Dodaj tę stronę do książki
Pokaż książkę (0 stron)
Proponowane stronyPrawo zachowania masy – prawo przyrody opisujące zachowanie (pozostawanie stałą) wielkości fizycznej – masy w układzie zamkniętym i układzie izolowanym podczas przemian i oddziaływań fizycznych oraz reakcji chemicznych.
Spis treści |
W fizyce pojęcie masy jako wielkości zachowywanej i opisującej "ilość materii" zostało wprowadzone przez Newtona (1687 Philosophiae naturalis principia mathematica). W mechanice klasycznej masa ciała i układu ciał nie zmienia się podczas przemian i oddziaływań fizycznych, a masa układu jest sumą mas ciał wchodzących w jego skład (addytywność masy).
Zachowanie masy podczas reakcji chemicznych stwierdzili i prawo zachowania masy w chemii sformułowali, niezależnie od siebie Rosjanin Michaił Łomonosow (1756) i Francuz Antoine Lavoisier (1785).
Tradycyjne sformułowanie prawa zachowania masy w obrębie chemii:
"Łączna masa wszystkich substancji przed reakcją (tzw. substratów) jest równa łącznej masie wszystkich substancji powstałych w reakcji (tzw. produktów)"[1] lub:
"Całkowita masa substancji uczestniczących w reakcji chemicznej pozostaje niezmienna"[2]
dotyczy układu zamkniętego ale niekoniecznie izolowanego i zakłada domyślnie nie tylko zachowanie masy, ale i jej addytywność:
"W reakcji chemicznej sumy mas produktów i substratów są sobie równe"[2].
Wynika ono stąd, że liczba atomów danego pierwiastka chemicznego podczas reakcji chemicznej i masa pojedynczego atomu nie zmieniają się, więc łączna masa atomów w układzie reakcyjnym po reakcji jest taka sama jak przed jej zajściem[2] – (jest to tzw. mikroskopowa interpretacja prawa zachowania masy).
W fizyce współczesnej, zgodnie ze szczególną teorią względności obowiązuje prawo zachowania całkowitej masy spoczynkowej układu izolowanego[3]:
"Masa spoczynkowa układu nie ulega zmianie"[4].
Jednakże, ze względu na to, że do masy spoczynkowej układu swój wkład wnoszą nie tylko masy spoczynkowe składników, ale też wszelkie formy energii wewnętrznej (równoważność masy i energii), w tym energia kinetyczna składników i energia potencjalna ich wzajemnych oddziaływań, masa spoczynkowa nie jest wielkością addytywną, tzn. masa spoczynkowa układu nie jest sumą mas spoczynkowych jego składników. W szczególności, w układzie odniesienia, w którym całkowity pęd układu jest zerowy (tzw. układ środka pędu), masa spoczynkowa układu jest równa sumie mas spoczynkowych jego składników, ich energii kinetycznych i energii ich oddziaływań[5].
Podczas przemian i oddziaływań fizycznych oraz reakcji chemicznych może zmieniać się struktura masy spoczynkowej układu[4], przez np. zmniejszenie sumy mas spoczynkowych jego składników, a zwiększenie sumy ich energii kinetycznych (zmianę energii spoczynkowej w energię kinetyczną).
Dla układów zamkniętych lecz nieizolowanych prawo zachowania masy spoczynkowej nie jest spełnione, gdyż następuje przepływ energii między układem a otoczeniem, co niesie za sobą zmianę masy spoczynkowej układu[4].
Jednakże podczas reakcji chemicznych wymieniane ilości energii są na tyle małe, że zmiana masy układu nie jest wykrywalna standardowymi metodami, stąd przyjmuje się stałość masy układu reakcyjnego.
Przemiana 1 g masy (energii) spoczynkowej na energię kinetyczną daje energię Δm·c2 = 9·1010 kJ. Trudny do zmierzenia deficyt masy rzędu 0,000001 (10-6) jednostki masy atomowej odpowiada ok. 90 MJ/mol czyli 90000 kJ/mol, a więc około 100 do 1000 razy więcej niż energia typowej reakcji chemicznej.
Niektórzy fizycy sądzą, że, by można było stwierdzać "zachowanie masy", nie wystarczy pozostawanie jej stałą w układzie izolowanym, ale konieczna jest jej addytywność - musi zachowywać się suma mas spoczynkowych składników układu (tak rozumiał je Newton)[6]. Takie definiowanie prawa zachowania masy prowadzi ich do wniosku, że według fizyki współczesnej "masa spoczynkowa nie jest zachowana, nie istnieje zasada zachowania masy spoczynkowej"[7].
