов газы уходят или поступают в них, поэтому показание весов меняется, хотя атомы сохраняются.
Источники курса (14)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 law of conservation of matter, 1.3 chemical change (rust, combustion, cooking and rotting)
- 4.1 balancing by inspection (CH4 + 2O2, 2H2O to 2H2 + O2, 2N2 + 5O2 to 2N2O5)
- 4.2 precipitation (PbI2 from KI and Pb(NO3)2, AgCl insoluble)
- redox (Na + Cl2, copper wire in silver nitrate)
- combustion, 5.1 specific heat of water 4.184 J/g °C, 5.3 enthalpy (ΔH < 0 exothermic; ΔHc CH4 −890.8, H2 −285.8, ethanol −1366.8, methanol −726.1 kJ/mol; 1.00 L isooctane 33,100 kJ; ozone formation endothermic)
- 12.2 factors affecting rates (sodium and iron in air, calcium and sodium in water, sawdust, rate roughly doubles per 10 °C, phosphorus in pure oxygen, air about 20% oxygen, H2O2 decomposition)
- 12.5 collision theory and Arrhenius equation (R = 8.314 J/mol/K, catalytic converters)
- 12.7 catalysis and enzymes
- NIST Chemistry WebBook methane ΔcH°gas −890.7 ± 0.4 kJ/mol (webbook.nist.gov)
- NIST CODATA Avogadro constant 6.022 140 76 × 10²³ mol⁻¹ exact (physics.nist.gov)
- IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights (H 1.0080, C 12.011, N 14.007, O 15.999, Na 22.990, Ca 40.078, Fe 55.845, Sn 118.71; ciaaw.org)
- ACS International Historic Chemical Landmark, The Chemical Revolution of Antoine-Laurent Lavoisier (acs.org, Traité élémentaire de chimie 1789, quotation on conservation of mass)
- Lavoisier, memoir on the calcination of tin in closed vessels, Mémoires de l'Académie Royale des Sciences for 1774, published 1777 (via web.lemoyne.edu/giunta/classicalcs/lavoisier.html)
- PubChem sodium bicarbonate and acetic acid pages (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov).
Проверено: 2026-10-17