Droit de la conservation de la matière

La loi de conservation de la matière signifie que la matière n’est ni créée ni détruite mais change . Cela signifie que la masse avant la réaction chimique est égale à la masse après la réaction.

Cette loi de la chimie est également connue sous le nom de loi de conservation de la masse ou loi de Lavoisier. Dans une réaction chimique, certaines substances (réactifs) réorganisent leurs atomes pour donner naissance à d’autres substances (produits).

Définition de la loi de conservation de la matière

“La masse d’un système fermé ou isolé reste inchangée quelle que soit la transformation qui se produit en son sein.”

Un système fermé est celui où il n’y a pas d’interaction avec l’environnement. En ce sens, dans un système fermé, aucune substance n’entre ou ne sort, mais de l’énergie peut être libérée. Le système isolé , comme le système fermé, il n’y a ni entrée ni sortie de matière, mais il n’y a pas non plus de transfert d’énergie.

Applications de la loi de conservation de la matière

La loi de conservation de la matière a été une étape clé dans le progrès de la chimie. Grâce à cela, il peut être établi que les substances ne disparaissent pas ou sont créées à partir de rien dans une réaction chimique.

Balance de l’équation chimique

L’équation chimique montre les participants de la réaction chimique. On parle d’équation chimique équilibrée lorsque le nombre d’atomes côté réactif est égal au côté produit. Par exemple:

gras Na indice gras 2 gras CO indice gras 3 gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras plus gras CaCl indice gras 2 gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras droit harpon sur harpon gauche gras parenthèse 2 gras indice gauche gras ac gras droite parenthèse fin indice gras plus gras indice CaCO gras 3 gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice

Dans cette réaction entre le carbonate de sodium et le chlorure de calcium, du chlorure de sodium et du carbonate de calcium sont produits. Le tableau montre les atomes des réactifs et des produits;

Élément Réactifs Produits Sodium (Na) Carbone (C) Calcium (Ca) Oxygène (O) Chlore (Cl)

22
unun
unun
33
22

Comme on peut le voir, les atomes des réactifs sont égaux aux atomes des produits.

Prédire la masse des réactifs et des produits

La conservation de la masse indique que la masse totale des réactifs doit être égale à la masse totale des produits. Par exemple, dans un récipient fermé, nous avons 160 g d’oxygène et 68 g d’ammoniac NH3, ce qui équivaut à 228 g de réactifs. La réaction chimique qui se produit est la suivante:

gras 4 gras NH indice gras 3 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras plus gras 5 gras O indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin gras indice gras flèche droite gras 4 gras gauche PAS indice gras droite parenthèse fin indice gras plus gras 6 gras H indice gras 2 gras O indice gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice

Nous aurons en fin de réaction la quantité de 228 g d’oxyde nitrique (NO) et d’eau (H2) comme produits.

Découverte de la loi de conservation de la matière

C’est le scientifique russe Mikhail Lomonosov (1711-1765) qui a démontré pour la première fois la conservation de la matière en 1756. Il l’a fait en montrant comment les plaques de plomb ne changeaient pas de poids lorsqu’elles étaient brûlées dans un récipient scellé (sans contact avec l’air). Malheureusement, cette découverte est passée inaperçue pendant de nombreuses années.

Depuis le début de son intérêt pour la chimie, Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) reconnaît l’importance de mesures précises. Il est crédité de la loi de conservation de la matière pour ses études en combustion.

Lavoisier, dans l’une de ses expériences, a fait bouillir de l’eau pendant 101 jours dans un ballon spécial, qui a condensé la vapeur d’eau et l’a renvoyée dans le ballon. De cette manière, aucune substance n’a été perdue au cours de l’expérience. Lorsque vous avez comparé le poids du récipient avant et après la période d’ébullition, ils étaient les mêmes. Lavoisier a ainsi établi que la masse n’était ni créée ni détruite mais transformée d’une substance à une autre .

Expérience facile pour démontrer la loi de conservation de la matière

Pour cette expérience, nous avons besoin de:

  • bicarbonate de sodium (4gr)
  • vinaigre (10 ml)
  • une balance pour peser
  • un pot avec une large bouche et un couvercle
  • tubes d’essai

Première activité

Sur une échelle, nous plaçons un flacon à large goulot avec 2 grammes de bicarbonate de sodium et à l’intérieur un tube à essai avec 5 ml de vinaigre. Nous pesons et enregistrons la valeur. Ensuite, nous versons le contenu du tube à essai dans le flacon. Lorsque les bulles terminent, nous notons la nouvelle valeur du poids.

Deuxième activité

Sur la même échelle, nous plaçons un flacon à large goulot avec 2 grammes de bicarbonate de sodium et à l’intérieur un tube à essai avec 5 ml de vinaigre et fermons le flacon. Nous pesons et enregistrons la valeur. Ensuite, nous prenons le flacon et y versons le contenu du tube à essai. Lorsque les bulles terminent, nous notons la nouvelle valeur du poids.

Attention : en raison de la formation de gaz (dioxyde de carbone), la pression à l’intérieur de la bouteille fermée augmente. Il faut faire très attention lors de son ouverture, en le faisant lentement pour que le gaz soit libéré petit à petit.

conclusion

Le vinaigre est de l’acide acétique dilué. L’acide acétique réagit avec le bicarbonate de sodium pour former de l’acétate de sodium et du dioxyde de carbone, selon l’équation suivante;

gras CH indice gras 3 gras COOH indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice gras gras gras NaHCO indice gras 3 gras parenthèse gauche gras s gras parenthèse droite fin gras indice gras crochet droit gras Na fin gras parenthèse droite gras parenthèse gauche indice exposant gras plus gras gras CH indice gras 3 gras COO indice gras parenthèse gauche gras ac gras parenthèse droite fin indice exposant gras moins gras plus gras CO indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèses droite parenthèse fin gras indice gras g gras 2 gras O indice gras parenthèse gauche gras l gras droite parenthèse fin indice

Dans la première activité, lorsque le vinaigre réagit avec le bicarbonate de soude, le dioxyde de carbone est libéré dans l’atmosphère puisque la bouteille est ouverte. Dans ce cas, le poids diminue.

Dans la deuxième activité, le même dioxyde de carbone se forme, mais comme la bouteille est couverte (système fermé), le poids ne change pas. On montre ainsi que la matière ne disparaît pas.

Voir également Réactions chimiques.

Loi de conservation de la matière et de l’énergie

Albert Einstein a déclaré dans sa théorie de la relativité restreinte:

“… la masse d’un corps est une mesure de son contenu énergétique …”

Le contenu énergétique total d’un corps peut être calculé en multipliant son corps par la vitesse de la lumière au carré:

bold E bold égal bold mc élevé à bold 2

Selon cela, il n’y a pas de distinction effective entre masse et énergie: l’énergie et la masse sont équivalentes. En fait, la loi de conservation de la matière découle de la conservation de l’énergie. Si un corps perd de l’énergie, il perd également de la masse; en réalité, ce n’est pas une perte mais un transfert vers l’environnement.

Exemple

Lors de la combustion de 342 g de sucre commun (saccharose):

gras C indice gras 12 gras H indice gras 22 gras O indice gras 11 gras parenthèse gauche gras s gras entre parenthèse droite fin gras indice plus gras 12 gras OU gras indice 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite flèche gras extrémité droite gras indice flèche droite CO indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras plus gras 11 gras H indice gras 2 gras O indice gras parenthèse gauche gras l gras parenthèse droite fin indice

5 635 kJ d’énergie sont libérés. Cette quantité d’énergie équivaut à 6,269 x 10-11 kg, une quantité extrêmement faible de masse difficile à mesurer avec les techniques actuelles.

Voir également:

  • Lois de la thermodynamique.
  • Stoechiométrie.

Exercices pour appliquer la loi de conservation de la matière

Exercice 1

Le chauffage de 10 g de carbonate de calcium (CaCO3) produit 4,4 g de dioxyde de carbone (CO2) et 5,6 g d’oxyde de calcium (CaO). La loi de conservation de la masse est-elle satisfaite dans cette expérience?

Solution : il faut calculer les masses des réactifs et la masse des produits:

gras espace gras indice CaCO gras 3 gras flèche droite avec chaleur en gras au-dessus de gras espace gras espace gras espace gras gras CaO gras espace gras espace plus gras gras CO indice gras 2 parenthèses gauche gras 10 gras g gras parenthèses droite gras espace gras espace gras espace gras espace gras gras espace gras espace gras espace gras espace gras espace gras espace gras espace gras espace gras espace gras espace gras gras parenthèse gauche gras 5 gras virgule gras 6 gras g gras parenthèse droite gras espace gras espace gras espace gras espace gras gras espace gras gauche parenthèse gras virgule 4 4 ​​gras g gras entre parenthèses à droite réactif gras espace gras espace gras espace grasespace gras espace gras espace gras espace audacieux espace audacieux espace audacieux espace audacieux produits audacieux

La masse des produits est égale à 5,6g + 4,4g = 10g.

On a alors, comme prévu, que 10 grammes de CaCO3 sont transformés en 10 grammes de produits CaO et CO2.

Exercice 2

L’ammoniac NH3 est produit par la réaction de l’azote et de l’hydrogène:

gras N indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras plus gras 3 gras H indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras flèche droite gras 2 gras NH indice gras parenthèse gauche 3 gras parenthèse droite fin indice

Quelle est la quantité maximale de masse d’ammoniac que le mélange de 1000 g N2 et 500 g H2 peut produire? Quelle est la masse de la matière première qui n’a pas réagi?

Solution : Selon l’équation de réaction, 1 mole d’azote réagit avec 3 moles d’hydrogène pour donner 2 moles d’ammoniac. Connaissant le poids moléculaire, nous calculons la quantité de masse d’azote qui réagit avec l’hydrogène. Une mole de N2 a une masse de 28 g, 3 moles de H2 ont une masse de 6 g.

Puis 28 g de N2 réagiront avec 6 g de H2, 1000 g de N2 réagiront avec:

Gras 28 Gras Espace Gras G Espace Gras Gras N Indice Gras 2 Gras Flèche Droite Gras 6 Gras Espace Gras G Espace Gras Gras H Indice Gras 2 Gras 1000 Gras Espace Gras G Espace Gras Gras N Indice Gras 2 Gras Flèche droite Gras X numérateur de fraction égale gras 1000 gras espace gras g gras espace gras N indice gras 2 gras multiplication croisée gras 6 gras espace gras g gras espace gras H indice gras 2 entre dénominateur gras 28 gras espace gras g gras espace gras N indice fraction gras 2 fin Gras Égal gras 214 Gras Virgule Gras 29 Gras Espace Gras G Gras Espace Gras H Indice Gras 2

Ensuite, 1000 g de N2 plus 214,20 g de H2 produisent la quantité maximale de 1214,20 g d’ammoniac. Cela signifie que le matériau qui n’a pas réagi était l’hydrogène:

gras 500 gras virgule gras 00 gras espace gras g gras espace gras H indice gras 2 gras parenthèse gauche gras initial gras parenthèse droite fin indice gras moins gras 214 gras virgule gras 29 gras espace gras g gras espace gras H indice gras parenthèse gauche 2 utilisé gras parenthèse droite fin indice gras égal égal gras 285 gras virgule gras 71 gras espace gras g gras espace gras H indice gras 2 gras parenthèse gauche restant gras gras parenthèse droite fin indice

Exercice 3

Dans la réaction suivante:

gras P indice gras 4 gras entre parenthèses gauche gras s gras parenthèse droite fin indice gras plus gras F indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras flèche droite gras PF gras indice parenthèse gauche 3 gras droite parenthèse gauche gras indice

Quelle est la masse de fluor (F2) nécessaire pour produire 120 g de PF3? Le poids atomique du phosphore P est de 31 g / mol et celui du fluor est de 19 g / mol.

Solution : il faut d’abord vérifier que l’équation est équilibrée. Il y a 4 atomes de P dans les réactifs et 1 atome de P dans les produits. Si nous plaçons un 6 devant F2 et un 4 devant PF3, nous équilibrons l’équation comme suit:

gras P indice gras 4 gras parenthèse gauche gras s gras parenthèse droite fin indice gras plus gras 6 gras F indice gras 2 gras parenthèse gauche gras g gras parenthèse droite fin indice gras flèche droite gras 4 gras PF gras indice gras accolade gauche 3 parenthèse droite fin indice

Élément Réactifs Produits Phosphore (P) Fluor (F)

44
1212

On sait maintenant que 1 mole de P4 plus 6 moles de F2 produit 4 moles de PF3, donc 124 g de P4 plus 228 g de F2 produisent 352 g de PF3. Nous voulons savoir quelle quantité de fluor est nécessaire pour produire 120 g de trifluorure de phosphore.

Gras 352 Gras Espace Gras G Espace Gras Gras PF Indice Gras 3 Gras Flèche Droite Gras 228 Gras Espace Gras G Espace Gras Gras F Indice Gras 2 Gras 120 Gras Espace Gras G Gras Espace Gras PF Indice Gras 3 Flèche Gras Droite Gras X égal numérateur de fraction égale gras 120 gras espace gras g gras espace gras FP indice gras 3 gras croisé multiplication gras 228 gras espace gras g gras espace gras F indice gras 2 entre dénominateur gras 352 gras espace gras g gras espace gras PF indice 3 fin fraction gras gras égal gras 77 gras virgule gras 7 gras espace gras g gras espace gras F indice gras 2

Réponse : 77,7 g de F2 sont nécessaires pour produire 120 g de PF3.

 

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